质量流量计在工程中的应用

摘要 :质量流量计是一种较新型的流量测量仪表, 现在已越来越多地应用于 各个生产领域 。 但 在具体的工程中 , 必须正确地安装 、使用 , 才能使这一高级的优良技术产品发挥其应有的作用 。

 作为新型的流量测量仪表 ———质量流量计,自1979 年美国 MICRO MOTION 公司首先开发成功以来,各大仪表厂家竞相推出其公司的质量流量计 。这一高级的技术可直接用于测量介质的质量、密度、温度。具有测量精度高、量程比宽、测量范围广等特点。而 且, 由于其测量原理的特殊性 ,还可用于测量高压气体 、高粘度流体 、非牛顿流体等较特殊的介质 。其产品具有一系列的耐腐蚀材料 ,具有隔爆 、本安等防爆产品。它正被越来越广泛地应用于石化、化工、医药等各个领域 ,用于较重要的各种进料的混合和批量计量 、流量计量控制、快速多变的密度测量 、产品的质量控制和监视的测量场合 。而且, 由于其检测器无可动部件, 因此日常维护量少,易于安装和操作 。
1、质量流量计的安装要求:
 可垂直安装、水平安装。·无直管段要求 。·流量计不能安装在管道的最高点 。·不要垂直安装在垂直放空管侧。·流量计两侧需支撑。支撑位置在上游 15D和下游15D 内为好 。

2、应用中的问题剖析:
 在具体应用中, 如何根据现场情况正确安装质量流量计,如何注意一些细节 ,使其达到应有的优秀性能,也是值得注意的问题 。
 在某化工工程中 ,我们公司承担了总承包的工作。此装置中, 采用了 20 多台质量流量计 。其精度按仪表制造厂的样本显示应达 0.15 %, 可是现场测试结果均在 0.3 %以下 。虽然 ,对于一般的现场仪表这一测量精度已相当精确, 但对于以高测量精度而著称的质量流量计 ,业主有理由提出指责和否定 。为此,承包公司和生产厂家均十分着急 。于是,我们开展了以下几个步骤的工作。
 ·由数据表重新计算所有流量计的口径, 以确认选型的正确性。计算结果表明 ,除一台质量流量计的计算精度为 0.16 %以外, 其余计算精度均可达到 0.14 %以上 。由此, 排除了因选型错误可能引起的精度误差。
 ·业主提出质量流量计没有水平安装并设置前、后直管段 。指出这是造成精度降低的原因。为此, 我们再次探讨了其测量原理。在样本上明确指出,质量流量计安装无直管段要求 ,也不限于水平安装 。众所周知, 质量流量计依据牛顿第二定律 :力=质量 ×加速度(F =ma)工作, 其测量系统分为变送器和传感器 ,即机械和电子两部分。传感器是根据科氏力的原理来测量流体的质量流量的 。科氏力是指物体在旋转系统中作直线运动时所受到的力。
F c =2Δm( ω× v)式中 　 F c ———科氏力;　Δm ———动物体的质量 ;　 ω———角速度 ;　v ———旋转或振动时的径向速度。
 科氏力与流体的质量流量成正比。传感器用测量管振荡来代替恒定的角速度  ω,即在一般的情况下测量管以一定的频率振动,象音叉一样 。当流体流过测量管时,流体就会受到科氏力的作用。测量管里流体所受科氏力的反作用 ,产生进口和出口的相位差 。
 ·当流量为零时 ,入口与出口相位差为零。
 ·当有流体流过时,入口处管子振动减速 ,出口处管子振动加速 ,入口与出口产生相位差。当质量流量增加时该相位差也增加 。在仪表的入口和出口可分别装上电磁式相位传感器来检测管子的相位。由此可见, 科氏力流量计所测到的质量流量与流体的温度 、压力 、粘度 、电导率和流体形状无关 。是否水平安装, 有无直管段并不影响仪表的测量精度。保证满灌才是对质量流量计安装的要求 。纵观现场安装的 20 多台质量流量计 , 都达到了满灌的要求。因此, 它也不是影响仪表精度的因素 。

