2.1超声波流量计(气体)
▲超声波流量计特点:没有压力损失;安装简单;与流体的温度、压力、粘度等本身性质无关;无可动部件;可测量
脏污、腐蚀气体及多组分气体。
▲超声波流量计原理:在管道中测量测量顺流和逆流方向超声波的传播时间,再经过计算得出流体的流速。流体的流量
则可以通过介质流速、管径,以及用雷诺数对流体进行动力学方面的校正后得到。
具体来说:在管道中以“Z”型装一对超声波传感器,两个传感器之间的距离L作为超声波的传播行程。超声波在
两个传感器之间的顺流和逆流传播时间分别表示为:
Ts=L/(C+Vcosθ);Tn= L/(C-Vcosθ)
式中C为声波在静止空气中的速度,它随气体性质变化的函数,单位:m/s。V为气体介质流速,单位m/s。θ为声波行程
与管道轴线之间的夹角。
▲ 超声波流量计 的使用也比较方便。在管道表面以“Z”型安装,应注意应把传感器安装处打磨光亮并涂敷黄油,用固
定装置把传感器与管道拧紧即可。
▲超声波流量计的缺点:量程比小(15:1);维护相对麻烦;气体精度高的价格高;计量需要温度、压力补偿;
涡街流量计(气体)
2.2、 ▲ 涡街流量计特点:没有可移动部件、计量精度高、压力损失小
检测元件不与被测流体接触、输出信号与流体的温度、压力、密度、成分、粘度等参数无关。
▲ 涡街流量计原理:它是应用流体力学中的卡曼涡街原理来测量流体流量的。把一个旋涡发生体(圆柱体、三角柱
等非流线型对称体)垂直插在管道中,当流体在管道中流动时,会在旋涡发生体后方左右两侧交替产生旋涡,形成旋涡
列。这两列旋涡相互形成平行状,且左右交替出现,旋转方向相反。旋涡的频率f(Hz)与流体的平均流速v(m/s)及旋
涡发生体的宽度(m)有如下关系: f=St*v/d (St为斯特劳哈尔系数,与旋涡发生体宽度d和流体雷诺数有关)
▲ 涡街流量计的使用相对简单,安装也比较方便,它分插入式和管道式两种。在安装时应注意流体的流动方向应同
流量计指示的方向相同。
▲ 涡街流量计 的缺点:量程比小(15:1);受震动影响大;管道的大小与价格呈正比;需要温度压力补偿方可计量
;小量程段不灵敏,不稳定,几乎不可测量。
2.3 转子流量计(气体)
▲ 转子流量计 的特点:就地显示,无须电源;价格相对便宜;
它有两种材质,通常用的玻璃管转子流量计和金属管质量流量计。就地显示和远传显示皆可,接口有HART、标准电流信
号、PROFIBUS等形式。
▲ 转子流量计 的原理:转子流量计也是一种速度式流量计。它有两部分组成,一个是上大下小的锥形管,另一是放在锥
形管中的转子(也称浮子)。利用流体通过转子与锥形管壁之间的空隙(节流面积)时产生的差压△P来平衡转子的重量
。工作时,被测流体由锥形管的下端流入,从上端流出。流体对转子产生向上托力的大小F总是等于转子的重量G,即
F=△P*A;G=V*(ρt-ρf)g
由于 F=G 故 △P*A= V*(ρt-ρf)g
△P= V*(ρt-ρf)g/A (1)
式中V—转子的体积;A—转子的*大截面积;g—当地的重加速度;ρt-ρf分别为转子材质和被测流体的密度;△P为转
子垂直方向上下流体的压差。有式(1)可知,在整个工作过程中,压差保持不变。在流量增加时,当然通过节流面积的
流速也增加,只有增大节流面积,减低流速,以维持压差△P不变。故根据转子的平衡位置的高低就能读出流量的大小。
可用式(2)表示
Q=k*h(2△P/ρf)1/2 (2)
式中k—为仪表常数;h—为转子浮起的高度。将式(1)代入可得
Q= k*h(2gV(ρt-ρf)/(ρf*A))1/2
▲ 转子流量计 的使用比较方便,安装时拧紧相应的螺栓就可以了,但应注意流体的流动的方向一定垂直向上。
▲转子流量计的缺点:量程比小10:1;压力损失相对大;污物易堵塞;安装维护相对复杂;受震动影响大;需要温度、
压力补偿等;管径大小与价格呈正比,一般在DN200以下。
2.4、发电机行业中气体质量流量计的应用
热式气体质量流量计
▲热式质量流量计的特点:量程比宽可达1000:1;小量程段灵敏;不受温度、压力影响,直接测量气体的质量;压力损
