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空气污染治理方案将相继出台 雷达料位计发展前景大好

编辑: 来源: 发布时间:2017-07-23

   应从下面五个方面进行选择:

①料位计的性能要求;
②流体特性;
③安装要求;
④环境条件;
⑤料位计的价格。
1、料位计的性能要求
         料位计的性能方面主要包括:测量料位(瞬时料位)还是总量(累积料位);准确度要求;重复性;线性度;料位范围和范围度;压力损失;输出信号特性和料位计的响应时间等。
(1)测料位还是总量
         料位测量包括两种,即瞬时料位和累积料位,比如对分输站管道的原油属于贸易交接或石油化工管道进行连续配比生产或生产流程的过程控制等需要计量总量,间或辅以瞬时料位的观察。在有的工作场所对料位进行控制则需配备瞬时料位测量。因此,要根据现场计量的需要进行选择。有些料位计比如容积式料位计,涡轮料位计等,其测量原理是以机械计数或脉冲频率输出直接得到总量,其准确度较高,适用于计量总量,如配有相应的发讯装置也可输出料位。雷达料位计、超声料位计等是以测量流体流速推导出料位,响应快,适用于过程控制,如果配以积算功能后也可以获得总量。
(2)准确度
         料位计准确度等级的规定是在一定的料位范围内,如果使用在某一特定的条件下或比较窄的料位范围内,比如,仅在很小的范围内变化,此时其测量准确度会比所规定的准确度等级高。如用涡轮料位计计量油品装桶分发,在阀门全开的情况下使用,料位基本恒定,其准确度可能会从0.5级提高到0.25级。
         用于贸易核算、储运交接和物料平衡如果要求测量准确度较高时,应考虑准确度测量的持久性,一般用于上述情况下的料位计,准确度等级要求为0.2级。在这样的工作场所一般是现场配备计量标准设备(比如体积管),对所使用的料位计进行在线检测。近几年由于原油的日趋紧张和各单位对原油计量的高要求,对原油计量提出实行系数交接,即除了每半年对料位计进行一次周期检测后,贸易交接双方协商每1个月或2个月对料位计进行检定确定料位系数,每天根据料位计计量的数据与料位计料位系数计算出数据进行交接,以提高料位计的准确度,也称为零误差交接。
 
        准确度等级一般是根据料位计的最大允许误差确定的。各制造厂提供的料位计说明书中会给出。一定要注意其误差的百分率是指相对误差还是引用误差。相对误差为测量值的百分率,常用“% R”表示。引用误差则是指测量上限值或量程的百分率,常用“% FS”。许多制造厂说明书中并未注明。比如,浮子料位计一般都是采用引用误差,雷达料位计有的型号也有采用引用误差的。
料位计如果不是单纯计量总量,而是应用在料位控制系统中,则检测料位计的准确度要在整个系统控制准确度要求下确定。因为整个系统不仅有料位检测的误差,还包含有信号传输、控制调节、操作实行等环节的误差和各种影响因素。比如,操作系统中存在有2%左右的回差,对所采用的测量仪表确定过高的准确度(0.5级以上)就是不经济和不合理的。就仪表本身来说,传感器与二次仪表之间的准确度也应该适当相配,比如说设计出来未经实际标定的均速管误差如在±2.5%~±4%之间,配上0.2%~0.5%高准确度的差压计就意义不大了。
          还有一个问题就是对于检定规程或制造厂说明书中对料位计所规定的准确度等级指的是其料位计的最大允许误差。但是由于料位计在现场使用时受环境条件、流体流动条件和动力条件等变化的影响,将会产生一些附加误差。因此,现场使用的料位计应是仪表本身的最大允许误差和附加误差的合成,一定要充分考虑到这个问题,有时候可能现场的使用环境范围内的误差会超过料位计的最大允许误差。
(3)重复性
         重复性是由料位计原理本身与制造质量决定的,是料位计使用过程中的一个重要的技术指标,与料位计的准确度息息相关。一般在检定规程中的计量性能要求中对料位计不仅有准确度等级规定外,还对重复性进行了规定,一般规定为:料位计的重复性不得超过相应准确度等级规定的最大允许误差的1/3~1/5。
