仪表的安装与维修课件.ppt
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1、LOGO现场仪表的安装与维护现场仪表的安装与维护流量测量仪表及变送器的安装、校验与维护流量测量仪表及变送器的安装、校验与维护任务三:流量测量仪表及变送器的安装、校验与维护任务三:流量测量仪表及变送器的安装、校验与维护3.1差压式流量计差压式流量计13.2 质量流量计质量流量计 23.3 电磁流量计电磁流量计Company Logo3.1差压式流量计差压式流量计 差压式流量计也叫节流式流量计,是利用差压式流量计也叫节流式流量计,是利用测量流体流经节流装置所产生的静压差来显示流测量流体流经节流装置所产生的静压差来显示流量大小的量大小的种流量计。差压式流量计是目前工业种流量计。差压式流量计是目前工业
2、生产中检测气体、蒸汽、液体流量最常用的生产中检测气体、蒸汽、液体流量最常用的种种检测仪表。因为其检测方法简单,没有可动部件,检测仪表。因为其检测方法简单,没有可动部件,工作可靠,适应性强,可不经实流标定就能保工作可靠,适应性强,可不经实流标定就能保证证定精度等优点,被广泛应用于生产流程中。定精度等优点,被广泛应用于生产流程中。Company Logo 差压式流量计使用历史长久,已经积累了丰差压式流量计使用历史长久,已经积累了丰富的实践经验和完整的实验资料。国内外已将孔富的实践经验和完整的实验资料。国内外已将孔板、喷嘴、文丘里管等最常用的节流装置进行了板、喷嘴、文丘里管等最常用的节流装置进行了标
3、准化。国际标准和国家标准代号分别为标准化。国际标准和国家标准代号分别为ISO5167、GB/T2624-93,本节所用公式、,本节所用公式、数据均来自于此标准。采用标准节流装置,按数据均来自于此标准。采用标准节流装置,按统统标准、数据设计的差压式流量计,不必进行标准、数据设计的差压式流量计,不必进行实验标定,即可直接投入使用。因此差压式流量实验标定,即可直接投入使用。因此差压式流量计目前已成为工业上应用最为广泛的流量计。计目前已成为工业上应用最为广泛的流量计。Company Logo 差压式流量计由节流装置、引压管路和差压差压式流量计由节流装置、引压管路和差压变送器(或差压计)三部分组成,如图
4、变送器(或差压计)三部分组成,如图3.1所示。所示。图图3.1 差压式流量计的组成差压式流量计的组成 Company Logo3.1.1 节流装置的流量测量原理节流装置的流量测量原理 流体所以能够在管道内形成流动,是由于它流体所以能够在管道内形成流动,是由于它具有能量。流体所具有的能量有动压能和静压能具有能量。流体所具有的能量有动压能和静压能两种形式。流体由于有压力而具有静压能,又由两种形式。流体由于有压力而具有静压能,又由于有于有定的速度而具有动压能。这两种形式的能定的速度而具有动压能。这两种形式的能量在量在定的条件下,可以互相转化。但是根据能定的条件下,可以互相转化。但是根据能量守恒定律,
5、流体所具有的静压能和动压能,连量守恒定律,流体所具有的静压能和动压能,连同克服流动阻力的能量损失,在无外加能量的情同克服流动阻力的能量损失,在无外加能量的情况下,总和是不变的,其能量守恒。况下,总和是不变的,其能量守恒。Company Logo 体流速增加、动压能增加时,其静压能必然体流速增加、动压能增加时,其静压能必然下降,静压力降低。节流装置正是应用了流体的下降,静压力降低。节流装置正是应用了流体的动压能和静压能转换的原理实现流量测量的。动压能和静压能转换的原理实现流量测量的。Company Logo 下面以图下面以图3.2所示的同心圆孔板为例来说明所示的同心圆孔板为例来说明节流装置的节流
