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小口徑電磁流量計在分流支管中的應用以及延長壽命的措施

來源▩·☁▩↟:作者▩·☁▩↟:發表時間▩·☁▩↟:2017-10-26 09:14:57

電磁流量計在分流支管中的應用以及延長壽命的措施摘要▩·☁▩↟:為解決目前國內電磁流量計無法同時滿足高溫◕│↟、高壓◕│↟、耐腐蝕◕│↟、大通徑流量瀏童的難題│↟│☁,提出了利用小口徑電磁流量計│↟│☁,透過瀏蚤分流支管中的流體流童│↟│☁,達到替代大口徑電磁流量計測量大流量的目的·✘│╃。文中還提出了延長電磁流量計使用壽命的措施·✘│╃。

 
引言
        在我廠年產15萬t本色商品木漿工程中,製漿生產線的流量儀表多為電磁流量計·✘│╃。經過4年生產執行,在連蒸系統中,監測連續蒸煮轉送迴圈流量的進口電磁流量計,因環境條件惡劣(壓力1200KPa◕│↟、溫度160℃◕│↟、有介質腐蝕等),引起流量感測器聚四氟乙烯襯裡的損壞,以致無法執行·✘│╃。當流量低於定值時,容易引起轉送管道的堵塞,導致整條生產線停運·✘│╃。本文結合我廠儀表國產化的建設,介紹國產小口徑電磁流量計在分流支管中的應用·✘│╃。
 
1◕│↟、解決思路
1◕│↟、1現狀
        由於進口電磁流量計價格昂貴,到貨週期長,而國內同口徑(大口徑)電磁流量計的技術指標達不到特定工作環境高溫◕│↟、高壓◕│↟、耐腐蝕的要求,我們採用小口徑電磁流量計,透過測量分流支管中的流量,替代進口大口徑電磁流量計測量大流量,從而解決了目前國內電磁流量計無法同時滿足高溫◕│↟、高壓◕│↟、耐腐蝕◕│↟、大通徑的技術問題·✘│╃。
 
1◕│↟、2◕│↟、電磁流量計工作原理
        電磁流量計的測量原理基於法拉第電磁感應定律,亦即導電液體在磁場中作切割磁力線運動時,導體中將產生感應電壓,其為
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        式中:K為儀表常數;B為磁感應強度;v為測量管截面內的平均流速;d為測量管的內徑·✘│╃。
 
        由圖1可知,流體流過垂直於流動方向的磁場,導電性液體的流動感應出一個與平均流速(亦即體積流量)成正比的電壓(因此要求被測的流動液體具有**低限度的電導率),該訊號透過2個與液體直接接觸的電極檢出,並傳送至放大器,然後轉換成統一輸出訊號·✘│╃。
電磁流量計原理
1.3◕│↟、控制要求
        已知正常執行時│↟│☁,原轉送迴圈的設定流量範圍為0 - qT/L·s- 1(以下標1表示主管│↟│☁,下標2表示支管│↟│☁,下標T表示總管)│↟│☁,這時對應輸出的訊號為4 - 2OmA, d.c.│↟│☁,該4一2OmA, d. c.訊號經送往DCS運算後│↟│☁,顯示在操作監視器上為0 ~ qT/L·s- 1的流量·✘│╃。若設計的分流支管中的**大流量q2和主管的流量q1之和為轉送迴圈總管**大流量qT│↟│☁,那麼可以透過設定支管電磁流量計的量程為0~q2/L·S-1│↟│☁,則其對應的輸出訊號也為4~20mA,d.c│↟│☁,經DCS運算後│↟│☁,顯示在操作監視器上的流量範圍還是0~qT/L·S-1│↟│☁,不影響工藝人員的正常操作(見圖2)·✘│╃。
轉送迴圈控制操作流程
2◕│↟、管路設計及儀表選型
2.1◕│↟、工作流量特性
        雖然流量控制閥不是安裝在並聯管路的主管上│↟│☁,但可參考並聯管路中的工作流量特性:
                                  χ=q全開/qmax
        式中:q全開為主管控制閥全開時的流量;qmax為流過工藝總管的流體**大流量·✘│╃。
 