重复性一般定义为在环境条件和介质参量等不变的情况下,对某一料位值短时间内,同方向进行多次测量的一致性。但是,在实际应用中,料位计的重复性会常常被流体粘度、密度参量的变化所影响,有时这些参量变化还没有达到需要进行专门修正的程度,会误认为是料位计的重复性不好。鉴于这种情况下,应选择对此参量变化不敏感的料位计。比如,浮子料位计容易受流体密度影响,小口径的料位计不仅受流体密度的影响,可能还会受流体粘度的影响;涡轮料位计如果用在高粘度范围时的粘度影响;有些未做修正处理的超声料位计会受到流体温度的影响等等。如果料位计的输出是非线性的,这种影响可能会更为突出。
(4)线性度
    料位计的输出主要有线性和非线性平方根两种。一般的来说料位计的非线性误差是不单独列出的,而是包含在料位计的误差内。对于一般比较宽料位范围,输出信号为脉冲的,用作总量积算的料位计,线性度则是一个重要的技术指标,如果在其料位范围内使用单一的仪表系数,当线性度差就会降低料位计的准确度。比如,涡轮料位计在10:1的料位范围内采用一个仪表系数,线性度差时其准确度会较低,随着计算机技术的发展,可将其料位范围分段,用最小二乘法拟合出料位—仪表系数曲线对料位计进行修正,从而提高料位计的准确度和扩展料位范围。
(5)上限料位和料位范围
    上限料位也称为料位计的满度料位或最大料位。当大家选择料位计的口径时应按被测管道使用的料位范围和被选料位计的上限料位和下限料位来进行配置,不能简单的按管道通径进行配用。
一般来讲,设计管道流体最大流速是按经济流速来确定的。如果选择过低,管径粗,投资会大;过高则输送功率大,增加运行成本。比如,像水等低粘度液体其经济流速为1.5~3m/s,高粘度液体0.2~1m/s,大部分料位计上限料位的流速接近或高于管道经济流速。因此,料位计选择时其口径与管道相同时候就较多,安装比较方便。如不相同也不会相差太多,一般上下相邻一档的规格,可采用异径管连接。
在料位计的选择中应注意不同类型的料位计,其上限料位或上限流速由于受各自料位计的测量原理和结构的限制差别较大。以液体料位计为例,上限料位的流速以玻璃浮子料位计为最低,一般是0.5~1.5m/s之间,容积式料位计在2.5~3.5m/s之间,雷达料位计较高在5.5~7.5m/s之间,雷达料位计则在1~7m/s之间,甚至达到0.5~10m/s之间。
   液体的上限流速还需要考虑不能因为流速过高而产生气穴现象,出现气穴现象的地点一般是在流速最大,静压最低的位置,为了防止气穴的形成,常常需要控制料位计的最小背压(最大料位)。
还应注意料位计的上限值订购后就不能改变,比如容积式料位计或浮子料位计等。差压式料位计像节流装置孔板等一经设计确定后,其下限料位不能改变,上限料位变动可以通过调整差压变送器或更换差压变送器来改变料位。比如某些型号的雷达料位计或超声料位计,有些用户可以自行重新设定料位上限值。
(6)范围度
范围度为料位计的上限料位和下限料位的比值,其值越大则料位范围越宽。线性仪表有较宽的范围度,一般为1:10。非线性料位计的范围度较小仅为1:3。一般用于过程控制或贸易交接核算的料位计,如果要求料位范围比较宽就不要选择范围度小的料位计。
目前一些制造厂为宣传其料位计的料位范围宽,在使用说明书中把上限料位的流速提得很高,比如液体提高到7~10m/s(一般为6m/s);气体提高到50~75m/ s(一般为40~50)m/s);实际上如此高的流速是用不上的。其实范围度宽的关键是有较低的下限流速,以适应测量需要。所以下限流速低的宽范围度的料位计才是比较实用的。
(7)压力损失
