【自控學(xué)堂】流量儀表系列：流量儀表的選型（一）

昵稱33542116 2019-09-02

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流量儀表種類很多，各類流量儀表都有各自的特點(diǎn)，選型的目的就是在眾多品種中揚(yáng)長避短，選擇最適合的流量儀表。要在這眾多的流量儀表中選擇出最適合的來滿足使用要求，這就需要自控設(shè)計(jì)人員不僅要熟悉各種儀表性能而且要了解被測(cè)介質(zhì)特性和使用要求，以及相關(guān)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的積累。

下面我們來談?wù)劻髁績x表選型相關(guān)內(nèi)容：

一、流量儀表選型步驟及考慮的主要因素

1.1 首先接受工藝專業(yè)提出的自控設(shè)計(jì)條件，了解被測(cè)介質(zhì)特性，如被測(cè)介質(zhì)的物理狀態(tài)，是液體還是氣體，還是氣液混合？是否含有顆粒、纖維等；了解工藝過程參數(shù)，如流量的最大、正常和最小值，流體的壓力、溫度、密度、粘度、導(dǎo)電率、酸堿度等與儀表選型有關(guān)參數(shù)；

1.2 了解安裝流量計(jì)工藝管道狀況，如管道的公稱直徑和公稱壓力、管道的材質(zhì)、以及是否有夾套管、流量計(jì)前后的直管段和流量計(jì)的安裝空間及安裝環(huán)境等；

1.3 了解工藝對(duì)自控的要求，作為自控設(shè)計(jì)人員要知道被測(cè)流量用于什么目的？如被測(cè)流量是否是用于控制及安全聯(lián)鎖等重要檢測(cè)點(diǎn)，還是工藝僅需了解管道中流量大致情況的非重要檢測(cè)點(diǎn)，是否需要流量累積等，這對(duì)儀表的準(zhǔn)確度、重復(fù)性等性能參數(shù)的選擇也是考慮因素之一；

1.4 初步確定流量儀表類型，依據(jù)流體特性、使用要求、以及以往的使用經(jīng)驗(yàn)初步確定流量儀表的類型；

1.5 流量儀表的計(jì)算，有些流量儀表需要通過計(jì)算，才能確定其規(guī)格，如差壓式流量計(jì)；

1.6 熟悉儀表產(chǎn)品的性能，作為專業(yè)自控設(shè)計(jì)人員應(yīng)該了解哪些儀表生產(chǎn)廠生產(chǎn)什么儀表？在做設(shè)計(jì)前應(yīng)該準(zhǔn)備好儀表生產(chǎn)家樣本；

1.7 綜合以上情況開展流量儀表性能指標(biāo)的選擇。選擇儀表主要考慮流體特性、安裝條件、儀表性能、環(huán)境條件和經(jīng)濟(jì)性等因素。

二、流體特性

流體特性影響著儀表選型，如流體的壓力、溫度、密度、粘度、腐蝕性、導(dǎo)電率、氣體的壓縮系數(shù)等參數(shù)都影響儀表選型，如何選擇出一款適合的產(chǎn)品，對(duì)于剛?cè)胄械男率?，不熟悉儀表與流體特性關(guān)系，那么我們可以用排除法來選擇，如被測(cè)介質(zhì)為氣體，那么容積式流量計(jì)、電磁流量計(jì)等就被排除；如果被測(cè)介質(zhì)是非導(dǎo)電性的，電磁流量計(jì)也應(yīng)被排除；如果被測(cè)介質(zhì)含有顆粒纖維，容積式流量計(jì)容易損壞，孔板流量計(jì)、浮子式流量計(jì)等易堵塞，均不宜使用，而電磁流量計(jì)就非常適合；如果被測(cè)介質(zhì)是小流量氣體，用浮子式流量計(jì)最為合適；如果被測(cè)介質(zhì)流量為脈動(dòng)式的，選用電磁流量計(jì)和超聲波流量計(jì)最為合適。無論流體的特性如何，在上百中流量儀表中總有一款是適合的。儀表類型選擇一般有以下的原則：