6、原理。节流装置的节流原理。图图3.2 流体流经孔板时的压力和速度变化流体流经孔板时的压力和速度变化Company Logo 流体在管道截面流体在管道截面I以前,以以前,以定的流速流动,定的流速流动,管内静压力为。在接近节流装置时,由于遇到节管内静压力为。在接近节流装置时,由于遇到节流元件孔板的阻挡,靠近管壁处的流体流速降流元件孔板的阻挡,靠近管壁处的流体流速降低,低,部分动压能转换成静压能,则孔板前近管部分动压能转换成静压能,则孔板前近管壁处的流体静压力升高至,并且大于管中心处的壁处的流体静压力升高至,并且大于管中心处的压力,从而在孔板前产生径向压差,使流体产生压力,从而在孔板前产生径向压差,
7、使流体产生收缩运动。此时管中心处流速加快,静压力减小。收缩运动。此时管中心处流速加快,静压力减小。由于流体运动的惯性,流过孔板后,流体会继续由于流体运动的惯性,流过孔板后,流体会继续收缩收缩段距离。随后流束又逐渐扩大,流速减小,段距离。随后流束又逐渐扩大,流速减小,直到截面直到截面III后恢复到原来的流动状态。后恢复到原来的流动状态。Company Logo 由于节流元件造成的流束局部收缩,使管中由于节流元件造成的流束局部收缩,使管中心流体流速发生变化,其静压力随之变化,如图心流体流速发生变化,其静压力随之变化,如图3.2所示。实际上,由于孔板前后流通截面的突所示。实际上,由于孔板前后流通截面
8、的突然缩小与扩大,使流体流经孔板时,产生局部涡然缩小与扩大,使流体流经孔板时,产生局部涡流损耗和摩擦阻力损失。因此在流束充分恢复后,流损耗和摩擦阻力损失。因此在流束充分恢复后,静压力不能恢复到原来的数值。这静压力不能恢复到原来的数值。这压力降,即压力降,即为流体流经节流元件后的压力损失。为流体流经节流元件后的压力损失。Company Logo 由图由图3.2可见,节流元件前端静压力大于后可见,节流元件前端静压力大于后端静压力,节流元件前后产生了静压差。此压差端静压力,节流元件前后产生了静压差。此压差的大小与流量有关,流量愈大,流束的收缩和动、的大小与流量有关,流量愈大,流束的收缩和动、静压能的
9、转换也愈显著,则产生的压差也愈大。静压能的转换也愈显著,则产生的压差也愈大。我们只要测得节流元件前后的静压差大小,即可我们只要测得节流元件前后的静压差大小,即可确定流量,这就是节流装置测量流量的基本原理。确定流量,这就是节流装置测量流量的基本原理。需要说明的是:要准确地测量管中心截面需要说明的是:要准确地测量管中心截面II处的处的最低压力是有困难的,因为的位置将随流量而变,最低压力是有困难的,因为的位置将随流量而变,事先无法确定。因此,实际测量时,是在节流元事先无法确定。因此,实际测量时,是在节流元件前后的管壁上选择两个固定取压位置来测量节件前后的管壁上选择两个固定取压位置来测量节流元件前后的
10、压差,例如从孔板前后端面处取出流元件前后的压差,例如从孔板前后端面处取出压力、。压力、。Company Logo3.1.2标准节流装置标准节流装置 节流装置包括节流元件、取压装置。标准节节流装置包括节流元件、取压装置。标准节流装置是指国际(国家)标准化的节流装置。节流装置是指国际(国家)标准化的节流装置。节流装置经历了近百年漫长的发展过程,流装置经历了近百年漫长的发展过程,1980 年年 ISO(国际标准化组织)正式通过标准节流装置(国际标准化组织)正式通过标准节流装置国际标准国际标准ISO5167。我国采用了。我国采用了ISO5167标标准,其国标代号为准,其国标代号为GB/T2624-93