    压力损失一般是指料位传感器由于在流通通道中设置的静止或活动检测元件或改变流动方向,从而产生随料位而变的不能恢复的压力损失,其值有时可达数十千帕。因此,应按管道系统泵送能力和料位计进口压力等确定最大料位的允许压力损失来选定料位计。因选择不当会限制流体流动产生过大压力损失而影响流通效率。有些液体(高蒸汽压碳氢液)还应注意过度的压力降可能引发气穴现象和液相汽化,降低测量准确度甚至损坏料位计。比如管径大于500mm的输水用的料位计,应考虑压损所造成的能量损耗过大而增加的泵送费用。据有关报道,压力损失较大的料位计几年来为测量付出的泵送费用往往超过低压损、价格较贵的料位计的购置费用。
(8)输出信号特性
         料位计的输出和显示量可以分为:
①料位(体积料位或质量料位);②总量;③平均流速;④点流速。有些料位计输出为模拟量(电流或电压),另一些输出脉冲量。模拟量输出一般认为适合于过程控制,比较适合于与调节阀等控制回路单元接配;脉冲量输出比较适合于总量和高准确度的料位测量。长距离信号传输脉冲量输出则比模拟量输出有较高的传送准确度。输出信号的方式和幅值还应有与其他设备相适应的能力,比如控制接口、数据处理器、报警装置、断路保护回路和数据传送系统。
(9)响应时间
    应用于脉动流动场合应注意料位计对流动阶跃变化的响应。有些使用场合要求料位计输出跟随流体流动变化,而另一些为获得综合平均值要求有较慢响应的输出。瞬时响应常以时间常数或响应频率表示,其值前者从几毫秒到几秒,后者在数百Hz以下。配用显示仪表可能相当大地延长响应时间。一般认为料位计料位增加或减小时动态响应不对称会加速增加料位测量误差。
二、流体特性
在料位测量中由于各种料位计总会受到流体物性中某一种或几种参量的影响,所以流体的物性很大程度上会影响料位计的选型。因此,所选择的测量方法和料位计不仅要适应被测流体的性质,还要考虑测量过程中流体物性某一参量变化对另一参量的影响。比如,温度变化对液体粘度的影响。
流体物性方面常见的有密度、粘度、蒸汽压力和其他参量。这些参量一般可以从手册中查到,评估使用条件下流体各参量和选择料位计的适应性。但也会有些物性是无法查到。比如腐蚀性、结垢、堵塞、相变和混相状态等。
(1)流体的温度和压力
仔细的分析料位计内流体的工作压力和温度,尤其是测量气体时温度压力变化造成过大的密度变化,可能要改变所选择的测量方法。比如,温度和压力影响料位测量准确度等性能时,要作温度或压力修正。另外,料位计外壳的结构强度设计和材质也取决于流体的温度和压力。因此,必须确切地知道温度和压力的最大值和最小值。当温度和压力变动很大时更应仔细选择。
还应注意在测量气体时要确认其体积料位值是在工况状态下的温度和压力还是在标准状态下的温度和压力。
(2)流体的密度
    对于液体,在大部分应用场合下其密度相对恒定,除非温度变化很大而引起较大变化,一般可不进行密度修正。在气体应用场合,料位计的范围度和线性度,取决于气体密度,,一般要知道在标准状态下和工况状态下的值,以便选用。也有将流动状态的值换算到某些公认的参比值,这种方法在石油储运方面应用普遍。低密度气体对某些测量方法,特别是利用气体动量推动检测传感器的仪表(比如涡轮料位计)会比较困难。
(3)粘度
         各种液体之间粘度差别很大,且因温度变化有显著变化。而气体则不同,各种气体之间粘度差别较小,其值一般较低。且不会因温度和压力变化而有显著变化。因为液体的粘度比气体高得多。比如在20℃和100kPa下,水的动力粘度为Pa·s,而空气的动力粘度则为Pa·s,所以液体一定要考虑粘度的影响,而气体的粘度就不如液体那样重要。
粘度对各类料位计的影响程度不一样,比如,对于雷达料位计、超声料位计和科里奥利式质量料位计的料位值是在很宽粘度范围内,可以认为不受液体粘度的影响;容积式料位计的误差特性和粘度有关,可能会略受影响;而浮子料位计、涡轮料位计和雷达料位计,当粘度超过某值时则影响较大以致不能使用。
有些料位计的特性用管道雷诺数作为参变量进行描述的,而管道雷诺数是流体粘度、密度以及管道流速的函数。因此,粘度对仪表特性还是有影响的。
