操作流體混合單元的控制系統(tǒng)

1、化工儀表及自動化,項目5 操作流體混合單元的控制系統(tǒng),內容提要,差壓式流量計節(jié)流現(xiàn)象與流量基本方程式標準節(jié)流裝置力矩平衡式差壓變送器差壓式流量計的測量誤差轉子流量計工作原理電遠傳式轉子流量計漩渦流量計,1,內容提要,質量流量計直接式質量流量計補償式質量流量計其他流量計靶式流量計橢圓齒輪流量計渦輪流量計電磁流量計,2,概述,介質流量是控制生產過程達到優(yōu)質高產和安全生產以及進行經濟核算所必需的一個重要參

2、數(shù)。,流量大?。簡挝粫r間內流過管道某一截面的流體數(shù)量的大小，即瞬時流量。,總量：在某一段時間內流過管道的流體流量的總和，即瞬時流量在某一段時間內的累計值。,定義,3,概述,質量流量M,體積流量Q,如以 t 表示時間，則流量和總量之間的關系是,流量計：測量流體流量的儀表。,計量表：測量流體總量的儀表。,4,概述,5,分類,任務1 差壓式流量計,差壓式（也稱節(jié)流式）流量計是基于流體流動的節(jié)流原理，利用流體流經節(jié)流裝置時產生的壓力差而實現(xiàn)流

3、量測量的。,通常是由能將被測流量轉換成壓差信號的節(jié)流裝置和能將此壓差轉換成對應的流量值顯示出來的差壓計以及顯示儀表所組成。,6,一、節(jié)流現(xiàn)象與流量基本方程式,1.節(jié)流現(xiàn)象,流體在有節(jié)流裝置的管道中流動時，在節(jié)流裝置前后的管壁處，流體的靜壓力產生差異的現(xiàn)象稱為節(jié)流現(xiàn)象。,節(jié)流裝置就是在管道中放置的一個局部收縮元件,應用最廣泛的是孔板,其次是噴嘴、文丘里管。,7,圖3-1 孔板裝置及壓力、流速分布圖,8,2.節(jié)流基本方程式,流量基本方程式是

4、闡明流量與壓差之間定量關系的基本流量公式。它是根據(jù)流體力學中的伯努利方程和流體連續(xù)性方程式推導而得的。,可以看出,9,二、標準節(jié)流裝置,國內外把最常用的節(jié)流裝置、孔板、噴嘴、文丘里管等標準化，并稱為“標準節(jié)流裝置”。,采用標準節(jié)流裝置進行設計計算時都有統(tǒng)一標準的規(guī)定、要求和計算所需要的通用化實驗數(shù)據(jù)資料。,10,1.節(jié)流裝置的選用,①在加工制造和安裝方面,以孔板為最簡單,噴嘴次之,文丘里管最復雜。造價高低也與此相對應。實際上,在一般場合

5、下,以采用孔板為最多。②當要求壓力損失較小時,可采用噴嘴、文丘里管等。,11,③在測量某些易使節(jié)流裝置腐蝕、沾污、磨損、變形的介質流量時,采用噴嘴較采用孔板為好。④在流量值與壓差值都相同的條件下,使用噴嘴有較高的測量精度,而且所需的直管長度也較短。⑤如被測介質是高溫、高壓的,則可選用孔板和噴嘴。文丘里管只適用于低壓的流體介質。,12,2.節(jié)流裝置的安裝使用,① 必須保證節(jié)流裝置的開孔和管道的軸線同心,并使節(jié)流裝置端面與管道的軸線垂

6、直。② 在節(jié)流裝置前后長度為兩倍于管徑(2D)的一段管道內壁上,不應有凸出物和明顯的粗糙或不平現(xiàn)象。,13,③ 任何局部阻力 (如彎管、三通管、閘閥等)均會引起流速在截面上重新分布,引起流量系數(shù)變化。所以在節(jié)流裝置的上、下游必須配置一定長度的直管。④ 標準節(jié)流裝置 (孔板、噴嘴) ,一般都用于直徑D≥50mm的管道中。⑤ 被測介質應充滿全部管道并且連續(xù)流動。⑥ 管道內的流束 (流動狀態(tài))應該是穩(wěn)定的。⑦ 被測介質在通過節(jié)流裝置

7、時應不發(fā)生相變。,14,四、差壓式流量計的測量誤差,在現(xiàn)場實際應用時，往往具有比較大的測量誤差，有的甚至高達10％～20％。,21,誤差產生的原因,被測流體工作狀態(tài)的變動。 節(jié)流裝置安裝不正確。 孔板入口邊緣的磨損。 導壓管安裝不正確，或有堵塞、滲漏現(xiàn)象 差壓計安裝或使用不正確,22,23,導壓管要正確地安裝，防止堵塞與滲漏，否則會引起較大的測量誤差。對于不同的被測介質，導壓管的安裝亦有不同的要求，下面分類討論。,圖3-3 測量

8、液體流量時的取壓點位置,①取壓點應該位于節(jié)流裝置的下半部，與水平線夾角α為0°～45°。,②引壓導管最好垂直向下，如條件不許可，導壓管亦應下傾一定坡度（至少1∶20～1∶10），使氣泡易于排出。,③在引壓導管的管路中，應有排氣的裝置。,（1）測量液體的流量時，應該使兩根導壓管內都充滿同樣的液體而無氣泡，以使兩根導壓管內的液體密度相等。,24,25,（2）測量氣體流量時，上述的這些基本原則仍然適用。,①取壓點應在節(jié)流裝

