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什么是泥漿流量計|都有哪些流量計選型


文章日期:2018-01-17|閱讀數:


0引言
  疏浚船舶泥漿流量計是計算挖泥產量、指導施工操作的重要設備之一,所測流量數據為施工管理提供重要的決策依據[1]。現階段疏浚船舶泥漿流量計多為接觸式電磁流量計,新型超聲波及聲吶陣列流量計應用于石油化工、礦山采礦、鋼鐵等行業,應用于疏浚船舶的案例較少[2]。疏浚船舶泥漿流量計測量介質為固液兩相流,施工過程復雜多變,衡量泥漿流量計是否適用于疏浚船舶的首要因素為測量穩定性,測量的穩定性直接影響著施工效率;流量計的測量穩定性與流量計的工作原理、安裝方式、使用壽命及測量介質有著密切的關系。
  將新型超聲波流量計、新型聲吶陣列流量計安裝在某絞吸船,測量介質為貝殼泥沙海水混合液體;通過對絞吸船施工監測來記錄新型流量計的流速數據,并與絞吸船現役的電磁流量計所測流速數據對比分析,通過對比可知新型流量計是否適用于疏浚船舶。
1工作原理
1.1電磁流量計
  電磁流量計是利用法拉第電磁感應定律制成的一種測量導電液體體積流量的儀表;電磁流量計的基本原理是法拉第電磁感應定律,即導體在磁場中切割磁力線運動時在其兩端產生感應電動勢[3]。如圖1所示,導電性液體在垂直于磁場的非磁性測量管內流動,與流動方向垂直的方向上產生與流量成正比的感應電動勢,其值如下:
E=kBD`v
式中:E為感應電動勢;k為系數;B為磁感應強度;D為測量管內徑;`v為平均流速。
電磁流量計測量原理圖
體積流量:
Qv=πD2`v/4=πDE/4kB
  由上式可知,體積流量Qv與感應電動勢E和測量管內徑D成線性關系,與磁場的磁感應強度B成反比,與其它物理參數無關。
1.2超聲波流量計
  超聲波流量計是利用超聲脈沖在流體中傳播的速度與流體的速度有對應的關系,即順流時的超聲脈沖傳播速度比逆流時傳播的速度要快,順流與逆流兩種超聲脈沖傳播的時間差越大,則流量越大原理[4]。如圖2所示流量計工作時,處在上游的換能器發射調制后的超聲波脈沖,為順流傳播,下游的換能器接收到脈沖后再返回一個相同調制脈沖,該脈沖逆流傳播到上游換能器,根據兩束脈沖的傳播距離、傳播時間可以計算出聲速、被測量介質流速。新型超聲波流量計的改進之處即在于這個脈沖的抗干擾性,脈沖由一個已知低頻波形去調制固定高頻,這樣接收端可以進行波形比對,濾除常見的介質噪聲;計算聲波傳輸時間時采取波形鑒相技術,提高了聲波傳輸時間的性,進而提高流量計的測量精度。
超聲波流量計測量原理圖

2流量計應用測試
2.1測試條件
1)時間:2016年4月15日;
2)地點:廈門新機場;
3)船舶:新海豚絞吸船;
4)流量計型號:科隆電磁流量計、德國FLEXIM便攜式外夾超聲波流量計(4個探頭)、美國CIDRA抱箍式聲吶陣列波流量計;
5)流量計口徑:DN850;
6)安裝位置:排泥金屬主管道(如圖3依次為超聲波、聲吶陣列、電磁流量計);
7)介質:貝殼泥沙海水混合液體(施工穩定階段濃度為30%)
2.2測試準備與開始
  超聲波流量計的安裝對管道要求較高,安裝前需對管道的內壁進行厚度測量,測厚過程中發現管道內壁厚薄不均勻,為了避免管道表面不平整導致探頭信號衰減,安裝探頭時在其表面涂抹較厚的耦合劑以此填補管道表面凹痕。為確保測試原始真實性,3種流量計儀表通電后,除基本參數外,其余優化參數均不設置。
  測試準備完成后,對絞吸船啟泵、停泵及施工穩定階段流量計的應用情況進行測試,并記錄測試數據。
3流量計測試數據及分析
3.1施工穩定階段測試
  對施工穩定階段中3種流量計所測介質流速數據記錄,截取其中一段數據繪制成曲線如圖4所示。