粘度也是判别牛顿流体或非牛顿流体的一个参数,大多数料位测量方法和料位计仅适用于牛顿流体。所有气体都是牛顿流体。大多数液体以及含有少量球形微粒的液体也是牛顿流体。只适用于牛顿流体的测量方法和料位计,如果应用于非牛顿流体时将给测量带来影响。所以,牛顿流体是流体料位测量正常使用的重要条件。
粘度对不同类型的料位计范围度的影响趋势各异,一般容积式料位计粘度增加,范围度扩大。而涡轮料位计和雷达料位计则相反,粘度增加,范围度缩小。因此,在评估料位计的适应性时,应该要掌握液体的温度—粘度特性。
某些非牛顿流体(如钻井泥浆、纸浆、巧克力、油漆)性质的液体,它们的流动状态复杂,不易判断其属性,当选择料位计时必须谨慎。
(4)化学腐蚀和结垢
①化学腐蚀问题
流体的化学腐蚀问题有时会成为大家选择测量方法和使用料位计的决定因素。比如,某些流体会使料位计接触零件腐蚀,表面结垢或积淀析出晶体,金属零件表面产生电解化学作用,这些现象的产生会降低料位计的性能和使用寿命。因此,为了解决化学腐蚀和结垢问题,制造厂采取了许多方法,如选用抗腐蚀材料或在料位计的结构上采取防腐蚀措施,比如,节流装置孔板用陶瓷材料制造,金属浮子料位计内衬耐腐蚀的工程塑料。但是对于结构较复杂的料位计,如容积式料位计和涡轮料位计等就无法对具有腐蚀性流体进行测量了。有一些料位计是从原理结构上就具有耐腐蚀性或易于作耐腐蚀的措施。超声料位计的换能器探头安装在管道外壁不与被测流体接触,本质上就是防腐蚀的。雷达料位计只有测量管衬里和一对形状简单的电极与液体接触,近年有些设计将电极也不与液体接触,也是一种防腐蚀的措施。
 ② 结垢
    由于料位计腔体和料位传感器上结垢或析出结晶会减少料位计内活动部件的间隙,降低料位计内敏感元件的灵敏度或测量性能。比如在超声料位计应用上结垢层会阻碍超声波发射。在雷达料位计应用上不导电结垢层绝缘了电极表面,会使料位计无法工作。所以有些料位计常采用在料位传感器外界加温防止析出结晶或加装装置除垢器。
化学腐蚀和结垢的结果是改变试验管道内壁粗糙度,而粗糙度会影响流体的流速分布,因此,建议使用者应注意这个问题,比如多年使用的管道应进行清洗和除垢工作。
腐蚀和结垢影响料位测量值的变化会因料位计的类型而不同。下面以超声料位计和雷达料位计为例来说明由于管道结垢影响的结果,比如,内径为50mm的管道,内壁结垢或沉积0.1~0.2mm,会使测量管道面积缩小0.4%~0.6%,所产生的误差对于0.5~1.0级的料位计将是不容忽视的偏差。
(5)压缩系数
    气体压缩系数z为一定质量的气体,在相同温度、压力下,其实际比体积与“理想比体积”之比。一般地说,对于理想气体z=0;实际气体z可能大于1或小于1。z偏离1的数值大小表示实际气体偏于理想气体的程度。气体压缩系数z值取决于种类或组分、温度、压力。因此,气体测量一定要通过压缩系数求取工作状态下的流体密度。如果组分固定的流体通过温度、压力和压缩系数计算密度。如果流体为多组分(比如对天然气的计量)并工作在接近(或在)超临界区,就需要配备在线密度计在线对密度进行测量。
三、料位计的安装
1、安装时需注意的问题
安装问题对不同原理的料位计要求是不一样的。对有些料位计,比如差压式料位计、速度料位计,按规程规定在料位计的上、下游需配备一定长度的或较长的直管段,以保证料位计进口端前流体流动达到充分发展。而另一些料位计,比如对容积式料位计、浮子料位计等则对直管段长度就没有要求或要求较低。
还有的料位计因受安装的影响而产生一定的误差,比如,科里奥利质量料位计,由于安装应力的影响会给使用带来很大的误差。追溯料位计在使用中出现问题,可能未必都是因为料位计本身的问题,很多状况是由于安装不善所致。一般常见的问题有下面几种:
①把差压式料位计孔板的进口面反装;
②料位传感器安装在流速分布剖面不良的场所;
③ 连接到差压装置的引压管中存在不希翼存在的相;
④料位计安装在有害的环境或不易接近的地方;
⑤料位计流动方向安装错误;
⑥ 料位计或电信号传输线置于强雷达场下;
⑦将易受振动干扰的料位计安装在有振动的管道上;
⑧缺少必要的防护性配件。