9、置的上半部。,②引壓導管最好垂直向上，至少亦應向上傾斜一定的坡度，以使引壓導管中不滯留液體。,③如果差壓計必須裝在節(jié)流裝置之下，則需加裝貯液罐和排放閥，如圖3-5所示。,（3）測量蒸汽的流量時，要實現(xiàn)上述的基本原則，必須解決蒸汽冷凝液的等液位問題，以消除冷凝液液位的高低對測量精度的影響。常見的接法見圖3-6所示。,26,27,差壓計或差壓變送器安裝或使用不正確也會引起測量誤差。,由引壓導管接至差壓計或變送器前，必須安裝切斷閥1、2和平衡

10、閥3，如圖3-7所示。,測量腐蝕性（或因易凝固不適宜直接進入差壓計）的介質流量時，必須采取隔離措施。常用的兩種隔離罐形式如圖3-8所示。,圖3-26 隔離罐的兩種形式,28,任務5.2 轉子流量計,一、工作原理,29,轉子流量計采用的是恒壓降、變節(jié)流面積的流量測量方法。,圖3-9 轉子流量計的工作原理圖,30,31,二、電遠傳式轉子流量計,它可以將反映流量大小的轉子高度h轉換為電信號，適合于遠傳，進行顯示或記錄。,LZD系列電遠傳式轉

11、子流量計主要由流量變送及電動顯示兩部分組成。,1.流量變送部分,圖3-10 差動變壓器結構,32,33,2.電動顯示部分,圖3-11 LTD系列電遠傳轉子流量計,任務5.3 漩渦流量計,精度高、測量范圍寬、沒有運動部件、無機械磨損、維護方便、壓力損失小、節(jié)能效果明顯。,34,漩渦流量計是利用有規(guī)則的漩渦剝離現(xiàn)象來測量流體流量的儀表。,滿足h／L＝0.281時，則所產生的渦街是穩(wěn)定的。由圓柱體形成的卡曼漩渦，其單側漩渦產生的頻率為,35

12、,任務5.4 質量流量計,定義,直接測量單位時間內所流過的介質的質量,即質量流量M。,優(yōu)點,質量流量計的最后輸出信號只與介質的質量流量M成比例,這就能從根本上提高流量測量的精度,省去了煩瑣的換算和修正。,質量流量的基本方程式為,36,一、直接式質量流量計,圖3-14 雙孔板差壓式質量流量測量示意圖,將式(3-19)減去式(3-18),可得,即,37,38,二、補償式質量流量計,1.流速-密度補償法,圖3-15 流速-密度補償法,質

13、量流量,2.壓差-密度法,,圖3-16 壓差-密度補償法,3.壓差-流速補償法,圖3-17 壓差-流速補償法,39,（3-20）,將式 (3-21)代入式 (3-20)，得,任務5.5 其他流量計,一、靶式流量計,便于某些黏度較高或含有懸浮物介質的流量檢測。,40,二、橢圓齒輪流量計,41,1.工作原理,圖3-19 橢圓齒輪流量計結構原理,通過橢圓齒輪流量計的體積流量,2.使用特點,適用于高黏度介質的流量測量。 測量精度較高，壓

14、力損失較小，安裝使用也較方便。 橢圓齒輪流量計的入口端必須加裝過濾器。 橢圓齒輪流量計的使用溫度有一定范圍。 橢圓齒輪流量計的結構復雜，加工成本較高。,,三、渦輪流量計,42,優(yōu)點,安裝方便。 測量精度高，可耐高壓。 反應快，可測脈動流量。 輸出信號為電頻率信號，便于遠傳，不受干擾。,缺點,一般應加過濾器。 安裝時，前后要有一定的直管段。,四、電磁流量計,43,能夠測量酸、堿、鹽溶液以及含有固體顆粒（例如泥漿）或纖維液體的

15、流量。,圖3-21 電磁流量計原理,將式（4-24）代入式（4-23），得,44,例題分析,解：由流量基本方程式可知 流量是與差壓的平方根成正比的。當測量的所有條件都不變時,可以認為式中的α、ε、F0、ρ1均為不變的數(shù)。如果假定上題中的 Q1 = 320m3/h ;Δp1 = 2500Pa ; Q2 = 160m3/h ;所求的差壓為Δp2 ,則存在下述關系,45,例題分析,由此得,代入上述數(shù)據(jù),得,該例說明了差壓式

16、流量計的標尺如以差壓刻度,則是均勻的,但以流量刻度時,如果不加開方器,則流量標尺刻度是不均勻的。當流量值是滿刻度的1/2時,指針卻指在標尺滿刻度的1/4處。,46,例題分析,解：這可以從它們的工作原理上來分析。 差壓式流量計在工作過程中,只要節(jié)流元件結構已定,則其尺寸是不變的,因此它是屬于定節(jié)流面積的。當流量變化時,在節(jié)流元件兩側的壓降也隨之而改變,差壓式流量計就是根據(jù)這個壓降的變化來測量流量的,因此是屬于變壓降式的。,47,例

17、題分析,轉子流量計在工作過程中轉子是隨著流量變化而上下移動的,由于錐形管上部的直徑較下部的大,所以轉子在錐形管內上下移動時,轉子與錐形管間的環(huán)隙是變化的,即流體流通面積是變化的,因此它是屬于變節(jié)流面積的。 由于轉子在工作過程中截面積不變,重力也不變,而轉子兩端的靜壓差作用于轉子上的力恒等于轉子的重力,轉子才能平衡在一定的高度上,所以在工作過程中,盡管轉子隨著流量的變化上下移動,但作用在轉子兩側的靜壓差卻是恒定不變的,所以它是屬于