  對曲線中3種流量計所測介質流速數據做比較分析,3種流量計所測流速之間關系為(系數為數據段的平均倍數):
v超聲波=1.046v電磁
v聲吶=1.056v電磁
標準差是反映數據樣本內個體間的離散型,流速的標準差可反映
3種流量計測量的穩定性。
3種流量計所測流速數據的標準差分別為:
s電磁=0.54
s超聲波=0.51
s聲吶=0.47
  由圖4及數據分析可知,因第1次測試,流量計儀表只進行初始參數設置,此次測試3種流量計流速波動都較大。根據測量情況,對3種流量計儀表參數進行優化設置,優化后再次進行測試,測試數據曲線如圖5所示。

選取其中一段相對穩定的數據進一步分析可知(選取的樣本數與第1次測試相同):
v超聲波=1.031v電磁
v聲吶=1.044v電磁
3種流量計所測流速數據的標準差為:
s電磁=0.42
s超聲波=0.41
s聲吶=0.35
  綜上可知2次測試中3種流量計所測介質流速之間關系為v聲吶>v超聲波>v電磁;第2次測試中3種流量計所測流速較第1次更加穩定,且聲吶陣列流量計所測流速依然是***穩定,超聲波流量計所測流速的穩定性與電磁流量計所測流速的穩定性相當。
3.2啟動、停止測試
  施工穩定階段測試中用于分析的數據是截取流量穩定后的一段,對于絞吸船泥泵啟動初期、停止時流量計所測流速數據沒有進行比較分析;為綜合分析施工各個階段流量計測量情況,將絞吸船泥泵啟動初期、停止時的流量計所測流速數據進行對比分析。截取測試中泥泵由停止再到啟動時的流量計所測流速數據繪制成曲線,如圖6所示。
  由圖6可知在泵停止階段,在流速下降階段聲吶陣列流量計相對有較大的波動,超聲波及電磁流量計相對穩定;小流速階段,聲吶陣列流量先無法測量到流速,后出現間歇的抖動;超聲波流量計和電磁流量計所測流速相對平滑下降直到流速為0。在泵啟動初期,聲吶陣列流量計會有較大的波動,超聲波流量計和電磁流量計上升相對穩定平滑。
  新型聲吶陣列流量計所測介質流速在泵啟動階段雖然有較大的波動,但是能在短時間內穩定下來,因此波動不會對施工穩定階段產生較大的影響。
4流量計固有特性分析
1)安裝方式
  電磁流量計為接觸式安裝,需安裝在管道上,安裝時需拆卸管道[6];新型超聲波流量計和聲吶陣列流量計都為非接觸式安裝,只需對管路進行處理后外夾在管路上即可。
2)使用壽命
  安裝方式很大程度上決定流量計的使用壽命;電磁流量計是接觸式安裝,流量計受介質流動而磨損,新型超聲波流量計和聲吶陣列流量計為非接觸式安裝,不受介質流動影響,故新型超聲波流量計與聲吶陣列流量計的使用壽命比電磁流量計使用壽命長。


YI、SHANIJIANGLIULIANGJIGAISHU:

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ER、SHANIJIANGLIULIANGJIGONGZUOYUANLI:

        砂泥漿流量計的工作原理是基于法拉第電磁感應定律。在砂泥漿流量中,測量管內的導電介質相當于法拉第試驗中的導電金屬桿,上下兩端的兩個電磁線圈產生恒定磁場。當有導電介質流過時,則會產生感應電壓。管道內部的兩個電極測量產生的感應電壓。測量管道通過不導電的內襯(橡膠,特氟隆等)實現與流體和測量電極的電磁隔離,如圖所示。