(1) 對(duì)于一般液體、蒸汽的流量測(cè)量

可選用差壓式、可變面積式、速度式、超聲波式、科里奧利力式質(zhì)量流量計(jì)、熱式質(zhì)量流量計(jì)等。

(2) 對(duì)于腐蝕、導(dǎo)電或帶固體微粒的流量測(cè)量

一般可采用電磁流量計(jì)、非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置（如圓缺孔板）等。

(3) 對(duì)于高粘度流體的流量測(cè)量

對(duì)于高粘度流體，可采用容積式流量計(jì)（如橢圓齒輪流量計(jì)、腰輪流量計(jì)）、楔形流量計(jì)等。

(4) 對(duì)于大管徑流量測(cè)量

當(dāng)管徑大時(shí)，壓損對(duì)能耗有顯著影響，可根據(jù)情況選用均速管流量計(jì)、文丘里管、超聲波流量計(jì)、電磁流量計(jì)、速度式流量計(jì)（如渦輪、渦街）。

三、性能指標(biāo)

對(duì)于不同的流量測(cè)量目的，儀表性能的選擇也有所不同，如用于過程控制連續(xù)流量監(jiān)測(cè)，那么儀表的可靠性及重復(fù)性要求高一些，若是用于能源管理和貿(mào)易結(jié)算，那么儀表的準(zhǔn)確性要求高一些。下面談?wù)剝x表性能指標(biāo)的選擇原則。

3.1 儀表量程范圍

每臺(tái)儀表都有它的量程范圍，在量程范圍內(nèi)才可保證測(cè)量的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性等，選擇儀表量程范圍其實(shí)就是確定流量計(jì)的口徑規(guī)格。那么在實(shí)際使用中儀表量程校驗(yàn)范圍（對(duì)應(yīng)的信號(hào)輸出，如4~20mA）就應(yīng)在儀表量程范圍內(nèi)。在設(shè)計(jì)選型時(shí)儀表量程校驗(yàn)范圍的上限一般應(yīng)是工藝要求最大流量的1.1~1.2倍并加以圓整，工藝要求的正常流量一般處于儀表量程校驗(yàn)范圍的50%~70%。

如某廠家生產(chǎn)的一臺(tái)口徑為DN50的質(zhì)量流量計(jì)，其量程范圍為0-100~1200kg/min，那么其儀表量程校驗(yàn)范圍應(yīng)在0~100kg/min與0~1200kg/min之間，即最小的儀表量程校驗(yàn)范圍0~100kg/min，若小于0~100 kg/min儀表的零點(diǎn)漂移、準(zhǔn)確度得不到保證；最大的儀表量程校驗(yàn)范圍0~1200kg/min，若大于0~1200kg/min儀表的準(zhǔn)確度、穩(wěn)定性也得不到保證。

例如，工藝流量參數(shù)：正常為560kg/min，最大為680kg/min，我們確定儀表量程校驗(yàn)范圍0~800kg/min，按前述的原則，選該廠家DN50的質(zhì)量流量計(jì)是比較合適的。

3.2 準(zhǔn)確度（精度）

儀表的準(zhǔn)確度有高中低檔，至于我們?cè)撨x哪檔，應(yīng)該根據(jù)工藝用于這個(gè)流量測(cè)點(diǎn)的目的，如果僅僅是工藝要了解管道流量的基本狀況，那么我們選擇儀表的準(zhǔn)確度在中低檔就可以。如果該流量用于連續(xù)控制，尤其是物料配比、貿(mào)易結(jié)算等重要場(chǎng)合，我們選擇儀表的準(zhǔn)確度就應(yīng)該高些。

我們?cè)谑煜x表產(chǎn)品說明書時(shí)，要了解儀表的準(zhǔn)確度是否在儀表的整個(gè)流量測(cè)量范圍內(nèi)保持一致，尤其要關(guān)注在量程范圍的小流量段和大流量段的準(zhǔn)確度（見前面例子）。

其實(shí)從流量儀表的結(jié)構(gòu)形式及制造質(zhì)量就決定準(zhǔn)確度，準(zhǔn)確度高的流量儀表一般公認(rèn)的有容積式流量計(jì)、渦輪式流量計(jì)、電磁式流量計(jì)及科氏力流量計(jì)；對(duì)于準(zhǔn)確度中低檔的流量儀表很多，如差壓式流量計(jì)、浮子式流量計(jì)、旋渦式、超聲式流量計(jì)等，設(shè)計(jì)時(shí)要根據(jù)具體工況選擇適合的儀表準(zhǔn)確度。