2、安装条件
料位计在使用中应注意安装条件的适应性和要求,主要从下面几方面考虑,比如料位计的安装方向、流体的流动方向、上、下游管道的配置、阀门位置、防护性配件、脉动流影响、振动,电气干扰和料位计的维护等。
①现场管道布线
    在现场管道布线时应注意料位计的安装方向,由于料位计的安装方向一般分为垂直安装方式和水平安装方式,对于这两种安装方式在料位测量性能上是有差别的。比如,流体垂直向下流动会使料位计传感器带来额外力而影响料位计的性能,使料位计的线性度、重复性下降。料位计的安装方向还取决于流体的物性,如水平管道可能沉淀固体颗粒,因此测量具有这种状态的料位计最好安装于垂直管道。
    ②流体的流动方向
    这个问题与料位计的安装方向比较相似,由于有的料位计规定只能在一个方向工作,反向流动会损坏料位计。使用类似料位计时还要考虑当发生无操作时可能会产生反向流动,这样就需要采取措施,如安装止回阀以保护料位计。即使能双向使用的料位计,其正向和反向之间的测量性能可能也会有些差异,应该按照制造厂规定的要求使用。
    ③ 料位计上游和下游直管段
由于料位计会受到管路进口流动状态的影响,管道配件也会引入流动扰动,流动扰动一般有旋涡和流速分布剖面畸变,旋涡存在普遍是由于有两个或两个以上空间(立体)弯管所引起的。流速剖面畸变通常是由管路配件局部阻碍(如阀门)或弯管所组成。这些影响需要以适当长度的上游直管段或安装流动调整器进行改善。除了考虑料位计连接配件的影响外,可能还要考虑上游管道配件组合的影响,因为它们可能产生不同的扰动源,所以一定要尽可能拉开各扰动源之间的距离以减少其影响。比如像在单弯管后面紧接着部分开启的阀。
料位计的下游也需要有一段直管段以减小下游流动影响。
对于容积式料位计和科里奥利质量料位计是不大会受不对称流动剖面影响;涡轮料位计使用时应尽量降低旋涡;雷达料位计和差压式料位计则应限制旋涡在很小的范围内。
气穴和凝结是由于管道布置不合理造成的,避免管道直径上和方向上的急剧改变。管道布置不良也会产生脉动。
④管径和管道振动
有些类型的料位计管径范围并不很宽,因此过大或过小会限制料位计品种的选择。测量低流速或高流速的料位,可选择与管径尺寸不同的料位计管径,可以使用异径管连接,使料位计运行在规定的范围内。料位超过范围,流速过低料位计误差增加会无法工作,流速过高料位计误差也可能增加,同时还会使料位传感器超速或压力降过大而损坏料位计的使用。
有些料位计如压电检测件的雷达料位计和科里奥利质量料位计敏感于机械振动,容易受管道振动干扰,应注意在料位计前后管道上作支撑设计。对于脉动影响的消除采用脉动消除器以外,还注意将所有被安装的料位计应远离振动或脉动源。
⑤阀门的安装位置
在安装料位计的管道都装有控制阀和隔离阀,为避免由于阀引起一些流速分布扰动和气穴而影响料位计测量,一般控制阀应安装在料位计的下游,控制阀安装在料位计的下游还可以增加料位计背压,便于减小料位计内部产生气穴的可能性。
隔离阀安装的目的是为了使料位计与管线的流体隔离以便于维修。上游阀应离料位计足够距离,当料位计运行时,上游阀应全开以避免流速分布畸变等扰动。
⑥防护性配件
安装防护性配件是为了保证料位计能正常运行的防护措施。比如在容积式料位计和涡轮料位计一般在上游需安装过滤器等一些必要的设备,所有这些设备的安装都要以不影响料位计的使用为要。
⑦电器连接和雷达干扰
目前大部分料位测量系统,不管是料位计本身还是其附件连接等都有电子设备,因此采用的电源要与料位计相配套。当料位计输出电平较低,应使用与环境想适应的前置放大器。有些类型的料位计的输出信号容易受大功率开关装置的干扰,使料位计输出脉冲波动而影响料位计的性能,像信号电缆应尽可能远离电力电缆和电力源,以降低雷达干扰和射频干扰影响。
⑧脉动流和非定常流