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POCHENLISHIYITU

SIFUCHENLISHIYITU

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6、GENJULIANJIEYIBIAOGUANDAODEJUEYUANXINGXUANZEJIEDI。

7、GENJUBEICEJIEZHIDE***GAOYALIXUANZEDIANCILIULIANGJIDEGONGCHENGYALI。DUIYUJIEZHIYALIWEI10MPa、16MPa、25MPa、32MPaJIGEDENGJIDELIULIANGCELIANG,YINGXUANYONGGAOYAXINGDIANCILIULIANGJILIULIANGJI。QI***DAKOUJINGWEI100mm。

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流體的流動方向和流量計的箭頭方向一致;
管道內要有真空會損壞流量計的內襯,需特別注意;
在電磁流量計附近應無強電磁場;
在電磁流量計附近應有充裕的空間,以便安裝和維護;
若測量管道有振動,在流量計的兩邊應有固定的支座測量不同介質的混合液體時混合點與流量計之間的距離***少要有30×D(D砂漿流量計內徑)長度為方便今后流量計的清洗和維護,應安裝旁通管道;

 

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電磁流量計是一種根據法拉電磁感應定律來測量管內導電介質體積流量的感應式儀表,采用單片機嵌入式技術,實現數字勵磁,同時在電磁流量計上采用CAN現場總線,屬國內首創,技術達到國內水平。電磁流量計在滿足現場顯示的同時,還可以輸出4~20mA電流信號供記錄、調節和控制用,現已廣泛地應用于化工、環保、冶金、醫藥、造紙、給排水等工業技術和管理部門。污水計量表除可測量一般導電液體的流量外,還可測量液固兩相流,高粘度液流及鹽類、強酸、強堿液體的體積流量。 工業污水電磁流量計
 SUS316L不銹鋼電極  鈦電極  鉭電極
 橡膠襯里示意圖  PO襯里示意圖  四氟襯里示意圖

  砂泥漿流量計特點

 

●儀表結構簡單、可靠、無可動部件,工作壽命長。
●無截流阻流部件,不存在壓力損失和流體堵塞現象。
●無機械慣性,響應快速,穩定性好,可應用于自動檢測、調節和程控系統。
●測量精度不受被測介質的種類及其溫度、粘度、密度、壓力等物理理參數的影響。
●采用聚四氟乙烯或橡膠材質襯里和HC、HB、316L、Ti 等電極材料的不同組合可適應不同介質的需要。
●備有管道式、插入式等多種流量計型號。
●采用EEPROM存貯器,測量運算數據存貯保護安全可靠。
●具備一體化和分離型兩種形式。
●高清晰LCD背光顯示。

 砂泥漿流量計
技術參數
表1
適用管徑 DN25~DN2600(DN25以下為非標)
電極材料 316L(不銹鋼)、HC(哈氏C)、HB(哈氏B)、Ti(鈦)、Ta(鉭)
適用介質 導電率>5us/cm的液體
測量范圍 0.1~10m/s(可擴展到15m/s)
量程上限 0.5~10m/s,1~5m/s
精度等級 0.3級、0.5級、1.0級(隨口徑區分)
輸出信號 4~20mADC,負載≤750Ω;0~3KHz,5V有源,可變脈寬,有效頻率輸出:RS485接口
工作壓力 1.0MPa,1.6MPa,4.0MPa,16MPa(特殊)
流體溫度 -20℃~80℃,80℃~130℃,130℃~180℃ 參考襯里材質
環境溫度 傳感器-40℃~80℃;轉換器-15℃~50℃
環境溫度 ≤85RH(20℃時)
電纜出口尺寸 M20×1.5
供電電源 220VAC±10%;50Hz±1Hz;24VDC±10%
功 耗 ≤8W
外殼防護等級 一體式:IP65分體式:傳感器IP68轉換器IP65
接地環材質 1Cr18Ni9Ti(不銹鋼)、HC(哈氏C)、Ti(鈦)、Ta(鉭)、Cu(銅)
連接法蘭 國標GB9119-88(DIN2051,BS4504)
 泥漿流量計
工作原理

