流量儀表在石油化工業(yè)中的應(yīng)用
流量儀表又稱為流量計（英文：flowmeter） ，常用的流量儀表有 1. 電磁流量計； 2. 渦街流量計； ⒊ 浮子流量計 ⒋ 科氏力質(zhì)量流量計； ⒌ 熱式（氣體）質(zhì)量流量計； ⒍ 超聲波流量計； ⒎ 渦輪流量計；8.靶式流量計等。主要應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過程，能源計量 ,環(huán)境保護工程 交通運輸， 生物技術(shù)， 科學(xué)實驗， 海洋氣象，江河湖泊等領(lǐng)域。
1、流量儀表的單位和刻度
1.1 流量按如下單位表示：
體積流量用 m 3 /h、l/h；
質(zhì)量流量用 kg/h、t/h；
標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，氣體體積流量用 Nm 3 /h(0 ℃、0.101325 MPa)。
1.2 兩種可供選擇的刻度
1.2.1 方根刻度范圍：(滿刻度讀數(shù)為 0~10 方根)
(1)最大流量的刻度讀數(shù)不應(yīng)超過 9.5；
(2)正常流量的刻度讀數(shù)應(yīng)為 6.0~8.5，最好在 7；
(3)最小流量的刻度讀數(shù)不應(yīng)小于 3。對于智能變送器/就地差壓指示，不小于 2；
(4)如果為了增加測量范圍，可采用兩個變送器，組成寬量程流量測量回路。此時，第一個變送器的最大差壓范圍不小于 50kPa，第二個變送器的差壓范圍不小于 5 kPa。最小流量的方根讀數(shù)不小于 1。如有可能，這種情況下使用渦街流量計替代差壓變送器。
1.2.2 線性刻度范圍：(滿刻度讀數(shù)為 0 %~100 %線性)
(1)最大流量的刻度讀數(shù)不應(yīng)超過 90 %；
(2)正常流量的刻度讀數(shù)應(yīng)為 40 %~70 %，最好為 50 %；
(3)最小流量的刻度讀數(shù)不應(yīng)小于 10 %。1.2 遠(yuǎn)傳差壓式水位測量裝置。
2、流量儀表的選型
流量測量優(yōu)先采用節(jié)流裝置配差壓變送器的方式，也可以根據(jù)工藝條件、精度要求、當(dāng)?shù)匾?guī)范等因素選擇其他類型流量計。
用于貿(mào)易交接等工況的流量計，其精度不應(yīng)低于 0.2 %(測量值)；用于內(nèi)部結(jié)算、裝置間物料平衡等工況的流量計，其精度不應(yīng)低于 0.5 %(測量值)。
2.1 差壓式流量計的選擇
2.1.1 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置
(1)一般流體的流量測量， 選用標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置， 包括同心孔板、文丘里、流量噴嘴等。
(2)流體雷諾數(shù)在 10000 以上時，節(jié)流裝置一般情況首先選用同心、銳邊孔板；除非工藝有特殊要求，盡量避免使用非同心孔板，偏心孔板和圓缺孔板；
(3)法蘭取壓孔板的安裝管道最小尺寸為 DN50(2″)；
(4)對于工藝管線小于 DN50(2″)的可以使用角接取壓的內(nèi)藏孔板，內(nèi)藏孔板應(yīng)帶直管段(上游 15D，下游 5D)，采用制造廠標(biāo)準(zhǔn)；
(5)對于永久壓損要求很低情況，可以使用流量噴嘴或文丘里管。在孔板的直管段長度不夠的情況下，可以選用文丘里管。