        假設主管上裝有一個常全開的流量控制閥·✘│╃。係數χ值主要反映理想流量特性畸變的嚴重程度·✘│╃。理想流量特性主要是指閥的前◕│↟、後壓差恆定時│↟│☁,流體透過閥門的流量與開度之間的關係│↟│☁,理想流量特性主要取決於閥芯的形狀│↟│☁,分為線性◕│↟、對數◕│↟、快開◕│↟、拋物線4種·✘│╃。目前│↟│☁,該工藝總管所用流量控制閥的理想流量特性是對數型│↟│☁,因為這與轉換器輸出訊號欲與被控變數(流量)q成正比及負荷(產量)變化有關·✘│╃。當χ=1時│↟│☁,即旁路閥全關│↟│☁,控制閥的工作流量特性與理想流量特性相同·✘│╃。隨X值的減小│↟│☁,雖然控制閥本身的流量特性曲線沒有
變化│↟│☁,但管路系統的可控比將大大降低│↟│☁,洩漏量增大│↟│☁,另外│↟│☁,實際系統總是同時存在串聯管路阻力的影響│↟│☁,其閥上壓差隨流量的增加而降低│↟│☁,使得系統的可控比進一步下降│↟│☁,導致控制閥實際可調的變化流量範圍更小│↟│☁,甚至不起控制作用·✘│╃。所以│↟│☁,控制閥並聯於管路這種工作方式不好(注意:這裡僅是假設│↟│☁,實際的流量控制閥安裝在工藝總管上)·✘│╃。設計中│↟│☁,一般要求X值不應低於0.8│↟│☁,即旁路流量**多隻能佔總流量的百分之十幾·✘│╃。
 
2.2◕│↟、管路計算及儀表選型
        已知工藝總管內徑dT為300mm│↟│☁,正常執行時│↟│☁,轉送迴圈設定的**大流量qT為260L/s│↟│☁,則正常流速·✘│╃。T為
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        考慮到目前工藝生產能力才達到80%左右│↟│☁,還有預期擴大生產等因素│↟│☁,故假設今後正常執行時│↟│☁,分流支管**大流量q2為5L/S│↟│☁,流速v2為3m/s│↟│☁,那麼支管管路設計尺寸為▩·☁▩↟:
 
        選用∮58×4.Omm的無縫鋼管作為支管管路·✘│╃。參考有關儀表選型資料│↟│☁,選用上海橫河電機有限公司生產的AE200D系列分離型電磁流量計│↟│☁,感測器型號為AE205DG-CS2-ESJ/ECG(DN50 PN25 tmax=180℃│↟│☁,陶瓷襯裡)│↟│☁,採用如圖3所示的分流支管測量流量·✘│╃。
分流支管測量流量過程工藝圖
3◕│↟、核定流程
3.1流動阻力
        由於電磁流量轉換器的量程適應範圍廣│↟│☁,新工程剛上馬│↟│☁,流速處於較低的狀態│↟│☁,當後期工程上去後│↟│☁,管內流速就處於較高狀態│↟│☁,只要在現場更改儀表的滿量程就能適應│↟│☁,不需要更換儀表·✘│╃。因此│↟│☁,要設定支管電磁流量計的量程│↟│☁,必須知道經過支管的流速v2│↟│☁,而v2為未知│↟│☁,但我們知道│↟│☁,並聯管路除遵循質量守衡◕│↟、能量守衡的原則外│↟│☁,還受各支管的流動阻力(內摩擦力)必相等這一條件的約束│↟│☁,即
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         因此│↟│☁,主管及支管中的摩擦阻力必須服從式(1)的規律.即
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        式中:Qf為1kg流體流動時為克服摩擦阻力而損失的能量;L│↟│☁,Le分別為直管的長度及管件的當量長度;│↟│☁,為速度;d為圓管內徑;λ為摩擦係數·✘│╃。
        已知主管內徑d1為300mm的鋼管輸送156℃的蒸煮液│↟│☁,在3 000mm長的一段主管路上並聯了一根內徑d2為50mm的鋼管│↟│☁,其上裝有電磁流量計│↟│☁,45°彎頭2個(選用45°彎頭的目的是避免主管流速太高時│↟│☁,支管產生逆向環流;或總管流速太低時│↟│☁,因主◕│↟、支管長度不同和阻力的原因│↟│☁,可能導致主◕│↟、支管中流量比例偏差較大)│↟│☁,切斷閥2個(設定手動旁路切斷閥的主要目的在於當電磁流量計發生故障時切斷旁路│↟│☁,便於檢修│↟│☁,保證工藝過程繼續進行)·✘│╃。管道中輸送的蒸煮液(大部分為迴圈利用的稀黑液)│↟│☁,其密度ρ為1088kg/㎥│↟│☁,粘度P為0.003Pa·s·✘│╃。
 
        根據質量守衡定律qT=ql+q2│↟│☁,則
        總流量qT=(π÷4)d₁²ν₁﹢(π÷4)d₂²ν₂(3)│↟│☁,將已知值帶入(3)│↟│☁,支管內流速為▩·☁▩↟:
        ν₂=132.48-36ν₁
 
        取管壁粗糙度ε1=0.3mm(舊管)│↟│☁,ε2=0.1mm(新管)│↟│☁,故由相對粗糙度ε/d及雷諾準數Re即可查出久│↟│☁,但查A時又要有·✘│╃。的數值│↟│☁,故無法查久值│↟│☁,此時可以採用試差計算法:根據實踐經驗│↟│☁,在管道常用的速度範圍│↟│☁,假設一個合適的流速│↟│☁,從而算出Re值│↟│☁,然後從摩擦係數與Re數及相對粗糙度間的關係圖中查出久│↟│☁,用式(2)先算出∑Qf2外作為參照值│↟│☁,**後根據式(4)及式(2)計算∑Qf1│↟│☁,若算出∑Qf1=∑Qf2│↟│☁,則說明所設的·✘│╃。值合適│↟│☁,否則再另設·✘│╃。值│↟│☁,重複上述計算│↟│☁,直至算出的∑Qf1=∑Qf2為止·✘│╃。
 