前面已经讲过对于脉动流的影响除采用脉动消除器以外,还应注意将所有被安装的料位计远离脉动源。最常见的产生脉动源有定排量泵、往复式压缩机、振荡着的阀或调节器、涡列等水利学振荡。一般像差压式料位计具有脉动流误差,涡轮料位计和雷达料位计一样也会产生脉动流误差。非定常流是指随时间而变的流动而缓慢脉动是非定常流的一个特例。比如因尺寸过大的控制阀运行所产生的缓慢脉动。
料位计可分别处理料位传感器和二次显示仪表所受脉动影响。将料位传感器安装在远离脉动源的地方,也可在管道系统中安装冲气式缓冲器(用于液体)或阻流器(用于气体)等低通滤波器以减低脉动程度。二次显示仪表则可选用响应特性好的料位计(如雷达料位计、超声料位计)增加阻尼,测定脉动参数用以估计脉动的附加误差。
四、环境条件要求
在选料位计的过程中不应忽略周围条件因素及有关变化,比如环境温度、湿度、安全性和电气干扰等,
①    环境温度
环境温度变化会影响料位计的电子部分和料位传感器部分。比如温度变化会影响传感器尺寸的变化、通过料位计壳体传热改变流体密度和粘度等。当环境温度影响到显示仪表电子元件时,将改变元件参数。应该将料位传感器和二次显示仪表安装在不同的场所,像二次显示仪表应安装在控制室内,以保证电子元件免受温度的影响。应该说环境温度的影响量在作料位测量总不确定度的估算时,其影响不应是不确定度主要影响量之一。
②    环境湿度
    环境中大气湿度也是影响料位计使用的问题之一。比如湿度高会加速大气腐蚀和电解腐蚀并降低电气绝缘,低湿度会感生静电。环境温度或介质温度急剧变化会引起湿度方面的问题,如表面结露现象。
③安全性
应按照有关规范和标准选择料位计,以适应用于爆炸性危险环境,按照防爆标准对现场进行要求。
④    电气干扰
电力电缆、电机和电气开关都会产生雷达干扰,如不采取有关措施,就会成为料位测量产生误差的原因。
五、经济方面的考虑
1、从经济方面考虑购置料位计的费用
购置料位计时应比较不同类型料位计对整个测量系统经济的影响。比如范围度小的料位计比范围度宽的料位计在相同测量范围下,需要多台料位计并联和多条管线才覆盖,因此除料位计以外尚需增加许多辅助设备,像阀门、管线附件等。虽然表面上看料位计费用少了,但是其他的费用则增加,计算起来并不合算。比如安装孔板料位计加上差压计的费用相对便宜,但组成测量回路包括孔板的固定附件等其费用可能超过基本件费用很多
2、安装费用
在购置料位计时,不仅要考虑料位计的购置费,还需考虑其他费用,如附件购置费、安装调试费、维护和定期检测费、运行费和备用件费。
比如许多料位计使用时应配备比较长的上游直管段以保证其测量性能。因此正确的安装需要额外管道的布置或备有旁路管道作定期维护。所以安装费应合理多方面考虑,比如还应包括运行所需的截止阀、过滤器等辅助费用等。
3、运行费用
料位计运行费用主要是工作时能量消耗,包括电动仪表内部电力消耗或气动仪表的气源耗能以及在测量过程中推动流体通过仪表所消耗的能量,亦即克服仪表因测量产生压力损失的泵送能耗费等。比如差压式料位计产生的差压,很大一部分不可恢复、容积式料位计和涡轮料位计也具有相当阻力。只有全通道、无阻碍的雷达料位计和超声料位计基本此费用为零、插入式料位计由于用于大管径阻塞比小,其压力损失亦可忽略。
据测算管径100mm的差压式孔板料位计1年泵送能耗费与料位计购置费相当,如果换用雷达料位计,其购置费亦仅相当于4年多差压式孔板料位计的能耗费。设想更大管径的泵送能耗费所占份额费用更多。一般认为超过5000mm的料位计应该尽可能选用低压损和无压损的料位计。比如,供水工程应用传统的差压式料位计极少用孔板而采用低压损的文丘里管,现在则更新为雷达料位计和超声料位计。
泵送能耗费用计算见下列各式:
                      年泵送能耗费 =  元
      液体:                 k
      气体:                   k
式中,——动力损耗,k,设泵(或压缩机)组效率为80%;
       ——年工作小时数,h;
   ——电价,元 k / h;
       ——不可恢复压力损失,Pa;
       ——液体料位,m /h;