2.1.2 非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置
特殊情況下的流體流量測量可選用除同心孔板、文丘里、流量噴嘴之外的非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置，規(guī)定如下：
(1)被測介質(zhì)為干凈的氣體、液體，雷諾數(shù)在 10000~100000時，可選用 1/4 圓噴嘴；
(2)被測介質(zhì)為干凈的氣體、液體，雷諾數(shù)在 10000~300000時，可選用雙重孔板；
(3)管徑大于 DN100(4″)，被測介質(zhì)粘度低，且含有固體微粒，在孔板前后可能積存沉淀物時，可選用偏心孔板；
(4)管徑大于 DN100(4″)，測量液體粘度低，含有氣體或氣體中含有凝液的介質(zhì)，或液體中含有固體顆粒的介質(zhì)時，可選用圓缺孔板；
(5)測量高粘度、 低雷諾數(shù)(低至 500， 或制造廠建議)的流體，如原油、油漿、渣油、瀝青等可選用楔型流量計，尺寸為DN40(1-1/2″)到 DN600(24″)；
(6)無懸浮物的潔凈氣體、液體、蒸汽的微小流量，測量精確度等級要求不高時，可選用內(nèi)藏孔板差壓變送器；
(7)均速皮托管/阿紐巴可以用于低壓損， 非關(guān)鍵場合的潔凈介質(zhì)；
(8)四分之一圓孔板可以用于雷諾數(shù)小于 10000 的潔凈介質(zhì)；
(9)孔板法蘭最低壓力等級為 ASME B16.5 Class 300lb。
2.2 電磁流量計
在煉油、化工生產(chǎn)中，公用工程部分的有些液體(如循環(huán)水及生活用水等)介質(zhì)具有導(dǎo)電性，因而可以應(yīng)用電磁感應(yīng)的方法來測量流量，電磁流量計的特點具有能夠測量酸、堿、鹽溶液以及含有固體顆粒(如泥漿)或纖維流量的測量。
2.2.1 測量原理
根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律制造的用來測量管內(nèi)導(dǎo)電介質(zhì)體積流量的感應(yīng)式儀表。主要組成：電磁流量計的結(jié)構(gòu)主要由磁路系統(tǒng)、測量導(dǎo)管、電極、外殼、襯里和轉(zhuǎn)換器等部分組成。如圖 1所示，在一段用非導(dǎo)磁材料做成的管道外面，安裝有一對磁極 N和 S，用以產(chǎn)生磁場，當(dāng)導(dǎo)電液體(不小于 10-5~10-61/cm.? 即不小于水的導(dǎo)電率)流過管道時， 因流體切割磁力線而產(chǎn)生了感應(yīng)電勢 E(根據(jù)發(fā)電機原理)。 此感應(yīng)電勢由與磁極垂直方向的兩個電極引出。當(dāng)磁場強度 H 不變，管道直徑一定時，這個感應(yīng)電勢的大小僅與液體的流速有關(guān)，而與其它因素?zé)o關(guān)。電動勢 E 正比于磁通量密度 H，測量管內(nèi)徑 D 與平均流速 V 的乘積。電動勢 E(流量信號)由電極檢出并通過電纜送至轉(zhuǎn)換器。 轉(zhuǎn)化器將流量信號放大處理后，可顯示流體流量，并能輸出脈沖、模擬電流等信號，用于流量的控制和調(diào)節(jié)。
感應(yīng)電勢的大小由下式?jīng)Q定：
E=KHDV (1)
式中：E—為感應(yīng)電勢即電極間的信號電壓(v)
H—磁場強度
D—測量管內(nèi)徑(m)，即導(dǎo)體垂直切割磁力線的長度；
V—平均流速(m/s)。
管道內(nèi)體積流量計算公式：
Q=1/4πD2V (2)
將(2)式代入式(1)便得：
