熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)

◆專有流量數(shù)據(jù)模型算法；模糊理論控制溫度、濕度算法；
◆高性能智能微處理器及模數(shù)、數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片；
◆寬量程比1000：1；大口徑，低流速，壓損可忽略；
◆直接測(cè)量質(zhì)量流量，無須溫壓補(bǔ)償；
◆低流速測(cè)量非常靈敏；
◆設(shè)計(jì)、選型方便，安裝、使用簡(jiǎn)便；
◆適合各類單一或混合氣體流量測(cè)量。

熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)在空分廠計(jì)量中的應(yīng)用

 

簡(jiǎn)單介紹空分廠供氣系統(tǒng)氣體計(jì)量常用的幾種氣體流量計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)和使用情況，論述熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)的原理和特點(diǎn)，以及在空分廠氣體流量計(jì)量使用的優(yōu)勢(shì)。

空分廠供氣和用氣管道中氣體的流量具有范圍較大、壓力和溫度易波動(dòng)等特點(diǎn)，其氣體流量的準(zhǔn)確計(jì)量一直困擾著廣大計(jì)量工作者。隨著氣體價(jià)格的增漲、用戶用氣量的加大，以及空分自動(dòng)化控制水平的提高，對(duì)氣體計(jì)量的準(zhǔn)確性又提出了更高的要求。本文首先介紹空分廠氣體流量計(jì)量的傳統(tǒng)方法及其缺點(diǎn)，然后介紹熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)的原理和特性，后分析了熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)在空分廠使用的優(yōu)勢(shì)。

1.傳統(tǒng)的空分廠氣體計(jì)量方法

空分廠計(jì)量的氣體主要分兩類，一類是空分設(shè)備輸出進(jìn)入儲(chǔ)罐的，另一類是從儲(chǔ)罐供到各個(gè)用戶的。每個(gè)用戶安裝一臺(tái)流量計(jì)，要求所有用戶流量分表總和與總表流量差的百分比在規(guī)定范圍內(nèi)，這就要求總表必須具有寬大的量程比。因每個(gè)用戶的用氣負(fù)荷變化不一，所以也要求每個(gè)分表需要具備大的量程比。傳統(tǒng)的計(jì)量方法主要有孔板計(jì)量、渦街流量計(jì)計(jì)量和旋進(jìn)漩渦流量計(jì)計(jì)量。

1. 1 孔板計(jì)量

孔板 是利用節(jié)流件前后產(chǎn)生差壓值開方后與氣體流速成正比，所以差壓變送器精度提高 100倍，流速的精度只提高了 10 倍。接著將得到的流速乘以管道截面積，得出體積流量，再經(jīng)溫壓補(bǔ)償?shù)玫矫芏龋蟪朔e得到氣體質(zhì)量流量。孔板規(guī)格尺寸必須根據(jù)工況參數(shù)進(jìn)行計(jì)算后確定，如果工況發(fā)生變化，就必須重新計(jì)算。

孔板除了部件多、安裝時(shí)焊接技術(shù)要求高、前后直管段長(zhǎng)、占空間等缺點(diǎn)外，大的不足是量程比太小，在小流量時(shí)測(cè)量不準(zhǔn)。為解決這個(gè)問題，可采用在原孔板處再并上一個(gè)小管徑的孔板流量計(jì)，并安裝氣動(dòng)切換閥，當(dāng)流量超過或小于某個(gè)設(shè)定值并且保持一定時(shí)間后由積算儀進(jìn)行閥門切換，此方法有一定的效果，但若總管下游管路在進(jìn)各車間時(shí)沒有緩沖罐，總管內(nèi)的實(shí)際流量會(huì)隨下游用氣情況而不規(guī)則地頻繁波動(dòng)，易導(dǎo)致兩個(gè)氣動(dòng)閥頻繁切換，使得總管與分管和之間的誤差較大。