3.2◕│↟、試差計算法
        試差計算法是工程計算中**常用的一種計算手段│↟│☁,當計算技巧熟練時│↟│☁,能夠分析出要假設的數值大致範圍│↟│☁,一般經過兩三次重複計算就可以得到滿意的結果·✘│╃。
 
        假設ν2=0.32m/s│↟│☁,由式(4)可算出
                ν1=(132.48一ν2)÷36=3.67(m/s)
        根據Re二dνρ/μ│↟│☁,求得:
        Re1=(0.3×3 .67×1088)÷0.003=399296
        Re₂二(0.05×0.32×1088):0.003=5803
        主管◕│↟、支管的相對粗糙度為
                  ε/d1=0.3/300=0.001
                  ε₂/d₂ = 0.1/50=0.002
由此│↟│☁,查得λ1=0.0206,λ2=0.03860
        下步結合當量長度法計算流體流經閥門◕│↟、管件等的阻力·✘│╃。因主管◕│↟、支管的Re值均大於4000│↟│☁,流型均屬於湍流│↟│☁,可從管件與閥門的阻力系數與當量長度資料表中查得:
        45°彎頭的當量長度為0.85m│↟│☁,全開截止閥的當量長度為15m│↟│☁,則總當量長度為
                ∑Lei=0.85×2+15×2=31 .7(m)已知直管長度為3m│↟│☁,感測器測量管阻力系數ζ2=0.02(廠家提供)因此│↟│☁,
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        由計算結果知│↟│☁,∑Qf1≈∑Qf2│↟│☁,所以選用支管流速ν2=0.32m/s是合適的·✘│╃。根據q=(π÷4)d²ν│↟│☁,求得:
        支管流量q₂=(3.14÷4)×0.05²×0.32×1000
                                =0 .628(L /s)
所以│↟│☁,支管流量的量程應設為0~0.628L/s·✘│╃。
        **後│↟│☁,透過對不同產量下流量控制的比對│↟│☁,監視器顯示的流量與實際流量變化趨勢一致│↟│☁,這說明了對支管流量量程的核定是比較理想的·✘│╃。
 
4保護措施
        為了延長電磁流量計的使用壽命│↟│☁,我們考慮到把分流支管中流體的溫度適當地降低20~30℃│↟│☁,這雖然會引起流體粘度和密度的變化│↟│☁,對流速產生影響;但這個影響很小│↟│☁,在實際流量測量中可以忽略·✘│╃。降溫後的流體匯人總管時│↟│☁,對工藝引數的影響也可以忽略·✘│╃。又由於我廠採用清潔生產工藝│↟│☁,冷卻水可迴圈回收利用│↟│☁,故此項日常降溫費用極少·✘│╃。而支管中流體溫度降低20~30℃│↟│☁,這對電磁流量計來說│↟│☁,其工作環境大大改善·✘│╃。故我們在安裝電磁流量計時│↟│☁,在前直管段上套上一根直徑100mm的管子│↟│☁,製成單程套管式換熱器(見圖3)│↟│☁,使電磁流量計的使用壽命得到延長·✘│╃。
 
5◕│↟、結束語
        由於進口裝置◕│↟、表計價格昂貴│↟│☁,到貨週期長│↟│☁,因此我廠從漿板系統建成投產後│↟│☁,就積極尋找出口裝置◕│↟、表計的國內替代產品│↟│☁,走國產化的道路·✘│╃。從價格上考慮│↟│☁,對於大口徑電磁流量計│↟│☁,口徑越大│↟│☁,價格越高·✘│╃。而採用小口徑◕│↟、陶瓷襯裡的電磁流量計│↟│☁,不僅可使儀表執行在較好的工作狀態下│↟│☁,還可大大降低儀表的投資費用(如本次改造資金投人僅為原計劃的1/8)·✘│╃。
        這臺SCLDE電磁流量計從2012年1月投人使用至今│↟│☁,執行情況良好│↟│☁,效能穩定可靠·✘│╃。本人認為│↟│☁,我廠利用國產小口徑電磁流量計│↟│☁,透過測量分流支管中的流量│↟│☁,替代進口大口徑電磁流量計測量大流量的應用是成功的·✘│╃。
 
作者▩·☁▩↟:三暢智慧電磁流量計
版權屬於▩·☁▩↟:青州造紙廠製漿分廠│↟│☁,劉志勇
轉載本文請一定要註明原著作者和版權│↟│☁,希望知識共享得到保障·✘│╃。
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