DIANCILIULIANGJICELIANGYUANLISHIJIYUFALADIDIANCIGANYINGDINGLV。LIULIANGJIDECELIANGGUANSHIYINEICHENJUEYUANCAILIAOFEIDAOCIHEJINDUANGUAN。LIANGZHIDIANJIYANGUANJINGFANGXIANGCHUANTONGBIGUDINGZAICELIANGGUANSHANG。QIDIANJITOUYUCHENLINEIBIAOMIANJIBENQIPING。LICIXIANQUANYOUSHUANGXIANGFANGBOMOCHONGMAICISHI,JIANGZAIYUCELIANGGUANZHOUXIANCHUIZHIDEFANGXIANGSHANGCHANSHENGYICITONGLIANGMIDUWEIBDEGONGZUOCICHANG。CISHI,RUGUOJUYOUYIDINGDIANDAOLVDEYETILIUJINGCELIANGGUAN,JIANGQIEGECILIXIANGANYINGCHUDIANDONGSHIE。DIANDONGSHIEZHENGBIYUCITONGLIANGMIDUB,CELIANGGUANNEIJINGdYUPINGJUNLIUSUV DECHENGJI。DIANDONGSHIE(LIULIANGXINHAO)YOUDIANJIJIANCHUBINGTONGGUODIANLANSONGZHIZHUANHUANQI。ZHUANHUANQIJIANGLIULIANGXINHAOFANGDACHULIHOU,KEXIANSHILIUTILIULIANG,BINGNENGSHUCHUMOCHONG,MONIDIANLIUDENGXINHAO,YONGYULIULIANGDEKONGZHIHEDIAOJIE。

E=KBdV
式中: E――――為電極間的信號電壓(V)
    B――――磁通密度(T)
    d――――測量管內徑(m)
V――――平均流速(m/s)
式中K,d為常數,由于勵磁電流是恒流的,故B也是常數,則由E=KBdV可知,體積流量Q與信號電壓E成正比,即流速感應的信號電壓E與體積流量Q成線性關系。因此,只要測量出E就可確定流量Q,這就是電磁流量計的基本工作原理。
由E=KBdV可知,被測流體介質的溫度、密度、壓力、電導率、液固兩相流體介質的液固成分比等參數不會影響測量結果。至于流動狀態只要符合軸對稱流動(如層流或紊流)就不會影響測量結果的。因此說電磁流量計是一種真正的體積流量計。對于制造廠和用戶來說,只要用普通的水實際標定后就可測量其他任何導電流體介質的體積,而不需作任何修正,這是電磁流量計的一突出優點,是其他任何流量計所沒有的。測量管內無活動及阻流部件,因此幾乎沒有壓力損失,并具有很高的可靠性。
工業污水電磁流量計
 污水計量表產品選型
1、量程范圍確認
一般工業用電磁流量計被測介質流速發2~4m/s為宜,在特殊情況下,較低流速應不小于0.1m/s,***高不大于8m/s。若介質中含有固體顆粒,常用流速應小于3m/s,防止襯里和電極的過分磨擦;對于粘滯流體,流速可選擇大于2m/s,較大的流速有助于自動消除電極上附著的粘滯物的作用,有利于提高測量精度。在量程Q已確定的條件下,即可根據上述流速V的范圍決定流量計口徑D的大小,其值由下式計算:
工業污水電磁流量計
Q:流量(m3/h)
D:管道內徑(m)
V:流速(m/h)
電磁流量計的量程Q應大于預計的量大流量值,而正常的流量值以稍大于流量計滿量程高刻度的50%為宜。
2、參考流量范圍
表2
通徑(mm) 流量范圍(m3/h) 通徑(mm) 流量范圍(m3/h)
DN15 0.6~6.36 DN500 70.65~7065.00
DN20 0.11~11.30 DN600 101.74~10173.60
DN25 0.18~17.66 DN700 138.47~13847.40
DN40 0.45~45.22 DN800 180.86~18086.40
DN50 0.71~70.65 DN900 228.91~22890.60
DN65 1.19~119.40 DN1000 282.60~28260.00
DN80 1.81~180.86 DN1200 406.94~40694.40
DN100 2.83~282.60 DN1600 723.46~72345.60
DN200 11.30~1130.40 DN1800 915.62~91562.40
DN250 17.66~1766.25 DN2000 1130.40~113040.00
DN300 25.43~2543.40 DN2200 1367.78~136778.40
DN350 34.62~3461.85 DN2400 1627.78~162777.60
DN400 45.22~4521.60 DN2600 1910.38~191037.60
DN450 57.23~5722.65    