1. 2 渦街流量計(jì)計(jì)量

渦街流量計(jì) 是氣體達(dá)到一定流速后在漩渦發(fā)生體后產(chǎn)生穩(wěn)定的漩渦列，漩渦產(chǎn)生的頻率與氣體流速成正比。將得到的流速乘以管道截面積得出體積流量，再經(jīng)溫壓補(bǔ)償?shù)玫矫芏龋蟪朔e得到氣體質(zhì)量流量。渦街規(guī)格尺寸必須根據(jù)工況參數(shù)進(jìn)行計(jì)算后確定，如果工況發(fā)生變化，就必須重新計(jì)算。

渦街的量程比比孔板 ( 約 3∶1) 大一些，在小流量時(shí)可將 50 mm 管路縮頸成 20 mm，但小流量還是測(cè)不出來。如給氣動(dòng)閥門供氣的總管流量，由于氣動(dòng)閥門都是不定時(shí)交替打開，平時(shí)即使是微小的泄漏，測(cè)量效果也沒法保證。

1. 3 旋進(jìn)漩渦流量計(jì)計(jì)量

旋進(jìn)漩渦流量計(jì) 原理是具有一定流速的氣體通過儀表進(jìn)氣口的起旋器后旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生一定的進(jìn)動(dòng)頻率，該頻率的大小跟氣體流速成正比，將流速乘以管道截面積，得出體積流量，再經(jīng)溫壓補(bǔ)償?shù)玫矫芏龋蟪朔e得到氣體質(zhì)量流量。旋進(jìn)漩渦規(guī)格尺寸必須根據(jù)工況參數(shù)進(jìn)行計(jì)算后確定，如果工況發(fā)生變化，就必須重新計(jì)算。量程比小，可測(cè)低流速高。

以上三種流量計(jì)在空分廠測(cè)量氣體流量，都存在明顯的缺點(diǎn)。為克服上述缺點(diǎn)，某空分廠采用熱式質(zhì)量流量計(jì)，并取得很好的效果。

2.熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)的測(cè)量原理和特性

2.1測(cè)量原理

熱式氣體流量計(jì) 工作原理是利用氣流帶走加熱絲上的熱量跟氣體的質(zhì)量流量成正比來測(cè)量如圖 1 所示。從微觀上來說是氣體的分子與電熱絲表面接觸進(jìn)行了熱傳遞，從而使電熱絲的溫度降低。

熱式質(zhì)量流量計(jì)有兩個(gè)探頭，一個(gè)為測(cè)量管道內(nèi)氣體的溫度的熱電阻，稱為溫度探頭; 另一個(gè)為速度探頭，電功率加熱到高于溫度探頭測(cè)量得到的溫度，并且保持恒定值。當(dāng)氣體流動(dòng)時(shí)勢(shì)必帶走速度探頭上的熱量，為保持溫度差的恒定，需要電路補(bǔ)償電功率，而這個(gè)補(bǔ)償?shù)碾姽β蚀笮『蜌怏w質(zhì)量流量成正比，氣體流量計(jì)算公式為:

式中: Qm 為氣體質(zhì)量流量; k 為儀表系數(shù) ( 恒定) ; P 為補(bǔ)償?shù)碾姽β蚀笮? 通過測(cè)量得到) ; Cp為定壓比熱容( 決定于氣體組分) ; T 為兩探頭之間的溫差( 恒定) ; S 為管道截面積。

從式 ( 1 ) 可以看出，在氣體組分恒定 ( Cp 恒定) 的情況下，氣體的質(zhì)量流量只與補(bǔ)償?shù)碾姽β食烧取Ｓ捎诿總€(gè)傳感器探頭之間都有細(xì)微的性能差異，每個(gè)變送器內(nèi)部各元器件的性能也有偏差，所以必須對(duì)組裝好的流量計(jì)進(jìn)行實(shí)流 ( 根據(jù)用戶實(shí)際溫度、壓力和流量范圍) 逐臺(tái)標(biāo)定，才能確保到現(xiàn)場(chǎng)安裝后不需調(diào)試即可準(zhǔn)確運(yùn)行。

