流量测量应用技术的进展

2013-09-30 14:14:54来源: 21ic
一、 前言

近50年来开发了许多新测量原理的流量测量方法和仪表,从而应用领域有很大扩展,进入许多过去的禁区,如可以不对管道作任何改动就可作非接触测量。过去某些流量仪表用来测量某些特殊对象的流量时,感到很困难;如今,因技术上有所突破而变得容易,但是,环保工程等新兴产业提出的要求,现有手段不能满足,尚待开发。经流量仪表流转财富为数甚巨,就以我国生产一亿多吨石油及后续成品的交接计量,流转财富以1012数量级(方亿)元来计算,0.1%~0.2%计量损失就高达数十亿元。流量仪表精度虽已提高到0.1~0.2级,似乎还不满足,还要精益求精,仪表价格再高还是愿意购置。但对量大面广的仪表则尽量降低包括仪表购置费在内的各项费用。流量仪表应用技术中克服或减少管线安装影响是长期探索的工作,流体参量变化对流量仪表测量值的影响是用户非常关心的问题,近年又有不少收获,本文拟就这些方面作些讨论。

二、 环保业应用展望

环境保护中,污水中的污染物不仅要控制其排放百分比含量,更重要的是控制其排放总量,为此要求计量污水排放总量。我国工业污水排放计量的明渠污水流量仪表,80年代中期各制造厂已相继开发,1987年开始国家环保局开展调查考评10余家制造厂所提供的商品。经两年余实验室和现场考评,国家环保局认为明渠污水流量仪表立足于国内是可能的。10年后的今天仪表性能更趋完善,品种增多,在国家环境保护政策推动下,环保业对流量仪表需求增加颇快。

虽然国内已有污水流量仪表和总需氧量(TOC),汞、铬、镉等金属离子和砷、苯胺、酚盐等污染物含量的在线分析仪器,但要使用方各自设计,在现场配套装配,尚无由制造厂专门设计,工厂化装配调试成套供应污染物排放总量的仪表总成,这是需要开发且颇具前途的项目。

废气中的污染物主要指锅炉等排放的烟道气和汽车尾气中的SO2、NO2、H2S、O2等。1990年美国空气清洁法修正案规定要电厂降低会形成酸雨的二氧化硫和氮氧化合物排放总量。美国环境保护局规定773家电厂约2500台锅炉在1995年1月1日前必须装上连续排放监控系统(CEMS)。但是我国尚未颁布相似的法规。

现在适用测量烟道气流量的国产仪表,仅开封仪表厂的TH/TR系列热式气流量计,但仅适用于350mm以下中小管径,尚缺乏适合电厂大型烟道用仪表,国外产品代理销售则品种甚多。同污水排放一样,下一步还应开发与在线分析仪表配套的气体污染物排放总量监控仪表总成。

直接测量汽车废气排放量是一个非常困难的技术难题,因为所测量的是高温,且含有水汽、尘埃的强烈脉动流的流量,国外尚处于探索阶段。

三、 成熟仪表应用的扩展

针对经典或新颖仪表在某一领域应用受到的限制,经局部适应性改进,且技术有上所突破而使得在该领域应用有迅速的发展。例如差压式流量仪表对于粘性液体低雷诺数(Re=104以下)运行段和固体含量浓度较高浆液所受限制,自出现楔形管再配以密封毛细管传送的差压变送器后,差压式流量仪表在这一应用领域就得到了扩展。又如,超声流量计应用于天然气贸易交接由于测量精度不及涡轮流量计而长期未被接受;传统电磁流量计不能测量非满管液流量,科里奥利质量流量计前几年还不能用于中压气体,只适用于测量高压气体等等。近年这些仪表在技术上均有所突破,在所述领域的应用有较快发展。

1. 适用于天然气存储交接(custody transfer)计量的超声流量计

由于超声波在固体与气体界面上的传播效率低,管道外夹装超声换能器(探头)难以从管壁传送足够的声能,因此目前还没有外夹装式气体超声流量计。气体用超声流量计商品始于80年代初,大部分由测量短管和插入管壁换能器组成一体的形式出现,由于测量精度较低(1.5%~2%FS),过去未能在价格昂贵的天然气贸易结算计量领域取得一席之地,近年则出现多种型号精度较高的气体超声流量计。

德国Krohne公司的ALTOSONIC GFM 700型系平行双声道Z法(即一侧换能器斜方向发射声波到对面一侧换能器接收)布置于弦位置上,测量误差为±2%R,口径范围50~800mm,它对上游直管段长度要求较低,Z约为单声道的1/2~1/4。

德国Elster Handel公司的USM型是双声V法反射。其特点是发射换能器发射声束散射至对面一侧换能器接收)布置于弦位置上,测量误差为±2%R,上游直管段长度要求很低,仅需3倍管径长度,下游仅需2倍。

日本奥巴尔公司1997年有上海展示的Posonic-1型系单声道V法(即发射声波经对面管壁反射到同侧另一换能器接收)传播方式。经雷诺数修正后的测量误差为≤±1%R,口径范围为50~250mm。

RVG公司在1995年INTERKAMA展览会上,1997年ACHEMA(化学工业装备展览会)上展示四声道组合传播声波,两个声道是V法反射布置,为流量测量的基本信号;另两个声道之一的声束是按直径途径传播,之二的声束是按三角形反射途径传播,作为流速分布修正的辅助信号。最小测量误差为≤±0.5%R,口径范围为200~1000mm[5]。

据1998年赴欧考察燃气流量测量成员介绍,欧洲用于天然气计量的主流流量仪表有:①孔板差压式;②腰轮等容积式;③涡轮式;④涡街式;⑤超声式。当前德国和荷兰的专家对这些仪表的看法是:孔板差压式不推荐,但气田的高压气向外输送计量,当前它还是唯一选用的品种;涡街式和超声式推荐但不推广,待积累应用经验;涡轮式和容积式仅适用于中低压力较小管径场所。笔者认为超声流量计将有向大口径高压天然气流量测量与孔板差压式竞一高低之趋势。
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关键字:流量测量  非接触测量  环保业

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2013/0930/article_7887.html
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