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各種流量計選型地原則和方法中流體特性

時間:2020-10-14
液體性質
流體物性中的一個參數或幾個參數是影響流量測量的重要因素,因此流體的物性對流量計的選擇有著重要的影響。所以,所選擇的測量方法和流量計,不僅要適應被測流體的特性,而且要考慮測量過程中流體的某一參數變化對另一參數的影響。溫度變化對液體粘度的影響等。
在液體性質方面常見的有密度,粘度,蒸汽壓力和其它參數。通過評估使用條件下流體各參數的適用性和流量計的選擇,可以在手冊中對這些參數進行查詢。但是也會有一些物性是查不到的。例如腐蝕,結垢,堵塞,相變,混相狀態等等。
a)流體溫度和壓力。
認真分析流量計中流體的工作壓力和溫度,特別是在測量氣體時,由于溫度壓力變化引起密度變化過大,可能會改變所選的測量方法。例如,當溫度和壓力影響流量測量的準確性時,就需要進行溫度或壓力的修正。此外,流量計殼體的結構強度設計和材料也與流體溫度、壓力有關。所以必須準確地知道溫度和壓力的*大值和*小值。在溫度和壓力變化較大時,應謹慎選用。
還要注意,當測量氣體時,要確定其體積流量值是否處于工作狀態或處于標準狀態下的溫度和壓力。
1)流體密度。
對液體來說,在大多數情況下,它的密度都是恒定的,除非溫度有很大的變化,導致密度的變化,一般可以不作修正。對于氣體的應用,流量計的量程和線性度,取決于氣體的密度,,一般在標準態和工況態下都要知道數值,供選擇。還可以將流動狀態的值轉換為一些可接受的參比值,這是石油儲運中常用的一種方法。對于某些測量方法,尤其是使用氣體動量推動傳感器(如渦輪流量計)的儀器來說,低密度氣體會更難。
(3)粘度
各液態之間的粘度差異較大,并隨溫度的變化而顯著變化。但氣體不同,各氣體之間的粘度差異較小,其值一般較低。而且溫度和壓力的變化不會引起明顯的變化。由于液體的粘度遠高于氣體。例如,在20℃和100kPa時,水的動態粘度是Pa·s,而空氣的動態粘度是Pa·s,因此液體必須考慮到粘度的影響,而氣體的粘度沒有液體那么重要。
不同類型的流量計,如電磁流量計、超聲波流量計和科里奧利式質量流量計,其流量值都在很寬的粘度范圍內,可被認為不受液體粘度的影響;容積式流量計的誤差特性與粘度有關,可稍受影響;浮子流量計、渦輪流量計和渦街流量計,當粘度超過一定值時,其影響較大,因此不能使用。
一些流量計的特性是以管路雷諾數為參變量來描述的,它是流體的粘度,密度和管路速度的函數。所以粘度對儀器的特性還是有影響的。
在對牛頓流體進行鑒別時,粘度也是一個重要的參數,大多數的流量測量方法和流量計都只適用于牛頓流體。全部氣體是牛頓流體。大部分液體和含有少量球形顆粒的液體都是牛頓流體。測量方法及流量計僅適用于牛頓流體,若用于非牛頓流體則會對測量產生影響。因此,牛頓流體是流體流量測量正常使用的重要條件。
不同類型流量計的粘度變化趨勢各不相同,一般容積式流量計粘度增加,范圍度擴大。渦流計與渦街流量計則相反,粘度增大,幅度減??;所以在評價流量計的適用性時,應掌握液體的溫度-粘度特性。
一些非牛頓流體(如鉆井液、漿液、巧克力、顏料等)性質復雜,不易對其性質作出判斷,必須謹慎選擇流量計時。
(4)化學腐蝕性和污垢。
一、化學腐蝕問題。
液體的化學腐蝕性有時也是選擇計量方法和使用流量計的決定因素。例如,某些流體會使流量計接觸工件而腐蝕,表面結垢或沉淀析出晶體,金屬工件表面會產生電解化學作用,而這種作用會降低流量計的性能和壽命。為此,為了解決化學腐蝕、結垢等問題,廠家采用了多種方法,如選擇防腐蝕材料或在流量計上采用防腐蝕措施,如節流裝置的孔板采用陶瓷材料制作,金屬浮子流量計內襯耐腐蝕工程塑料等。但由于流量計結構比較復雜,如容積式流量計、渦輪流量計等就不能測量腐蝕流體。有些流量計從原理結構上就具有防腐性能,或者容易做防腐措施。超聲波流量計的傳感器探頭安裝在管路外壁,不與被測流體接觸,其實質是防腐蝕。電磁式流量計只有測量管和兩個形狀簡單的電極與液體接觸,近年來有些設計將電極也與液體接觸,也是一種防腐蝕措施。
2.結垢。
因為流量計的腔體和傳感器上的結垢或析出結晶,會減少流量計內活動部件的間隙,降低敏感元件的靈敏度或測量性能。例如,在超聲波流量計應用中,結垢會阻礙超聲波的發射。電磁式流量計應用中電極表面絕緣不導電結垢,會使流量計不能工作。因此一些流量計經常采用在流量傳感器外部加溫來防止析出結晶或安裝除垢裝置。
由于化學腐蝕和結垢會改變試驗管路內壁的粗糙度,從而影響流體的流速分布,所以建議使用人應注意這一問題,如長年使用的管路應進行清洗和除垢工作。
根據流量計類型的不同,腐蝕和結垢對流量測量值的影響也會有所不同。以下以超聲波流量計和電磁式流量計為例,說明管路結垢對測量結果的影響,例如管路直徑50mm時,管路內壁結垢或沉積0.1~0.2mm,將使測量管路面積縮小0.4%~0.6%,所產生的誤差在0.5~1.0級時將是不可忽略的誤差。
五、壓縮系數。
在相同的溫度、壓力下,氣體壓縮系數z等于氣體的“理想體積比”與實際體積比。一般來說,理想氣體的z=0,而實際氣體的z可能大于或小于1。z-偏差1的數值大小表示實際氣體與理想氣體的偏差程度。氣的壓縮系數的值取決于氣體的種類或成分,溫度,壓力。所以,氣體測量必須通過壓縮系數來確定在工作狀態下的流體密度。若成分固定,則按溫度、壓力和壓縮系數計算密度。若流體是多組分(例如天然氣)且工作于接近(或位于)超界區域,則需要配置一臺在線密度計以在線測量密度。

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