 

 

產安裝與使用1、對外部環境的要求
a、流量計應避免安裝在溫度變化很大或受到設備高溫輻射的場所,若必須安裝時,須有隔熱、通風的措施。
b、流量計***好安裝在室內,若必須安裝于室外,應避免雨水淋澆,積水受淹及太陽曝曬,須有防潮和防曬措施。
c、流量計應避免安裝在含有腐蝕性氣體的環境中,必須安裝時,須有通風措施。
d、為了安裝、維護、保養、方便,在流量計周圍需有充實的安裝空間。
e、流量計安裝場所應避免有強磁場及強振動源,如管道振動大,在流量計兩邊應有固定管道的支座。
2、對直管段的要求
為了改善渦流與流場畸變的影響,流量計安裝的前、后直管段長度有一定要求,否則會影響測量精度(也可安裝整流器,盡量避免在靠近調節閥和半開閥門之后安裝)。
管道安裝類型 安裝示意圖 標準管道式
前直管道L 后直管道S
水平管 圖a 5D 3D
彎管 圖b 10D 5D
擴口管 圖c 10D 5D
閥門下游 圖d 10D 5D
收縮管 圖e 5D 2D
汞下游 圖f 15D 5D
混合液 圖g 30D 3D
工業污水電磁流量計
3、對工藝管的要求
流量計對安裝點的上、下游工藝管有一定的要求,否則影響測量精度。
a、上、下游工藝管的內徑與傳感器的內徑相同,并應滿足:0.98DN≤D≤1.05DN (式中DN:傳感器內徑,D:工藝管內徑)
b、工藝管與傳感器必須同心,同軸偏差應不大于0.05DN
4、旁通管的要求
為了方便檢修流量計,***好為流量計安裝旁通管,另外,對重污染流體及流量計需清洗而流體不能停止的,必須安裝旁通管。
工業污水電磁流量計

 