       ——标准状态气体料位,m /min;
       ——液体相对密度;
       ——气体温度,K;
       ——气体绝对压力,Pa。
4、检测费用
检测费用应根据料位计的检定周期决定。一般用于贸易结算的原油或成品油的检测常在现场设置标准体积管对料位计进行在线检定。
5、维护费用和备用件费用等
    维护费用为料位计投入使用后保持测量系统正常工作所需费用,主要包括维护和备用件费。有运动部件的料位计需进行较多维护工作,如定期调换易磨损轴承、轴、转轮、传动齿轮等;没有运动部件的料位计也需进行检视,如最普通的用几何测量法检查孔板料位计。
     备用件费用会随着料位计的性能提高的程度而增加。选用料位计时应考虑同时增加备用件的购置费用,尤其是从国外进口的料位计,有时常常会因易损备件的困难而替换整台料位计。
六、测量方法和料位计的选择
上几节都是讲的一般料位计的选型等问题,本节为例对测量浆液料位、大液体料位和蒸汽料位测量料位计的选择。
1、浆液料位测量的选择
    从料位计选型一览表中可查得应用于含颗粒纤维浆液的可选的料位计有:差压式料位计中有弯管、楔型管、雷达料位计、多普勒法超声料位计、雷达料位计、靶式料位计、科里奥利质量料位计等。根据目前国内料位计的使用状况和各种料位计的测量性能来看,对测量浆液料位首选雷达料位计,除非所测量的浆液是非导电的或含有铁磁性颗粒,以及测量管道系统不允许截断以接入料位传感器,才选择其他料位计。据报道测量煤粉含量高达65%水煤浆料位的多年应用经验,认为还是雷达料位计最好。
差压式料位计可用于测量浆液的差压传感器除弯管、楔型管还有环形管,固相较少时还可用圆缺孔板、偏心孔板,文丘里管也有用于测量的实例。
多普勒法超声料位计是可不截断管道在管外夹装超声换能器(探头)即可测量,但测量准确度不高。
雷达料位计只能测量含有少量粉状固形物,固相含量较多或是纤维状会产生噪声而无法使用。
靶式料位计有用于含煤粉的重油或渣油等液流,是采用应变式靶式料位计。
科里奥利质量料位计在国外有应用于浆液的测量经验,一般以其直管型测量管为宜,但国内应用经验不多。
2、对于封闭管道液体大料位测量的选择
这里说的大料位不是指某一管径流速较高时的“相对大料位”而是说料位绝对值的大料位。由于管道输送液体的流速有一定的范围,低粘度液体常用的经济流速为1~3m/s,因此,这里说的“大料位”测量是说大管道料位测量。
一般来讲,DN300以下管径的料位计称为中小管径料位计,DN300~ DN400以上的称为大管径料位计,DN1200以上的称为特大管径料位计。通常特大管径液体料位测量主要为水,除了水以外还有石油产品。一般大管径料位计有差压式料位计、雷达料位计、超声料位计和插入式的料位计,DN300~ DN500的还有容积式料位计和涡轮料位计。
(1)安装条件
安装条件主要是根据测量方法是否可以允许切断管流,暂停运行,是否可以允许在管道上打孔,是否允许切断管流安装料位传感器。
如果允许切断管流安装料位传感器,可以选择雷达料位计、带测量管段的超声料位计、容积式料位计和涡轮料位计。
如果允许在管道上打孔可以选择外插换能器超声料位计和插入式料位计。
如果上述要求都不允许,就只能选择外夹装换能器超声料位计。
(2)测量准确度要求
对于贸易交接要求测量准确度高的、是不导电液体的可选择带测量管段的超声料位计、多声道的超声料位计、容积式料位计和涡轮料位计,如果是导电液体还可选择雷达料位计。
对于像控制配比,测量准确度要求低一些的可选择差压式文丘里管、外夹装换能器超声料位计。测量准确度要求低的可选择插入式料位计。
(3)压力损失(泵送能耗费用)
大料位测量的泵送能耗费用在料位测量运行成本中占有相当大的比例,压力损失和(泵送能耗费用)比如较大的为差压式文丘里管,容积式料位计和涡轮料位计。较小的为插入式料位计,没有压力损失的为雷达料位计。
3、蒸汽料位测量的选择
