什么是泥漿流量計|都有哪些流量計選型
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。
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。
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。
一、砂泥漿流量計概述:
智能電磁流量計(砂泥漿流量計)是我公司采用國內外技術研制開發的全智能型電磁流量計,全中文電磁轉換器內核采用高速中央處理器。計算速度非常快、精度高、測量性能可靠。轉換器電路設計采用國際先進技術,輸入阻抗高達1015 歐姆,共模抑制比優于100db,對于外來干擾以及60Hz/50Hz 干擾抑制能力優于90db,可以測量更低的電導率的流體介質流量。其傳感器采用非均勻磁場技術及特殊的磁路結構,磁場穩定可靠,而且大的縮小了體積,減輕了重復,使流量計小型流量化的特點。使客戶“買的放心,用的省心,服務稱心”是我公司的宗旨。
二、砂泥漿流量計工作原理:
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。
三、砂泥漿流量計優勢及獨特賣點:
1.傳感器***重要的部件-線圈作***優化的設計,并通過***嚴格的實流試驗,切實保證產品的測量精度
2.信號電極作徹底的靜電屏蔽處理,保證小信號不會受線圈的干擾,保證低流速的測量精度
3.線圈與外界作隔離處理,保證線圈長期的絕緣強度,也就保證傳感器的長期測量精度
4.傳感器所有的焊接工藝都采用氬弧焊工藝,雖然成本較高,但能保證焊接的可靠性(焊接是傳感器的***主要的生產工藝),特別是安裝線圈后的***后一道焊接工序,用氬弧焊工藝能保證已安裝的線圈不被損傷
5.采用接地電極結構,形成一個平衡電極平面,保證整個測量平均速度的過程都被限制在平衡電極平面之內進行,能很好的消除電氣噪聲干擾,提供的測量結果
6.采用定制的雙層屏蔽電纜
7.可編程頻率低頻矩形波勵磁,提高了流量測量的穩定性,功率損耗低
8.特殊介質測量(如漿液)采用高頻勵磁,消除雜波干擾
9.采用16位嵌入式微處理器,運算速度快,精度高
10.全數字處理,抗干擾能力強,測量可靠,精度高
11.超低EMI開關電源,適用電源電壓變化范圍大,抗EMC性能好
12.用單塊電路板完成所有功能設計,采用SMD器件和表面帖裝SMT)技術,電路可靠性高
13.高清晰度背光中文LCD顯示,顯示累積流量、瞬時流量、流速、流量百分比等
14.菜單操作,使用方便,操作簡單,易學易懂
15.雙向測量系統,內部具有三個積算器可分別顯示正向累計量、反向累計量及差值積算量
16.具有自檢與自診斷功能,并在屏幕上顯示
17.獨特的防雷設計
四、砂泥漿流量計解剖圖:
五、砂泥漿流量計電極選擇:
SUS316L不銹鋼電極 |
鈦電極 |
鉭電極 |
4、根據被測介質的腐蝕性、磨損性及溫度來選擇襯里材料。
橡膠襯里示意圖 |
PO襯里示意圖 |
四氟襯里示意圖 |
5、電磁流量計防護等級。根據國標GB4208-1984約同于國際電工委員會IEC標準(IEC529-7B),外殼防護等級的標準為:IP65為防噴水型,即可允許水龍頭從任何方向對儀表噴水,噴水壓力為30Kpa。出水量為0.75m3/h,噴水口離儀表距離為3m;IP67為防浸水型,即儀表可全部浸入水中,***高點應在水下至少150cm,持續時間至少30min。IP68為潛水型,能長期在水下工作。根據以上規定,在地下安裝易被水淹的儀表應選IP68,儀表在地上安裝的宜選IP65。
6、根據連接儀表管道的絕緣性選擇接地。
7、根據被測介質的***高壓力選擇電磁流量計的公稱壓力。對于介質壓力為10MPa、16MPa、25MPa、32MPa幾個等級的流量測量,應選用高壓型電磁流量計流量計。其***大口徑為100mm。
電磁流量計前方***少要有5*D(D為流量計內徑)長度的直管段,后方***少要有3*D(D為流量計內徑)長度的直管段;
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;
六、砂泥漿流量計現場示意圖:
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●儀表結構簡單、可靠、無可動部件,工作壽命長。 |
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![]() 技術參數 |
表1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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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: |
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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 |
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表2 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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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)。 |
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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。 |
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8、電磁流量計的搬運 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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![]() 接線指南 |
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泥漿流量計優勢產品:
智能電磁流量計安裝示范 |
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。