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水冷壓縮機(jī)冷卻水流量計(jì)的測(cè)量介質(zhì)的流體特性
點(diǎn)擊次數(shù):1672 發(fā)布時(shí)間:2021-09-04 02:08:19
前篇我們介紹了流量計(jì)在選型過(guò)程中需要關(guān)注一*一個(gè)方面,也就是流量計(jì)的性能要求,本文介紹的是流量計(jì)與流體特性的關(guān)系,流體介質(zhì)的特性包括了溫度和壓力,粘度,腐蝕性等多方面的參數(shù)要求。
流體特性
在流量測(cè)量中由于各種流量計(jì)總會(huì)受到流體物性中某一種或幾種參量的影響,所以流體的物性很大程度上會(huì)影響流量計(jì)的選型。因此,所選擇的測(cè)量方法和流量計(jì)不僅要適應(yīng)被測(cè)流體的性質(zhì),還要考慮測(cè)量過(guò)程中流體物性某一參量變化對(duì)另一參量的影響。比如,溫度變化對(duì)液體粘度的影響。
流體物性方面常見(jiàn)的有密度、粘度、蒸汽壓力和其他參量。這些參量一般可以從手冊(cè)中查到,評(píng)估使用條件下流體各參量和選擇流量計(jì)的適應(yīng)性。但也會(huì)有些物性是無(wú)法查到。比如腐蝕性、結(jié)垢、堵塞、相變和混相狀態(tài)等。
(1)流體的溫度和壓力
仔細(xì)的分析流量計(jì)內(nèi)流體的工作壓力和溫度,尤其是測(cè)量氣體時(shí)溫度壓力變化造成過(guò)大的密度變化,可能要改變所選擇的測(cè)量方法。比如,溫度和壓力影響流量測(cè)量準(zhǔn)確度等性能時(shí),要作溫度或壓力修正。另外,流量計(jì)外殼的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)和材質(zhì)也取決于流體的溫度和壓力。因此,必須確切地知道溫度和壓力的*大值和*小值。當(dāng)溫度和壓力變動(dòng)很大時(shí)更應(yīng)仔細(xì)選擇。
還應(yīng)注意在測(cè)量氣體時(shí)要確認(rèn)其體積流量值是在工況狀態(tài)下的溫度和壓力還是在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的溫度和壓力。
(2)流體的密度
對(duì)于液體,在大部分應(yīng)用場(chǎng)合下其密度相對(duì)恒定,除非溫度變化很大而引起較大變化,一般可不進(jìn)行密度修正。在氣體應(yīng)用場(chǎng)合,流量計(jì)的范圍度和線性度,取決于氣體密度,,一般要知道在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下和工況狀態(tài)下的值,以便選用。也有將流動(dòng)狀態(tài)的值換算到某些公認(rèn)的參比值,這種方法在石油儲(chǔ)運(yùn)方面應(yīng)用普遍。低密度氣體對(duì)某些測(cè)量方法,特別是利用氣體動(dòng)量推動(dòng)檢測(cè)傳感器的儀表(比如渦輪流量計(jì))會(huì)比較困難。
(3)粘度
各種液體之間粘度差別很大,且因溫度變化有顯著變化。而氣體則不同,各種氣體之間粘度差別較小,其值一般較低。且不會(huì)因溫度和壓力變化而有顯著變化。因?yàn)橐后w的粘度比氣體高得多。比如在20℃和100kPa下,水的動(dòng)力粘度為 Pa·s,而空氣的動(dòng)力粘度則為 Pa·s,所以液體一定要考慮粘度的影響,而氣體的粘度就不如液體那樣重要。
粘度對(duì)各類流量計(jì)的影響程度不一樣,比如,對(duì)于水冷壓縮機(jī)冷卻水流量計(jì)、超聲流量計(jì)和科里奧利式質(zhì)量流量計(jì)的流量值是在很寬粘度范圍內(nèi),可以認(rèn)為不受液體粘度的影響;容積式流量計(jì)的誤差特性和粘度有關(guān),可能會(huì)略受影響;而浮子流量計(jì)、渦輪流量計(jì)和渦街流量計(jì),當(dāng)粘度超過(guò)某值時(shí)則影響較大以致不能使用。
有些流量計(jì)的特性用管道雷諾數(shù)作為參變量進(jìn)行描述的,而管道雷諾數(shù)是流體粘度、密度以及管道流速的函數(shù)。因此,粘度對(duì)儀表特性還是有影響的。
粘度也是判別牛頓流體或非牛頓流體的一個(gè)參數(shù),大多數(shù)流量測(cè)量方法和流量計(jì)僅適用于牛頓流體。所有氣體都是牛頓流體。大多數(shù)液體以及含有少量球形微粒的液體也是牛頓流體。只適用于牛頓流體的測(cè)量方法和流量計(jì),如果應(yīng)用于非牛頓流體時(shí)將給測(cè)量帶來(lái)影響。所以,牛頓流體是流體流量測(cè)量正常使用的重要條件。
粘度對(duì)不同類型的流量計(jì)范圍度的影響趨勢(shì)各異,一般容積式流量計(jì)粘度增加,范圍度擴(kuò)大。而渦輪流量計(jì)和渦街流量計(jì)則相反,粘度增加,范圍度縮小。因此,在評(píng)估流量計(jì)的適應(yīng)性時(shí),應(yīng)該要掌握液體的溫度—粘度特性。