E=4KHQ/πD=kQ
式中 k=4KH/πD 為儀表常數(shù)。
式(1)中 K、D 為常數(shù)，由于勵磁電流是恒流的，故 H 也是常數(shù)，則由 E=kQ 可知，體積流量 Q 與信號電壓 E-成正比，即流速感應(yīng)的信號電壓 E 與體積 Q 成線性關(guān)系。因此，只要測量出E就可確定流量 Q， 這是電磁流量計的基本工作原理。 由 E=KHDV 可知，其輸出信號不受被測液體物理性質(zhì)的影響(如溫度、壓力、粘度)。因此說電磁流量計是一種真正的體積流量計。
2.2.2 優(yōu)缺點
只要用普通的水實際標(biāo)定后就可以測量其他任何導(dǎo)電流體介質(zhì)的體積流量，而不需要任何修正。這是電磁流量計的一突出優(yōu)點。另外，測量管內(nèi)無活動及阻流部件，因此幾乎沒有壓力損失，并且有很高的可靠性。最大流量與最小流量的比值一般為 20∶1以上，電磁流量計測量范圍度大，通常為 20∶1~50∶1，可選流量范圍寬。電磁流量計具有顯著的優(yōu)點，但也有些缺點，主要是在液體中所感應(yīng)出的電勢數(shù)值很小，所以要引入放大系數(shù)很大的放大器由此造成測量系統(tǒng)很復(fù)雜、成本高，并且很容易受外界電磁場干擾的影響，在使用不恰當(dāng)時會大大地影響儀表的精度。電磁流量計不能測量非導(dǎo)電液體的流量，也不能測量氣體和蒸汽的流量。在使用中要注意維護，防止電極與管道間絕緣的破壞。
2.3 質(zhì)量流量計
質(zhì)量流量計的測量方法，可分為間接測量和直接測量兩類。工程中一般用直接式。直接式質(zhì)量流量計的輸出信號直接反映質(zhì)量流量，其測量不受流體的溫度、壓力、密度變化的影響。直接式質(zhì)量流量計有許多種形式。常用有以下兩種測量方式：
2.3.1 熱式質(zhì)量流量計
熱式質(zhì)量流量計的基本原理是利用外部熱源對管道內(nèi)的被測流體加熱，熱能隨流體一起流動，通過測量因流體流動而造成的熱量(溫度)變化來反映出流體的質(zhì)量流量。
2.3.2 科里奧利質(zhì)量流量計
測量原理：如果在管子同步振動的同時，將流體導(dǎo)入管內(nèi)，使之沿管內(nèi)向前流動，則管子將強迫流體與之一起上下振動。流體為了反抗這種強迫振動，會給管子一個與其流動方向垂直的反作用力，在這種被叫做科里奧利效應(yīng)力的作用下，管子的震動不同步了，入口段管與出口段管在振動的時間先后商會出現(xiàn)差異，(差異是由于入口段和出口段流體流向是相反的)，這叫做相位時間差。這種差異與流過管子的流體質(zhì)量流量的大小成正比。如果通過電路能檢測出這種時間差異的大小，則就能將質(zhì)量流量的大小給確定了。這種流量計被稱作科里奧利直接質(zhì)量流量計，它與世界上目前在用的幾十種常規(guī)容積式流量計的最大不同是它測的質(zhì)量的大小，使用的單位是 kg/h。用質(zhì)量(如千克)作單位的流量計比用容積(如立升或立方米)作單位的容積式流量計要準(zhǔn)確和恒定。因為質(zhì)量是遵循守恒定律的。
科里奧利質(zhì)量流量計(簡稱科氏力流量計)，是一種利用流體在振動管中流動，而產(chǎn)生與質(zhì)量流量成正比的科里奧利力的原理來直接測量質(zhì)量流量的儀表?？剖狭υ淼馁|(zhì)量流量計，可以按以下特點分類：
測量管的數(shù)量：單管式，雙管式，多管式。單管式一般應(yīng)用于小流量，或針對一般物料中有懸浮物等測量；多管式較為少見過；雙管式是最常見的。
測量管形狀：直管式，U 型管式，? 管式，微彎管式等。