11、。Company Logo 我们通常称我们通常称 ISO5167(GB/T2624-93)中所列节流装置为标准节流装置,其他节流装置中所列节流装置为标准节流装置,其他节流装置称为非标准节流装置。称为非标准节流装置。Company Logo图图3.3 标准孔板结构图标准孔板结构图Company Logo 标准节流元件的结构、尺寸和技术条件都有标准节流元件的结构、尺寸和技术条件都有统统标准,有关计算数据都经过大量的系统实验标准,有关计算数据都经过大量的系统实验而有统而有统的图表,需要时可查阅有关的手册或资的图表,需要时可查阅有关的手册或资料。按标准制造的节流元件,不必经过单独标定料。按标准制造的节
12、流元件,不必经过单独标定即可投入使用。即可投入使用。Company Logo ISO5167(GB/T2624-93)规定:标准规定:标准节流装置中的节流元件为孔板、喷嘴和文丘里管;节流装置中的节流元件为孔板、喷嘴和文丘里管;取压方式为角接取压法、法兰取压法、径距取压取压方式为角接取压法、法兰取压法、径距取压法;适用条件为流体必须充满圆管和节流装置,法;适用条件为流体必须充满圆管和节流装置,流体通过测量段的流动必须保持亚声速的、稳定流体通过测量段的流动必须保持亚声速的、稳定的或仅随时间缓慢变化的,流体必须是单相流体的或仅随时间缓慢变化的,流体必须是单相流体或者可以认为是单相流体;工艺管道公称直
13、径在或者可以认为是单相流体;工艺管道公称直径在501000mm之间。之间。Company Logo 1、标准节流元件、标准节流元件(1)标准孔板)标准孔板 块具有圆形开孔并与管道同心的圆形平板,如图块具有圆形开孔并与管道同心的圆形平板,如图3.3所示。逆流方向的所示。逆流方向的侧是侧是个具有锐利直角入口边缘个具有锐利直角入口边缘的圆柱部分,顺着流向的是的圆柱部分,顺着流向的是段扩大的圆锥体。用于不同段扩大的圆锥体。用于不同管径的标准孔板,其结构形式基本上是几何相似的。孔板管径的标准孔板,其结构形式基本上是几何相似的。孔板对流体造成的压力损失较大,而且对流体造成的压力损失较大,而且般只适用于洁净
14、流体般只适用于洁净流体介质的测量。标准规定,孔板上游端面介质的测量。标准规定,孔板上游端面A上任意两点的连上任意两点的连线与垂直于轴线的平面之间的斜度应小于线与垂直于轴线的平面之间的斜度应小于0.5%,下游平,下游平面面B平行于上游平面。必须在节流装置明显部位设有流向平行于上游平面。必须在节流装置明显部位设有流向标志,在安装后也应看到该标志,以保证孔板相对于流动标志,在安装后也应看到该标志,以保证孔板相对于流动方向安装正确。孔板的开孔直径是重要的尺寸,应通过实方向安装正确。孔板的开孔直径是重要的尺寸,应通过实测得到,其值为圆周上等角距测量测得到,其值为圆周上等角距测量4个直径的平均值,且个直径
15、的平均值,且单单测量值与平均值之差应小于士测量值与平均值之差应小于士0.05%。孔板的厚度。孔板的厚度E,节流孔厚度,按要求加工制作。,节流孔厚度,按要求加工制作。Company Logo(2)标准喷嘴)标准喷嘴 有有ISA1932喷嘴和长径喷嘴两种形式,如喷嘴和长径喷嘴两种形式,如图图3.4所示,是所示,是个以管道喉部开孔轴线为中心个以管道喉部开孔轴线为中心线的旋转对称体,由两个圆弧曲面构成的入口收线的旋转对称体,由两个圆弧曲面构成的入口收缩部分及与之相接的圆筒形喉部所组成。标准喷缩部分及与之相接的圆筒形喉部所组成。标准喷嘴可用多种材质制造,可用于测量温度和压力较嘴可用多种材质制造,可用于测
