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孔板流量计在制药企业节能降耗中的应用情况
发布日期:2017-8-5 10:47:02
  能源计量是关于制药企业节能降耗降成本的重要环节,一般采用孔板流量计进行流体计量。介绍了孔板流量计的工作原理、影响流量计精度的因素等,提出尽管孔板流量计精度较低、维护繁琐,但随着电子技术的发展及新标准的实施,使其使用性能得到了改善,故其仍将在流量.
 制药公司是耗能大户,能源品种主要有蒸汽、自来水、N2、压缩空气、循环水、7℃水、-5℃水等,能源计量问题一直是公司节能降耗降成本的一件大事。公司计量设施以前主要采用节流孔板进行流体计量。孔板流量计因其简单牢固、性能稳定可靠、使用寿命长、价格低廉等优点被广泛使用,但也存在测量范围窄、测量上限和测量下限之比一般仅3∶1~4∶1、压力损失大、对于低压力的自产压缩空气测量影响较大、低压力流体测量信号弱、测量误差大、现场安装条件要求较高、孔板前后易堵塞等不足,从而严重影响其测量精度。
在实际生产中,如果不能停产,则无法进行孔板安装和维护,工业流量测量普遍存在着大管径、大流量测量的困难,并存在制造、运输和安装上的困难,也使造价增加、能损加大,于是我们引入了能便于在线安装、维护的插入式涡街流量计、电磁流量计、超声波流量计等。但由于孔板流量计的使用具有普遍性和长久性,因此有必要探讨其被继续使用的可行性。
1 孔板差压流量计工作原理和特点
孔板式差压式流量计是根据安装于管道中节流件(孔板)产生的差压、已知的流体条件、孔板和管道的几何尺寸来测量流量的仪表。充满管道的流体,当它流经管道内的孔板时,流速将在孔板处形成局部收缩,因而流速增加、静压力降低,于是在孔板前后便产生了压差。流体流量愈大,产生的压差愈大,这样依据压差就知流量的大小。这种测量方法是以流动连续性方程和伯努利方程为基础的,数学表达式为:
式中Qm———质量流量,kg/s;
Qυ———容量流量,m3/s;
d———流体流量系数;
ρ1———孔板上、下游侧取压处流体密度,kg/m3;
Ad———孔板在工作状态下的开孔面积,m2;
Δp———孔板上、下游侧规定的取孔位置上所测得的静压力差,kgf/m2(1kgf/m2=18.0665kPa);
ε———流体流速膨胀系数。对不可压缩流体,ε=1;对可压缩流体,ε<1。
当节流装置制作成后,一些参数就确定了,上式可以表达为:
式中 K———综合系数,定值;
Δp———孔板上、下游侧规定的取孔位置上所测得的静压力差,kgf/m2。
孔板流量计的主要特点为结构易于复制、简单牢固、性能稳定可靠、使用期限长、价格低廉等,整套流量计由孔板、差压变送器和流量显示仪(或计算机系统)组成,如有需要还可增加压力和温度的测量部分。它们可以由不同厂家生产,这样易于形成规模生产,经济效益高,各部分组合非常灵活,目前推出的一体化孔板流量计,亦可分开生产,再灵活组装。
2 流量计的精度
目前,有用于不同目的的各种流量测量仪表,其计量是否准确受到人们的普遍重视。流量计的精度是由其结构、测量原理、被测流体的性质、使用环境条件和制造工艺水平等决定的。但是在检定过程中以及在使用过程中的许多客观因素也会影响流量计的精度复现,甚至大大降低流量计的精度,影响流量计的正常使用,偏离选择的初衷。主要的影响因素有以下几点。
2.1 流量标准装置的实际使用精度
流量计在各种情况下的检定,都必须用合适的流量标准装置。检定用的流量标准装置的实际使用精度要高于流量计的精度,对于送检仪表,需询问检定用设备、方法和精度是否满足需求。
2.2 被测流体的流动状况
在管道中或开口渠中流动的流体,有不同的流动状况,例如层流、紊流、脉动流、不均匀流等。特别是利用伯努利定理研制的流量计,要求是定常的流动,并且流速分布均匀,例如孔板流量计。如果管道中有障碍物,则会引起流动的剧烈变化,导致流量计测量结果产生不可忽视的误差。流量计在安装时,直管段要求一般是前10后5,并且要求尽量减少弯管、阀门等的使用。
2.3 被测介质的物理性质