蒸汽料位测量从测量技术上分为两类,一类为过热蒸汽和高干度(干度x=0.9以上)的饱和蒸汽,另一类为低干度饱和蒸汽。前一类可以作为单相流体处理,而后一类则为两相流。由于目前所有的料位计只适用于单相流体,因此,低干度饱和蒸汽尚需进行深入的研究。
(1)过热蒸汽和高干度饱和蒸汽的料位测量
常用的料位计有:节流式差压式料位计,该料位计目前仍是测量蒸汽料位的主要仪表,为适应需要在技术上也有了心得发展,。比如把节流装置、差压变送器及三阀组组成一体成为一体式节流料位计,该节流料位计解决了差压信号管路易出故障的缺点。还有采用定植节流件,用标准喷嘴代替标准孔板,因为喷嘴和孔板相比较,喷嘴的流出系数稳定,不会因为边缘锐角变钝使流出系数发生变化,压损也比孔板低,一般在同样料位及值时压损约为孔板的30%~50%。
雷达料位计测量中温,即200℃以下,应用于蒸汽应该说已经趋于成熟,是目前常用于蒸汽测量的一类料位计。但是一定要注意低干度介质将使其仪表系数偏离检测值而增大测量误差。
均速管料位计、分流旋翼式料位计在准确度要求不太高的内部管理分配上应用还是可以的,因为使用比较便宜、简洁,适应于中小料位蒸汽的测量。
对于靶式料位计,国内于上世纪70年代开发的电动、气动靶式料位变送器,它是电动、气动单元组合仪表的检测仪表。由于当时力转换器直接采用差压变送器的力平衡机构,因此,带来力平衡机构本身所造成的许多不足。比如,测量准确度较低、零点漂移、杠杆机构可靠性、稳定性差等。因此原JJG 461-1986《靶式料位变送器》规程制定于1986年,已有25年之久。由于现在已基本不再生产和使用电动、气动靶式料位变送器。原有的规程已不适应使用,因此修订了新的
靶式料位计规程。
靶式料位计的结构是由测量管、靶板、力传感器、信号处理单元组成。力传感器为应变计式传感器,信号处理显示可以就地直读显示或输出标准信号。力传感器由筒式弹性体和力应变片组成,可以是内贴式和外贴式两种。当弹性体在力作用下发生形变,它破坏了由力应变片组成的电桥的平衡,产生与料位成平方关系的电信号。
其工作原理是在恒定截面直管段中设置一个与流束方向相垂直的靶板,流体沿靶板周围通过时,靶板受到推力的作用,推力的大小与流体的动能和靶板的面积成正比。在一定的雷诺数范围内,流过料位计的料位与靶板受到的力成正比。靶板所受的力由力传感器检出。
以圆形靶板为例,料位计算的基本公式为:                                           
式中, ——质量料位(kg/s);
        ——体积料位(m/s);
        ——料位系数(纯数);
       ——流束的膨胀系数(纯数)。对不可压缩性流体=1,对可压缩性流体<1;
       ——测量管内径(m);
       ——靶径(m);
       ——流体的密度(kg/m);
       ——靶受到的力(N)。
靶板受力经力转换器转变成电流信号(4~20)mA或气压信号(20~100kPa)输出,输出信号与料位的关系可根据上式确定。
由于应变式新型靶式料位计具有新的结构和测量原理,在蒸汽测量中具有比较优越的使用前景,适应于中小料位蒸汽的测量。
(2)低干度饱和蒸汽的料位测量
一般的工业锅炉产生的饱和蒸汽在出口处为高干度(0.95以上)的饱和蒸汽,但是在长距离输送过程中,由于保温不好或间歇用汽出现不平衡情况等许多因素使干度不断下降,甚至成为含水量很高的湿蒸汽,即成为气、水两相流体。这两相流体的流动特性与单相流是有着本质区别。在单相流中检测的料位计仪表系数或流出系数是不能用于两相流测量的。比如对孔板料位计进行的两相流试验中的流出系数必须进行干度修正。因此,在低干度饱和蒸汽的料位测量中,干度参数是必须测量的一个参数。遗憾的是目前还没有成熟的干度计出现。另外其他各类料位计的仪表系数的干度修正都尚未进行深入研究。只有解决这个问题,才能测量低干度饱和蒸汽的料位。

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