16、量温度和压力较高的蒸汽、气体和带有杂质的液体介质流量。标高的蒸汽、气体和带有杂质的液体介质流量。标准喷嘴的测量精度较孔板要高,加工难度大,价准喷嘴的测量精度较孔板要高,加工难度大,价格高,压力损失略小于孔板,要求工艺管径格高,压力损失略小于孔板,要求工艺管径 D不不超讨超讨500mm。Company Logo图图3.4 标准喷嘴结构图标准喷嘴结构图Company Logo(3)标准文丘里管)标准文丘里管 由入口圆筒段、圆锥收缩段、圆筒形喉部、由入口圆筒段、圆锥收缩段、圆筒形喉部、圆锥扩散段组成,如图圆锥扩散段组成,如图3.5所示。压力损失较孔所示。压力损失较孔板和喷嘴都小得多,可测量有悬浮固体
17、颗粒的液板和喷嘴都小得多,可测量有悬浮固体颗粒的液体,较适用于大流量气体流量的测量,但制造困体,较适用于大流量气体流量的测量,但制造困难,价格昂贵,不适用于难,价格昂贵,不适用于200mm以下管径的流以下管径的流量测量,工业应用较少。量测量,工业应用较少。Company Logo图图3.5 标准文丘里管标准文丘里管Company Logo2 取压装置取压装置 由图由图3.2可知,取压位置不同,即使是使用可知,取压位置不同,即使是使用同同节流元件、在同节流元件、在同流量下所得到的差压大小流量下所得到的差压大小也是不同的,故流量与差压之间的关系也将随之也是不同的,故流量与差压之间的关系也将随之变化
18、。标准节流装置规定的取压方式有角接取压、变化。标准节流装置规定的取压方式有角接取压、法兰取压、径距取压三种,标准孔板取压装置如法兰取压、径距取压三种,标准孔板取压装置如图图3.6所示。所示。Company Logo图图3.6 标准孔板取压方式结构图标准孔板取压方式结构图Company Logo(l)角接取压)角接取压 最常用的最常用的种取压方式,取压点分别位于节种取压方式,取压点分别位于节流元件前后端面处,适用于孔板和喷嘴两种节流流元件前后端面处,适用于孔板和喷嘴两种节流装置。它又分为环室取压和单独钻孔取压两种方装置。它又分为环室取压和单独钻孔取压两种方法。法。Company Logo 环室取
19、压是在孔板两侧的取压环的环状槽取环室取压是在孔板两侧的取压环的环状槽取出,紧贴节流元件两侧端面有出,紧贴节流元件两侧端面有道环形缝隙,流道环形缝隙,流体产生的静压经缝隙进入环室,起到体产生的静压经缝隙进入环室,起到个均衡管个均衡管内各个方向静压的作用,然后从引压孔取压力进内各个方向静压的作用,然后从引压孔取压力进行测量,如图行测量,如图 3.6(a)上半部分所示。这种)上半部分所示。这种方法取压均匀,测量误差小,对直管段长度要求方法取压均匀,测量误差小,对直管段长度要求较短,但加工和安装复杂,较短,但加工和安装复杂,般用于般用于400mm以以下管径的流量测量。下管径的流量测量。Company
20、Logo 单独钻孔取压是在紧靠节流元件两侧的两个单独钻孔取压是在紧靠节流元件两侧的两个夹紧环(或法兰)上钻孔,直接取出压力进行测夹紧环(或法兰)上钻孔,直接取出压力进行测量。如图量。如图 3.6(a)下半部分所示,取压孔轴)下半部分所示,取压孔轴线应尽可能与管道轴线垂直,与节流元件上、下线应尽可能与管道轴线垂直,与节流元件上、下端面形成的夹角允许小于或等于端面形成的夹角允许小于或等于 3度。度。般钻孔般钻孔的孔径在的孔径在 410mm 之间。这种方法常适用于之间。这种方法常适用于管径大于管径大于 200mm 的流量测量。的流量测量。Company Logo(2)法兰取压)法兰取压 在距节流元件
