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热式质量流量计特点及局限性探讨
发布日期:2019/9/26 17:03:06

热式质量流量计特点及局限性探

石油化工装置中,热式质量流量计在各种气相介质的测量与控制上得到广泛的应用。介于气体介质的温度、压力、组分不断变化,所以测量其质量流量比测量其体积流量意义更加深远。
 
1.热式质量流量计原理
热式气体质量流量计利用了热传导原理,其传感器是由两个基准级热电阻(RTD)所组成。其一是质量速度传感器T1,另一个是温度传感器72,职责是测量气体温度变化。当两个RTD置于被测气体中时,其中的传感器T1被加热到高于气体温度的一个恒定的温差,而另一个传感器72用来对被测气温温度进行感应。随着气体质量流速的不断增加,气流带走更多的热量,传感器71的温度下降,而要维持71、72温度差恒定,71的加热功率就需要大。根据热效应的金氏定律,温度差△T(71-72)加热功率P与质量流量Q关系式为P/△T=K1+K2f()K3,其中K1、K2、K3是与气体物理性质有关的常数
 
2.与传统流量测量方法的比较
差压原理的流量计能够测量大多数流体的体积流量。然而,其流量元件会产生不可恢复的压损,损失精度。且在小流量时因为信号的强度极低很难测量,因此差压原理的流量计的量程和测量精度较低涡轮流量计、容积式流量计提供丁很高的体积流量精度,但活动部件较易磨损并产生不可恢复的压损,对介质的工况条件要求较高。涡街流量计提供好的测量精度,无活动部件,对于结垢不缏感,压损小。然而,该种流量计对于管道的噪声敏感,管道振动会造成测量误差,安装条件要求较高:因需要足够的流速来产生旋渴,故小流量很难测量。科利奥力流量计能用来测量多数流体的质量流量,提供很好的精度。但流量管的薄壁要求严格的材料选择来减少腐蚀影响,气体应用受管径限制和气体的密度限制,且产生不可恢复的压损。
 
3.热式质量流量计特点
由于温度或压力的变化会对气体流量的测量造成较大的影响,且仅仅测量气体的流速是无法得到确切质量流量的,温度或压力上的变化对气体尤其是多组分气体的性质影响是多方面的,采用温度或压力上补偿也往往达不到预期的要求,而采用热式质量流量计从根本上可以解决这方面的问题。热式质量流量计能测量很低的流量,在线式可以测量0.008m/s的流体。热式质量流量计的测量和雷诺数无关能在层流、过渡流、湍流条件下标定、测量,这是其它形式流量计无法达到的。
热式质量流量计的量程比较高。100:1的量程比在应用中很普遍,但也有一些应用所需的量程比更高,热式质量流量计能提供1000:1的量程比,在测量大流量和小流量时都有很高的灵敏性,流速范围为0.08-500m/s,对于正常生产操作的很低流量和装置事故时的大流量都能准确测量。
热式质量流量计适用于各种管道的测量,其ZUI大测量管径可达9m。不给工艺系统増加有效压降,系统压力损失可以忽略不计。这点在能源控制系统上非常有用,压力损失会造成很大的能源浪费。无可动部件,检测元件和恒热源均密封不与工艺介质直接接触。流体传感元件可以选择适合各种流体的材料。因而可避免因移动、震动、旋转等因素造成的元件断裂、磨损和疲劳裂缝,且耐腐蚀、耐磨损、不易损坏,因此使用时间长,维护量很低耐压范围和测温范围宽,耐压ZUI高7MPa,ZUI高温度454℃,可以测高压、高温介质。并且防过载能力强,当实际流量高出满量程范围时,也不会对仪表造成任何程度的损坏。这在一定程度上解决了过热蒸汽流量计量这一长期存在的难点问题。仪表安装方式有在线式法兰过程连接和插入式,电子部分有就地和远传两种封装形式。在一些很重要的场合,要求在线拆卸,就可选用带切断球阀的流量计,当发生故障时,可拆下流量计,关闭球网,不必中断生产过程。热式质量流量计是一种实标的流量计。每种气体都有自己的热特性,如果过程混合气的组成发生变化,将会产生一定的误差。当热式质量流量计校准时,必须用实际气体或者相似热特性的气体来进行标定。
 
4.热式质量流量计局限性
任何一种流量计都有其局限性,通过热式质量流量计的工作原理可获知,测得的质量流量与介质的导热性能有关,因介质导热性能不同,流量与温差的曲线就不同。因此,不是所有的气体流量测量都是合适的,流体的组成变化影响仪表的测量值。例如,氢气的热导性比二氧化碳好,氢气组分的变化会对两者混合气的质量流量测量产生较大影响。在某些流体组成的变化范围已知的工況中,组成变化造成的误差可以计算出来,根据其准确性及实际工况可以判断采用热式质量流量计测量是否合适。因此,在一些非单相流的情况下,采用热式质量流量计测量是非常困难的。对于单一组分流体,在对热式质量流量计进行选型时,要提供详细的工艺条件,需了解安装场所是否具有防爆需求,所测介质是否含有腐蚀性,工艺要的测量响应时间以及测量精度等;对于混合组分的流体,必须要提供准确的组分。
综上所述,热式质量流量计解决了一些工況下长久以来的测量难题,用户的维护量被降低,测量精度也有所提高。

 
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