儀表結(jié)構(gòu)：一體式，分體式。
供電方式：二線制，四線制。
測量管保溫方式：普通型、保溫隔熱型、伴熱型(高溫用)。
優(yōu)點：科里奧利質(zhì)量流量計直接測量質(zhì)量流量，有很高的測量精確度。
可測量流體范圍廣泛，包括高粘度的各種液體、含有固形物的漿液、含有微量氣體的液體、有足夠密度的中高壓氣體。測量管的振動幅小， 可視作非活動件， 測量管路內(nèi)無阻礙件和活動件。
對應(yīng)對迎流流速分布不敏感，因而無上下游直管段要求。測量值對流體粘度不敏感，流體密度變化對測量值得值的影響微小?？勺龆鄥?shù)測量，如同期測量密度，并由此派生出測量溶液中溶質(zhì)所含的濃度。
缺點：科里奧利質(zhì)量流量計不能用于測量低密度介質(zhì)和低壓氣體；液體中含氣量超過某一限制(按型號而異)會顯著著影響測量值。科里奧利質(zhì)量流量計對外界振動干擾較為敏感，為防止管道振動影響，大部分型號科里奧利質(zhì)量流量計的流量傳感器安裝固定要求較高。不能用于較大管徑，目前尚局限于 150(200)mm以下。測量管內(nèi)壁磨損腐蝕或沉積結(jié)垢會影響測量精確度，尤其對薄壁管測量管的科里奧利質(zhì)量流量計更為顯著。
2.4 超聲波流量計
2.4.1 測量原理及組成
超聲波流量計是通過檢測流體流動對超聲束(或超聲脈沖)的作用以測量流量的儀表。超聲波流量計由超聲波換能器、電子線路及流量顯示和累積系統(tǒng)三部分組成。超聲波發(fā)射換能器將電能轉(zhuǎn)換為超聲波能量，并將其發(fā)射到被測流體中，接收器接收到的超聲波信號，經(jīng)電子線路放大并轉(zhuǎn)換為代表流量的電信號供給顯示和積算儀表進行顯示和積算。 這樣就實現(xiàn)了流量的檢測和顯示。
2.4.2 優(yōu)、缺點
優(yōu)點：超聲波流量計是一種非接觸式儀表，它既可以測量大管徑的介質(zhì)流量也可以用于不易接觸和觀察的介質(zhì)的測量。它的測量準(zhǔn)確度很高，幾乎不受被測介質(zhì)的各種參數(shù)的干擾，尤其可以解決其它儀表不能測量的強腐蝕性、非導(dǎo)電性、放射性及易燃易爆介質(zhì)的流量測量問題。
缺點：現(xiàn)今所存在的缺點主要是可測流體的溫度范圍受超聲波換能鋁及換能器與管道之間的耦合材料耐溫程度的限制，以及高溫下被測流體傳聲速度的原始數(shù)據(jù)不全。目前我國只能用于測量 200 ℃以下的流體。另外，超聲波流量計的測量線路比一般流量計復(fù)雜。這是因為，一般工業(yè)計量中液體的流速常常是每秒幾米，而聲波在液體中的傳播速度約為 1500 m/s 左右，被測流體流速(流量)變化帶給聲速的變化量最大也是 10 -3 數(shù)量級。若要求測量流速的準(zhǔn)確度為 1 %，則對聲速的測量準(zhǔn)確度需為 10 -5 ~10 -6 數(shù)量級，因此必須有完善的測量線路才能實現(xiàn)，這也正是超聲波流量計只有在集成電路技術(shù)迅速發(fā)展的前題下才能得到實際應(yīng)用的原因。
流量儀表測量是自動化儀表的一部分， 是工廠自動化的基礎(chǔ)，是穩(wěn)定工藝過程運行的重要保證。所以正確的選型至關(guān)重要，用戶在選用流量儀表時應(yīng)充分掌握測量工況的各項工藝條件及其安裝要求，了解流量儀表的測量原理及安裝所處的環(huán)境條件，以確保正確地選用合適的流量儀表， 提高流量儀表的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。(文章摘自網(wǎng)絡(luò)）