2.1、现场安装问题：
1)现场的质量流量计多安装在泵出口不远处 。
2)质量流量计的仪表支撑柱普遍较细 , 一般小于现场管线;一些垂直安装的质量流量计所在的生产管线较粗 ,固定支撑件却不够稳固;有些质量流量计的支撑架一边只有一个。
3)有些质量流量计的支撑件连在一起 。
4)一些支撑件安装在检测元件本体上 。

2.2、问题分析：
 从质量流量计检测原理可知, 质量流量计有本身固有的振动频率, 而这振动频率往往较小。我们采用的质量流量计的固有振动频率的振幅小于1mm , 频率大约在 80Hz 。 由此 , 附近较大的振动和管道的应力腐蚀将直接影响质量流量计的测量精度。远离振动源和正确、稳定的支撑将是保证质量流量计测量精度的重要因素 。剖析现场仪表的安装情况可见:
1)质量流量计安装在泵的附近 , 泵启动后较大的振动必将干扰流量计的正常工作 。
2)流量计的仪表支撑柱普遍较细 , 有些质量流量计的支撑架一边只有一个 。当管道应力传输至仪表安装段时, 其支撑件不足以抵御管道应力 ,将降低质量流量计的测量精度。
3)质量流量计的支撑件连在一起 。 当其中一台质量流量计受到振动干扰和应力时, 将不可避免地传至其他流量计, 并可能产生共振。
4)一些垂直安装的质量流量计固定支撑件不能稳定较重较大口径的质量流量计本体 。管道由于流体通过或管线应力而产生的振动将影响质量流量计正确测量 。
5)支撑件安装在流量计的流量管部或连接法兰处, 也可能导致应力产生而干扰流量管振动频率,造成精度偏差

2.3、采取的措施：
 综上所述 ,引起质量流量计精度下降的原因是振动的干扰和应力的影响。对此 ,我们采取的措施为:
1)远离振动泵 3m 以上 。
2)支撑件位置在流量计上 、下游 15D 内 , 仪表的两边分别设置两个固定的支撑架,以抵御流体流经管道时产生的振动和管道的应力(尤其是当附近有较重的阀门时)。支撑架必须从仪表本体上移开,其直径足以支撑质量流量计本体和管线的重量, 并且隔离振动。
3)当垂直管道直径较大支撑件不易制作时 , 可将安装流量计的管道设计成水平形式 。
4)各个质量流量计的支撑件不可公用或连在一起 ,必须分开。
5)仪表出口管线最好高于流量计第 2 个支撑架后的管线, 以产生一个小的背压 ,避免虹吸现象 。
6)对振动过大的地区 , 应设置减振器或采用其他的减震措施 。
7)在质量流量计的安装中还必须注意不同介质不同口径的质量流量计的安装方式和角度也各不相同。
a)当测量管线较细时 , 无论介质为洁净液体 、气体 、液体浆料时, 都可以按下图安装 。


b)当测量管线较粗且介质为洁净液体时 , 安装方式如下图, 以保证测量管线中没有气泡驻留。
c)当测量管线较粗且介质为气体时, 安装方式如下图避免气体中的水分残留在测量管线中。
d)当测量管线较粗且介质为液体浆料时 ,推荐安装方式如下图 , 实现其自清洁的功能, 避免小颗粒在检测器中的积累 。

8)在安装中必须注意检测器上标明的介质流动方向,按其箭头所示施工,切勿反装。
9)安装仪表的管道中必须保证充满介质 , 即做到满灌。
10)当管线进行吹扫 、清洗时 , 所有的质量流量计必须从管线中拆下 ,用管代替之 。待清扫工作结束时再重新安装到位。总之 ,质量流量计是一种新型仪表, 具有其他流量计所无可比拟的优点。
 在各种大 、中型工厂中正在被大量地应用 。选型合理、口径计算正确是其选用的前提。但如果安装不正确 ,使贵重的仪表得不到很好地应用, 不仅会给生产控制带来困难 , 而且浪费了购买流量计的资金, 不能发挥它的优越性,还会使人对仪表本身性能产生误解, 给质量流量计的应用和推广带来阻碍 。为此, 在工程应用中,正确地安装是我们决不可忽视的一大重要环节。