3.3 重復(fù)性

對(duì)于一臺(tái)流量儀表重復(fù)性是由儀表本身的原理及制造質(zhì)量決定的，與所用儀表校驗(yàn)基準(zhǔn)高低無關(guān)。自控設(shè)計(jì)時(shí)要根據(jù)具體工況選擇重復(fù)性好的儀表，尤其是對(duì)于連續(xù)監(jiān)測(cè)控制的對(duì)象來說重復(fù)性與精確度一樣重要。

3.4 壓力損失

流量計(jì)的壓力損失是指流體經(jīng)過流量計(jì)時(shí)最大流量所損耗的能量，也稱為壓力降。在工藝設(shè)計(jì)管路時(shí)，已經(jīng)考慮了安裝在工藝管路上的流量計(jì)允許壓力損失是多少，我們自控設(shè)計(jì)人員在流量計(jì)選型時(shí)要兼顧測(cè)量范圍、準(zhǔn)確度、重復(fù)性等參數(shù)的同時(shí)要注意流量計(jì)的壓力損失盡可能選小一點(diǎn)以降低能耗，不應(yīng)大于工藝的允許壓力損失。

四、安裝條件

在儀表選型時(shí)還應(yīng)考慮安裝條件的因素，如儀表安裝方向、流體的流動(dòng)方向、儀表上下游管道狀況、閥門位置、有無振動(dòng)、有無電磁干擾及安裝維護(hù)空間等。比如浮子式流量計(jì)流體的方向必須垂直自下而上，水平管就不能用浮子式流量計(jì)，而渦輪流量計(jì)只能用在水平管道上，垂直管道上就不能用；比如差壓式流量計(jì)、渦輪式流量計(jì)、旋渦式等流量計(jì)前后直管段有要求，而浮子式流量計(jì)、容積式流量計(jì)就基本沒有前后直管段要求。由于各類流量儀表對(duì)安裝要求差異較大，我們?cè)谠O(shè)計(jì)選型時(shí)要了解儀表安裝的要求，并應(yīng)知道我們流量計(jì)在工藝管道上的安裝狀況。

五、環(huán)境條件

流量計(jì)一般由檢測(cè)元件、轉(zhuǎn)換器和顯示儀表組成，轉(zhuǎn)換和顯示通過電子元件實(shí)現(xiàn)，電子元件對(duì)工作環(huán)境有一定的要求，如環(huán)境的溫度、濕度、大氣壓、電氣干擾及是否在爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所等，這些都影響著儀表選型，是我們?cè)趦x表選型時(shí)必須要考慮的因素。

六、經(jīng)濟(jì)性

在自控設(shè)計(jì)中，對(duì)同一流量條件下會(huì)有不同種類的儀表可選用，因不同的儀表價(jià)格差距很大，自控設(shè)計(jì)人員應(yīng)認(rèn)真核算比較。儀表選型除了儀表本身的費(fèi)用外還需要考慮安裝費(fèi)用、流量校驗(yàn)費(fèi)用、運(yùn)行費(fèi)用、維護(hù)費(fèi)用及備品備件費(fèi)用。

七、幾點(diǎn)設(shè)計(jì)體會(huì)

在同一工程項(xiàng)目中，應(yīng)盡最大可能減少儀表選型品種規(guī)格，以便于生產(chǎn)運(yùn)行維護(hù)和管理。
在一個(gè)工程項(xiàng)目中有多人參與設(shè)計(jì)時(shí)，為使儀表選型相對(duì)一致，在項(xiàng)目初期，應(yīng)編制項(xiàng)目設(shè)計(jì)統(tǒng)一規(guī)定，確定儀表選型原則。參與的設(shè)計(jì)人員應(yīng)了解設(shè)計(jì)統(tǒng)一規(guī)定中的內(nèi)容，并遵照?qǐng)?zhí)行。
一般情況下，串接安裝在管道中的流量計(jì)口徑的選擇結(jié)果，比管道直徑小一檔或兩檔，個(gè)別情況與管道同徑，如果比管道直徑大或者比管道直徑小三檔、四檔，則大多情況是工藝流量參數(shù)有問題，需要找有關(guān)專業(yè)再協(xié)商確定。電磁流量計(jì)一般與管道同徑。
在選擇儀表供貨廠家時(shí)，除了考慮儀表質(zhì)量和價(jià)格因素外，還應(yīng)考慮售后服務(wù)質(zhì)量和態(tài)度，選擇在業(yè)界信譽(yù)好、認(rèn)知度高供貨廠家。

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