2. 2 主要特性

熱式質(zhì)量流量計(jì)的核心部件是兩個(gè)探頭上的傳感器，其中加熱探頭中重要的是內(nèi)部鉑金加熱絲和外壁不銹鋼之間保證導(dǎo)熱性能的同時(shí)又保證不導(dǎo)電。鉑金絲一直在加熱，很多高溫的工況，加熱探頭溫度要達(dá)到 300 ℃ 以上。長(zhǎng)時(shí)間熱脹冷縮，有機(jī)填隙物會(huì)老化、龜裂，無機(jī)物會(huì)氧化，終必然造成零點(diǎn)漂移和整體線性、重復(fù)性下降。所以如何維持探頭的長(zhǎng)期精度是熱式流量計(jì)需要解決的一大問題，也是衡量熱式流量計(jì)性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)。

2. 3 實(shí)流標(biāo)定技術(shù)

實(shí)流標(biāo)定指的是根據(jù)表的工作溫度、壓力，從 0 到滿量程，中間標(biāo)定不少于 5 個(gè)點(diǎn)。每個(gè)探頭內(nèi)的傳感器雖然都經(jīng)過精選和匹配，但是都存在細(xì)微的差別，再加上每臺(tái)儀表系數(shù)的差異，各種工況的差異等等，都要求熱式質(zhì)量流量計(jì) “逐臺(tái)”、“實(shí)流”標(biāo)定和修正，這樣才能確保安裝到現(xiàn)場(chǎng)的表的精度。

3.空分廠氣體流量計(jì)量方法改進(jìn)

某公司空分廠在三年前試用了熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)，安裝前流量計(jì)均檢測(cè)合格。這些流量計(jì)主要用于對(duì)各生產(chǎn)車間及用氣單位的氣體計(jì)量，測(cè)量的氣體主要是壓縮空氣和氮?dú)猓橘|(zhì)溫度常溫，表壓 700 kPa，使用管徑范圍 DN40 ～ 300 mm，使用環(huán)境溫度常溫。

三年來通過跟蹤這些流量計(jì)的使用狀況，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)使用效果比較理想，到目前該公司空分廠已經(jīng)累積投入運(yùn)行了 36 臺(tái)。下面對(duì)該公司使用熱式流量計(jì)的效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。

( 1) 測(cè)量的量程比很大。如 DN50 的熱式質(zhì)量流量計(jì)，給污水處理廠內(nèi)氣動(dòng)執(zhí)行器供氣，該流量計(jì)能夠比較準(zhǔn)確、靈敏地測(cè)量和響應(yīng)。而原先采用進(jìn)口的渦街流量計(jì)，并且縮頸到 DN25 測(cè)量，讀數(shù)一直為零。

( 2) 穩(wěn)定性和重復(fù)性高。只要直管段滿足，流量計(jì)的示值波動(dòng)幅度極小。每次流量計(jì)周檢，本次檢測(cè)數(shù)據(jù)與上次檢測(cè)數(shù)據(jù)偏差很小。把使用超過一年的流量計(jì)拔出后捂住探頭，表的示值為零不動(dòng)。

( 3) 無須額外溫度壓力儀表，直接測(cè)量氣體的質(zhì)量流量。由于表內(nèi)部已經(jīng)做了溫度和壓力的補(bǔ)償，即使將 700 kPa 的表壓應(yīng)用到 100 kPa 的工況中，測(cè)量的結(jié)果偏差依然很小。

( 4) 采用帶球閥的安裝方式，拔出儀表，只要關(guān)掉隔離球閥就不會(huì)影響生產(chǎn)，方便流量計(jì)的拆卸送檢。

( 5) 對(duì)某些工藝特殊的管道，不允許停氣，而且不能將鐵渣等掉入管道。根據(jù)熱式質(zhì)量流量計(jì)特點(diǎn)，該公司設(shè)計(jì)了不停氣開孔設(shè)備，應(yīng)用效果良好。

4.結(jié)束語

熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)克服了空分廠傳統(tǒng)氣體流量計(jì)量的缺點(diǎn)，在某公司空分廠氣體測(cè)量檢測(cè)儀表中所占比重越來越大，取得了較好的計(jì)量效果。

熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)