失可忽略;可实现大口径小流量高精度测量;价格与管道的大小相差不大;高精度可达1%;温度范围宽可达-70℃~450
℃;对粉尘、颗粒物不敏感。
▲热式质量流量计的原理:它是基于热扩散原理的流量计。通俗的说,放在流体中的热源,在流体经过它时,热源本身
的热量将会损失,流体的质量流量越大,热源损失的热量越大。这样流体的流量与热源损失的热量在理想的情况下应相
等。故知道了热量的大小,我们就可以得出流体的流量。
具体对热式气体质量流量计(以下简称热式流量计)实现来说,就是:热式流量计的探头有两个探针,其中一只
是参考点,用来测量流体的温度;另一只是加热源,用来充当热源。根据前述我们可有下式(3)
P/△T=A+B*(Q)m (3)
式中P—为电子模块为加热源提供的功率;△T—为加热源与参考点之间的温差;A、B、—为与流体本身性质有关的常数
;m—为与流体本身性质有关的指数系数;Q—为流体的质量流量。从式(3)我们可以看出,实现流量测量有两种方法:
P固定就是恒功率法;△T固定就是恒温差法。通常我们都采用恒温差法测量,恒温差法特点:小量程段特灵敏,反应速
度也快,目前市场上流通的产品皆是采用此法。
▲热式质量流量计使用、安装比较方便,它有插入式、管道式两种形式。无论是插入式还是管道式,维护、操作极为简
单,安装时应注意流体方向应同热式流量计指示的方向相同。
▲热式质量流量计的缺点:不适宜安装在粘度大的环境中安装;不适宜安装在水珠含量在40%以上的场所。
3、发电机行业中气体质量流量计的应用
热式气体质量流量计在气体发电机组的应用
框图
传输电缆
整个系统是按照上图安装设计的,发电机组对气源的压力、组分要求不高,就高碑店污水处理厂而言,沼气的压力为气
源压力2KPa,温度常温,沼气脱硫后的成分比:
H2S 0.653% CO2 33.7% CH4 62.3% O2 0.47%H2 0.063% N2 1.46%
由于成分复杂,气源压力不大,以前采用传统的流量计都达不到我们设计指标,经过我们对传统流量计的性能研究后得
出的结论:在测量组分复杂,压力不大的工况条件,传统的流量计由于本身的局限性,已无法测量。因而,经过我们调
研后,发现热式气体质量流量计完全符合我们的工况条件应用。我们采用DCSY公司的Q***00 插入式,流速范围:0.05~
120m/s。在安装时在DN150管道上钻一个¢20的口,然后焊上一个M27X1.5的内螺纹底座,把带有锁紧接头的Q***00拧入
底座中就可以了。安装也非常方便。由于它输出的标准的电流信号,可以直接接入计算机的采集卡,依靠专用软件实现
对系统的综合管理,使我们的能源损耗和电能产出有了一个准确计算依据。
实际测试数据:
仪表为Q***00热式气体质量流量计,燃气压力为2kPa,环境温度为33℃,空气相对湿度50%。燃气管径φ150。
流量计测量值为燃气流速S(m/s),流量值为计算值。
计算公式为:Q= S×πR2×3600,R为管径0.075m。
流量计所测量的流速值是按空气成分进行标定的,当气体成份发生变化时,应进行修正。沼气组分如下:
成分 H2S CO2 CH4 O2 H2 N2
百分比% 0.653 33.7 62.3 0.47 0.063 1.46
修正公式:1/Fmix=V1/F1+V2/F2+……Vn/Fn
其中:Fmix为修正系数,Fn为各组分的系数,Vn为百分比。
各组分系数如下:
H2S CO2 CH4 O2 H2 N2
系数 0.933 0.795 0.823 0.946 1.019 0.946
经以上公式计算可知:修正系数为0.827。
从以上计算可以看出:机组在450kW时气耗率为1.97kW/m3。
4、发电机行业中气体质量流量计的应用
结论
通过我们在高碑店污水处理厂的实际应用的情况看,热式气体质量流量计在气体测量方面的优势特别明显,尤其是
在压力小、气体成分复杂的情况下。热式气体质量流量计同其他流量计相比有着压力损失小、量程比宽、小量程段灵敏
等优点,更利于节约能源。它的成功应用,为今后气体发电机组提供了**计量的设备。
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