截至目前,每一种流量计都是在实际的特定条件下正常使用的,没有一种流量计可以在任何条件下测量任何介质的流量。流量测量是比较复杂的测量,孔板流量计测量流量时,不宜测量粘度大的流体流量,测量蒸汽时,要把压力和温度信号实时采集到流量表中进行修正。超声波流量计不能测量气体,在测量的流体中含有较大、较多固体颗粒时,将大大影响测量精度。所以当流量计出现精度下降时,应注意被测流体的物理性质是否有了改变。
2.4 正确安装和使用流量计
许多流量计的安装和使用是同它的测量精度密切相关的,特别是那些检测元件直接位于流动流体中的流量计。若孔板流量计中的孔板与管道的同心度不好,则会产生误差,严重时误差可达100%。所以,根据对安装条件要求的程度不同,对各种流量计必须严格区分对待,只有遵照安装条件来安装,才能保证流量计的测量精度。
孔板流量计精度为0.5级、1级,而实际使用中的精度为1.5或2。孔板受前后直管段影响比较大,另外对于安装要求也比较高,还要注意量程比不要太大(一般为3∶1)。由于影响孔板流量计测量精度的根本原因是节流装置的几何形状和流动动态是否偏离设计标准,因此在使用过程中必须定期做好系统的检定、维护工作,对于实际使用中的压力、温度等工况参数的变化,应进行及时修正。可采用全补偿的流量积算仪的积算方案,以减少计量误差,确保计量精度。孔板流量计是一种从设计、制造到安装使用要求很严格的仪表,任何一个环节的失误都会产生很大的误差,因此,如果严格遵循标准规定,它的精确测量是有保证的。孔板流量计的重复性与其他流量计(涡街流量计、超声流量计、电磁流量计)相比要低,其原因为输出信号为模拟值易受干扰,尤其差压引压管线这一环节易使信号产生干扰波动,正是由于重复性不高,所以影响到其精确度的提高。
3 孔板流量计的应用特点
孔板流量计是应用历史悠久、实践经验丰富成熟、标准规范完善、品种规格齐全的一类流量计,20世纪50年代以前它可能是唯一的天然气流量计。
70~80年代药厂普遍采用了孔板流量计,测量的介质有液体、气体、蒸汽,溶媒、物料等。虽然已出现许多他其它形式的流量计(电磁、超声波、涡街等流量计),但这些流量计无法测量有些场所的介质。如电厂供给用户的蒸汽,计量都采用孔板流量计,其原因主要是孔板流量计性能稳定可靠,有完善的检定标准和规范,如有计量贸易纠纷,可在不停产的情况下由第三方计量机构依国家检定规程到现场进行检测,且其是按照国标生产的,在使用中出问题的几率很小。因此一般只对孔板流量计的差压变送器、压力变送器、流量积算仪等检定,数据具有权威性。但若使用电磁、超声波、涡街等流量计,就要拆卸下来送到相关部门在线检测,脱离实际使用现场,可信度大大降低。
由于孔板流量计的节流装置(孔板)是依照国家标准生产的,国家标准GB2624—2006《流量测量节流装置的设计安装和使用》中的产品规格在DN20~3000mm之间,因此,买卖双方已认可加工孔板数据,可不进行标定。
孔板流量计的使用年限一般为10~15a。华胜有限公司1995年安装的10余套孔板(孔板口径在DN50~400之间)现仍在使用,其中有2套用于自来水的流量测量,因长时间使用造成了孔板高低压侧堵塞,但在停水后拆下清理后,测量孔板各项参数均合格,可继续使用。而配套使用的差压变送器、流量积算仪等电子仪表损坏很多,寿命仅为5~10a。
超声波流量计只能用在测量液体上,使用寿命为5~10a,但因它可以在线安装,在连续生产且要求不高的场合用的比较多,价格上在大口径流量测量上有优势;而在部分蒸汽流量上使用涡街量计,现场蒸汽管道振动很大,对测量产生很大的影响,不用蒸汽时也有流量显示,只能通过调整流量计设置和增加小信号切除来振动干扰,由此增加了测量的不准确性。
只有对孔板流量计按规范每年做好检定、维护,定期排污检查,才能长期准确使用。而对于电磁流量计、超声波流量计、涡街流量计,装上后就不用定期检测,直到使用者反映流量测量不准确才用现场检查及处理。
4 孔板流量计的发展
针对孔板流量计精度较低,维护繁琐,近年国内生产厂推出一系列改进办法,如采用一体式差压流量计,把差压变送器、孔板做到一起,甚至把压力和温度补偿都做到一起,以提高量程比到1∶10,来减少引压管对测量的影响,从而减少维护量。
随着电子技术的发展,孔板流量计中的差压变送器和流量显示仪有了突出的进展,随着新标准的制定、推出,预计今后孔板流量计仍将在流量计量中占居重要的位置。