◆專有流量數(shù)據(jù)模型算法；模糊理論控制溫度、濕度算法；
◆高性能智能微處理器及模數(shù)、數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片；
◆寬量程比1000：1；大口徑，低流速，壓損可忽略；
◆直接測(cè)量質(zhì)量流量，無須溫壓補(bǔ)償；
◆低流速測(cè)量非常靈敏；
◆設(shè)計(jì)、選型方便，安裝、使用簡(jiǎn)便；
◆適合各類單一或混合氣體流量測(cè)量。

■公用工程---電﹑氣﹑ 水處理的監(jiān)控
管道的氣體；通用系統(tǒng)；沼氣；煤氣；天然氣；液化氣；鍋爐預(yù)熱空氣
■石油與天然氣工業(yè)
能量交換；填井氣回收； 燃?xì)庥?jì)量；氣體質(zhì)量分析；泄漏氣測(cè)試；天然氣測(cè)量；火炬氣的監(jiān)控
■電力行業(yè)
燃料系統(tǒng)中氣體分配過程中的氣體測(cè)量；鍋爐及輔助系統(tǒng)中各種氣體的測(cè)量；燃?xì)鉅t中氣體測(cè)量；氫氣測(cè)量；電廠高爐的一次風(fēng)、二次風(fēng)的測(cè)量
■化學(xué)行業(yè)
煙氣循環(huán)監(jiān)測(cè)；采樣系統(tǒng)中氣體流量計(jì)量；引風(fēng)機(jī)的氣體流量計(jì)量；化肥廠氨氣測(cè)量 ；電池工廠各種氣體流量測(cè)量
■冶金行業(yè)
鋼鐵廠加氣測(cè)量；煉鐵廠高爐煤氣的測(cè)量；焦化廠焦?fàn)t煤氣的測(cè)量；軋鋼廠加熱爐燃?xì)猓ǜ郀t煤氣、焦化煤氣、天然氣等）的測(cè)量控制；熱處理淬火爐等的氫、氧、氮等氣體的控制
■紙漿與造紙行業(yè)
廢水處理系統(tǒng)中氣體的測(cè)量；煙道流量監(jiān)控；鍋爐回收二次/三次空氣；鍋爐的燃?xì)夂涂諝馑惋L(fēng)測(cè)量
■食品及醫(yī)藥行業(yè)
加工操作中新鮮空氣的加入；啤酒廠中的二氧化碳處理；瓶子消毒器中的熱空氣的流量；熱氧化過程中氣體流量測(cè)量；通風(fēng)系統(tǒng)；鍋爐進(jìn)氣﹑廢氣﹑過程控制
■環(huán)保
沼氣利用過程中的氣體測(cè)量；lv氣處理過程中l(wèi)v氣氣體測(cè)量；污水處理過程中曝氣池的氣體測(cè)量；煙筒煙道排氣監(jiān)測(cè)SO2和NOX的排量 
■其他行業(yè)
工廠壓縮空氣測(cè)量；煤粉燃燒過程粉/氣配比控制燃料；水泥工業(yè)豎式磨粉機(jī)排放熱氣流量控制