a、 方便流量計的檢修
b、 對重污染流體必須安裝
c、流體不能停止而流量計需清洗
5、流量計在管線上的安裝要求
工業污水電磁流量計
6、傳感器的接地
為了使儀表可靠的工作,提高測量精度,不受外界寄生電勢的干擾,傳感器應有良好的單獨接地線,接地電阻<10Ω。在連接傳感器的管道內若涂有絕緣層或是非金屬管道時,傳感器兩側還應加裝接地環。
a、在金屬管道上的接地方式:金屬管道內避沒有絕緣層,按下圖接地。
工業污水電磁流量計
b、在塑料管道上或有絕緣層、油漆管道上的接地方式:傳感器上的兩端面應加裝接地環,使管內流動的被測介質與大地短接,具有零電位。否則,電磁流量計無法正常工作。(見下圖)
工業污水電磁流量計
7、傳感器在陰極保護管道上的安裝
防護電解腐蝕的管道通常在其內壁和外壁是絕緣的,因此被介質沒有接地電位。所以,傳感器必須使用接地環。具有陰極防腐蝕保護的管道,傳感器與兩側連接管道之間常是絕緣的,所以介質對地是不導通的,安裝時要注意下列各點:
a、接地環要裝在傳感器的兩端面上,他們必須與工藝管道的法蘭絕緣,通過接地線2與傳感器相連,接地環的材質應能耐介質的腐蝕,制造廠通常提供的標準材料是不銹鋼(1Cr18Ni9Ti)
b、儀表兩側工藝管的法蘭應該用截面積為4mm2的銅導線繞過傳感器相連,使陰極保護電位與傳感器之間隔離。必須要注意,不要連接到傳感器上去。
c、法蘭連接螺栓必須與工藝管道的法蘭絕緣,用戶必須自備絕緣材料制造的襯套和墊圈。詳見下圖示意。
工業污水電磁流量計
8、電磁流量計的搬運
工業污水電磁流量計
9、流量計安裝時注意事項
a、安裝尺寸一定要計算準確,否則容易泄露或安裝不上。
b、流體流向必須與傳感器表面上的流向箭頭保持一致。
c、流量計的電極軸線必須近似水平,否則影響測量精度。
d、傳感器兩邊的法蘭必須保持平行否則容易泄露。
e、為了避免在安裝后形成旋渦流動,應保證工藝配管、密封件、流量計同軸連接不能錯開。
f、安裝流量計時,嚴禁在緊靠流量計法蘭處電焊施工,以免燒傷流量計襯里。
g、對不同性質的工藝管道,應采用相應的接地方式(見傳感器接地)。
h、對于腐蝕性介質,***好應垂直安裝,被測介質自下往上流動,這樣可以避免固體顆粒在流量計管道中沉積,使襯里腐蝕均勻,延長使用壽命。
i、對于測量管口徑大于200mm,為了方便,可采用伸縮頭
 泥漿流量計
接線指南
1、方表端子接線與標示(分體型)
工業污水電磁流量計
2、方表信號線的處理與標示
工業污水電磁流量計
3、圓表端子接線與標示(一體型)
工業污水電磁流量計
圓表各接線端子標示含義如下:
I+:流量電流輸出 COM:報警輸出地
COM:電流輸出地 FUSE:輸入電源保險絲
P+:雙向流量頻率(脈沖)輸出 T1+:通訊輸入
COM:頻率(脈沖)輸出地 T2-:通訊輸入
Al:下限報警輸出 L1:220V(24V)電源輸入
Ah:上限報警輸出 L2:220V(/24V)電源輸入
4、圓表信號線的處理與標示
工業污水電磁流量計
注:分體式流量計傳感器與轉換器連接電纜盡可能短,不要將多余的電纜卷在一起。
連接電纜不能與其他電纜線,如變壓器、電動機及其它力電纜裝一起,其距離至少大于1m。
連接電纜不能在中途斷開或短路也不能改變訂貨要求長度。
電纜布線應盡量避免干擾源。

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污水型電磁流量計/Φ100mm

自流型電磁流量計/Φ100mm

防腐型電磁流量計/Φ150mm
優點:
  1、雜物、纖維不影響測量
  2、四氟耐腐蝕內襯
  3、抗菌防粘型電極
  4、正反計量累計流量
  5、智能自我疹斷功能
優點:
  1、磁場強度增加5倍
  2、擅長測量超低流速流量
  3、輸入阻抗高達15兆歐姆
  4、內置大型磁鋼
  5、大電流勵磁
優點:
  1、四電極機構安全接地
  2、哈氏C合金電極
  3、四氟內襯耐強酸強堿
  4、不銹鋼外殼延長壽命
  5、密度換算功能,輕易算質量

潛水型電磁流量計/Φ200mm

高溫型電磁流量計/Φ300mm

小口徑電磁流量計/Φ10mm
優點:
  1、桔紅潛水漆包用10年
  2、防護等級:IP68
  3、全密封灌膠工藝,點滴不漏
優點:
  1、耐高溫達150度
  2、選用高溫漆包線圈
  3、采用網骨架內襯
優點:
  1、***小流量可測到20.0L/h 
  2、耐高壓的外插式電極
  3、反應靈敏,零點穩定

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智能型電磁流量計



5結語
  通過對新型泥漿流量計測試含貝殼泥沙海水混合液體介質并與現役電磁流量計對比可知,新型超聲波流量計、聲吶陣列流量計所測介質流速大于現役電磁流量計所測介質流速;在施工穩定階段,新型聲吶陣列流量計流速測量具有更好的穩定性,新型超聲波流量計與船舶現役電磁流量計流速測量穩定性相當。綜合考慮泥漿流量計固有特性及測試結果,新型超聲波流量計與聲吶陣列流量計流速測量穩定性滿足疏浚船舶要求,適用于疏浚船舶。


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