21、前、后端面各在距节流元件前、后端面各 1 英寸的位置上英寸的位置上钻孔取压,如图钻孔取压,如图 3.6(b)所示。)所示。般要求在般要求在法兰上钻孔取压,上、下游取压孔直径法兰上钻孔取压,上、下游取压孔直径 d 相同,相同,应满足应满足,般为般为 618mm。取压孔轴线与孔板。取压孔轴线与孔板前后端面之间的距离前后端面之间的距离x为(为(25.40.8)mm,且,且应与管道中心线垂直,此种取压方式仅适用于孔应与管道中心线垂直,此种取压方式仅适用于孔板。板。Company Logo(3)径距取压()径距取压(D-D/2取压)取压)在距节流元件前端面在距节流元件前端面 D、后端面、后端面 D/2
22、处处的管道上钻孔取压,其他要求同法兰取压,可适的管道上钻孔取压,其他要求同法兰取压,可适用于孔板和喷嘴。用于孔板和喷嘴。ISA1932 喷嘴的取压方式只喷嘴的取压方式只有角接取压有角接取压种,长径喷嘴的取压方式仅种,长径喷嘴的取压方式仅D-D/2取压取压种,取压装置如图种,取压装置如图 3.7 所示。所示。Company Logo图图3.7 标准喷嘴取压方式结构图标准喷嘴取压方式结构图Company Logo3、测量管、测量管 标准节流装置的流量系数是在标准节流装置的流量系数是在定的条件下定的条件下通过试验取得的,因此,除对节流元件和取压装通过试验取得的,因此,除对节流元件和取压装置有严格的规
23、定外,对管道安装、使用条件也有置有严格的规定外,对管道安装、使用条件也有严格的规定,否则,引起的测量误差是难以估计严格的规定,否则,引起的测量误差是难以估计的。的。Company Logo (1)安装节流元件的管道应该是直的,截面)安装节流元件的管道应该是直的,截面为圆形。直线度用目测,在靠近节流元件为圆形。直线度用目测,在靠近节流元件 ZD 范范围内的管径圆度应按标准检验。围内的管径圆度应按标准检验。(2)管道内壁应该洁净,在上游)管道内壁应该洁净,在上游10D和下游和下游4D范围内,内表面均应符合粗糙度参数的规定。范围内,内表面均应符合粗糙度参数的规定。直管段管道内表面状况对测量精确度的影
24、响往往直管段管道内表面状况对测量精确度的影响往往被忽略了。对于新安装的管道应选用符合粗糙度被忽略了。对于新安装的管道应选用符合粗糙度要求的管道,否则应采取措施改进,如加涂层或要求的管道,否则应采取措施改进,如加涂层或进行机械加工。但是仪表长期使用后,由于测量进行机械加工。但是仪表长期使用后,由于测量介质对管道的腐蚀、黏结、结垢等作用,内表面介质对管道的腐蚀、黏结、结垢等作用,内表面可能发生改变,应定期检查进行清洗维护。可能发生改变,应定期检查进行清洗维护。Company Logo (3)节流元件前后要有足够长的直管段长度,)节流元件前后要有足够长的直管段长度,以使流体稳定流动。如果管道上有拐弯
25、、分叉、以使流体稳定流动。如果管道上有拐弯、分叉、汇合、闸门等阻流件,流束流过时会受到严重的汇合、闸门等阻流件,流束流过时会受到严重的扰动,之后要经过很长扰动,之后要经过很长段才会恢复平稳。根据段才会恢复平稳。根据阻流件的不同情况,必须在节流元件前后设置直阻流件的不同情况,必须在节流元件前后设置直管段。直管段长度与阻流件类型及值有关,越大,管段。直管段长度与阻流件类型及值有关,越大,所需直管段越长。所需直管段越长。般情况下上游侧直管段在般情况下上游侧直管段在 l0D50D 之间,下游侧直管段在之间,下游侧直管段在 5D8D 之之间。具体长度据可参阅标准节流装置设计与计算间。具体长度据可参阅标准
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