工作原理：
■HWRSL系列流量計(jì)/流量開關(guān)是基于熱擴(kuò)散原理的流量?jī)x表。即是利用流體流過發(fā)熱物體時(shí)，發(fā)熱物體的熱量散失多少與流體的流量成一定的比例關(guān)系。具體來說，該流量計(jì)的傳感器有兩只標(biāo)準(zhǔn)級(jí)的RTD，一只用來做熱源，一只用來測(cè)量流體溫度，流體流過時(shí)，兩者之間的溫度差與流量的大小成非線性關(guān)系，該儀表就可以把這種關(guān)系轉(zhuǎn)換為測(cè)量流量信號(hào)的線性輸出。
■利用熱擴(kuò)散原理制造的流量計(jì)有兩種設(shè)計(jì)方法：一是：基于恒溫差原理；二是基于恒功率原理。基于共同的數(shù)據(jù)模型：P/△T=A+B（Q）N。其中：P---耗散功率，△T---兩個(gè)傳感器之間的溫差， Q---質(zhì)量流量，N---指數(shù)系數(shù)，A、B是與氣體的熱性能有關(guān)的系數(shù)。
■恒溫差原理：△T保持不變，耗散功率P與流體的流量Q成指數(shù)函數(shù)遞增的關(guān)系。
■恒功率原理：耗散功率不變，溫度差△T與流體的流量Q成指數(shù)函數(shù)遞減的關(guān)系。
產(chǎn)品特點(diǎn)：
• 采用穩(wěn)定性*的技術(shù)鉑RTD傳感器
• 采用享有專有技術(shù)”平衡結(jié)構(gòu)封裝”,介質(zhì)溫度自補(bǔ)償
• 專有算法,可實(shí)現(xiàn)高線性、高重復(fù)性、高精度
• 量程比寬1000:1,可據(jù)用戶要求可拓展
• 可實(shí)現(xiàn)大管徑小流量測(cè)量，zui小流量可測(cè)低至零,分辨率0.001m/s
• 無可動(dòng)部件、振動(dòng)影響可忽略
• 直管段要求不高1-2D
• 與介質(zhì)的溫度、壓力無關(guān)
• 專有高溫算法，介質(zhì)溫度可達(dá)+510℃，
• 采用高濕算法，實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量
• 對(duì)流量信號(hào)鍵入12點(diǎn)動(dòng)態(tài)修正，內(nèi)置10點(diǎn)修正
• 在線動(dòng)態(tài)校正電流/電壓輸出
• 對(duì)粉塵等小顆粒不敏感
• 在線不斷流裝卸，維護(hù)方便

結(jié)構(gòu)形式：

一體插入式 分體插入式

管道式

 性能指標(biāo)：

• 測(cè)量范圍：0—120Nm/s （20℃，101.33KPa）
• 準(zhǔn)確度: ±1%的讀數(shù) ±0.5%滿量程
• 量程比：通常100：1（取決于標(biāo)定流量的范圍）
• 管徑范圍: 10mm～6000mm
• 應(yīng)用范圍: 適合各類單一或混合氣體。含塵、含沙、含濕氣、各種腐蝕性氣體
• 環(huán)境溫度范圍: -40℃～+85℃（無顯示）; -30℃～+70℃（有顯示）; 濕度小于90%RH
• 介質(zhì)溫度范圍: -40℃～+100℃；-40℃～+200℃； -40℃～+450℃；-40℃～+510℃
• 傳感器直徑：ф3、ф2.5
• 插入式傳感器探桿直徑：ф19（標(biāo)準(zhǔn)）、ф16、ф12
• 傳感器材質(zhì)：316不銹鋼、哈氏合金、鈦
• 探桿材質(zhì)（保護(hù)套）： 316不銹鋼（標(biāo)準(zhǔn)）、哈氏合金
• 雙向測(cè)量介質(zhì)流量
• 模擬量輸出：流量：4-20mADC, 溫度：4-20mADC, zui大負(fù)載:1000Ω
• 累積脈沖量輸出
• 鍵入12段非線性修正，內(nèi)置10段非線性修正
• 通訊：串口輸出RS232/RS485
• 供電電源：24VDC/600mA；220VAC/2W；110VAC/3W
• 報(bào)警：1－2路繼電器輸出、5A/220V、5A/30VDC、鍵入設(shè)定??
• 大屏幕LCD顯示：七位瞬時(shí)流量，八位累積流量
• 過程壓力:1.6Mpa（zui大20MPa）
• 安裝工藝形式：插入式（卡套、卡套＋球閥、法蘭連接），管道式（法蘭、螺紋連接）
• 防爆等級(jí)：本安型（iaⅡCT5）、隔爆型（ExdⅡCT4）
• 防護(hù)等級(jí)：IP65

熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)產(chǎn)品選型：

RSL	熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)
公程通徑	-XXX	100表示DN100
安裝形式		G	管道式
		C	插入式	1	螺紋連接
				2	法蘭連接
公稱壓力			A	0~0.6MPA
			B	0~1.0MPA
			C	0~1.6MPA
			D	0~2.5MPA
			E	0~4.0MPA
			F	0~6.4MPA
			G	0~10MPA
			H	0~16MPA
工藝條件				0		普通
				1		防腐
				2		防爆
				3		高溫
輸入信號(hào)						A	無輸出
						B	4~20MA
						C	RS485  MODBUS
							1	220V AC
							2	24V DC