某些非牛頓流體(如鉆井泥漿、紙漿、巧克力、油漆)性質(zhì)的液體,它們的流動(dòng)狀態(tài)復(fù)雜,不易判斷其屬性,當(dāng)選擇流量計(jì)時(shí)必須謹(jǐn)慎。
(4)化學(xué)腐蝕和結(jié)垢
①化學(xué)腐蝕問(wèn)題
流體的化學(xué)腐蝕問(wèn)題有時(shí)會(huì)成為我們選擇測(cè)量方法和使用流量計(jì)的決定因素。比如,某些流體會(huì)使流量計(jì)接觸零件腐蝕,表面結(jié)垢或積淀析出晶體,金屬零件表面產(chǎn)生電解化學(xué)作用,這些現(xiàn)象的產(chǎn)生會(huì)降低流量計(jì)的性能和使用壽命。因此,為了解決化學(xué)腐蝕和結(jié)垢問(wèn)題,制造廠采取了許多方法,如選用抗腐蝕材料或在流量計(jì)的結(jié)構(gòu)上采取防腐蝕措施,比如,節(jié)流裝置孔板用陶瓷材料制造,金屬浮子流量計(jì)內(nèi)襯耐腐蝕的工程塑料。但是對(duì)于結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的流量計(jì),如容積式流量計(jì)和渦輪流量計(jì)等就無(wú)法對(duì)具有腐蝕性流體進(jìn)行測(cè)量了。有一些流量計(jì)是從原理結(jié)構(gòu)上就具有耐腐蝕性或易于作耐腐蝕的措施。超聲流量計(jì)的換能器探頭安裝在管道外壁不與被測(cè)流體接觸,本質(zhì)上就是防腐蝕的。水冷壓縮機(jī)冷卻水流量計(jì)只有測(cè)量管襯里和一對(duì)形狀簡(jiǎn)單的電*與液體接觸,近年有些設(shè)計(jì)將電*也不與液體接觸,也是一種防腐蝕的措施。
② 結(jié)垢
由于流量計(jì)腔體和流量傳感器上結(jié)垢或析出結(jié)晶會(huì)減少流量計(jì)內(nèi)活動(dòng)部件的間隙,降低流量計(jì)內(nèi)敏感元件的靈敏度或測(cè)量性能。比如在超聲流量計(jì)應(yīng)用上結(jié)垢層會(huì)阻礙超聲波發(fā)射。在水冷壓縮機(jī)冷卻水流量計(jì)應(yīng)用上不導(dǎo)電結(jié)垢層絕緣了電*表面,會(huì)使流量計(jì)無(wú)法工作。所以有些流量計(jì)常采用在流量傳感器外界加溫防止析出結(jié)晶或加裝裝置除垢器。
化學(xué)腐蝕和結(jié)垢的結(jié)果是改變?cè)囼?yàn)管道內(nèi)壁粗糙度,而粗糙度會(huì)影響流體的流速分布,因此,建議使用者應(yīng)注意這個(gè)問(wèn)題,比如多年使用的管道應(yīng)進(jìn)行清洗和除垢工作。
腐蝕和結(jié)垢影響流量測(cè)量值的變化會(huì)因流量計(jì)的類型而不同。下面以超聲流量計(jì)和水冷壓縮機(jī)冷卻水流量計(jì)為例來(lái)說(shuō)明由于管道結(jié)垢影響的結(jié)果,比如,內(nèi)徑為50mm的管道,內(nèi)壁結(jié)垢或沉積0.1~0.2mm,會(huì)使測(cè)量管道面積縮小0.4%~0.6%,所產(chǎn)生的誤差對(duì)于0.5~1.0級(jí)的流量計(jì)將是不容忽視的偏差。
(5)壓縮系數(shù)
氣體壓縮系數(shù)z為一定質(zhì)量的氣體,在相同溫度、壓力下,其實(shí)際比體積與“理想比體積”之比。一般地說(shuō),對(duì)于理想氣體z=0;實(shí)際氣體z可能大于1或小于1。z偏離1的數(shù)值大小表示實(shí)際氣體偏于理想氣體的程度。氣體壓縮系數(shù)z值取決于種類或組分、溫度、壓力。因此,氣體測(cè)量一定要通過(guò)壓縮系數(shù)求取工作狀態(tài)下的流體密度。如果組分固定的流體通過(guò)溫度、壓力和壓縮系數(shù)計(jì)算密度。如果流體為多組分(比如對(duì)天然氣的計(jì)量)并工作在接近(或在)超臨界區(qū),就需要配備在線密度計(jì)在線對(duì)密度進(jìn)行測(cè)量。
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流體特性
在流量測(cè)量中由于各種流量計(jì)總會(huì)受到流體物性中某一種或幾種參量的影響,所以流體的物性很大程度上會(huì)影響流量計(jì)的選型。因此,所選擇的測(cè)量方法和流量計(jì)不僅要適應(yīng)被測(cè)流體的性質(zhì),還要考慮測(cè)量過(guò)程中流體物性某一參量變化對(duì)另一參量的影響。比如,溫度變化對(duì)液體粘度的影響。
流體物性方面常見(jiàn)的有密度、粘度、蒸汽壓力和其他參量。這些參量一般可以從手冊(cè)中查到,評(píng)估使用條件下流體各參量和選擇流量計(jì)的適應(yīng)性。但也會(huì)有些物性是無(wú)法查到。比如腐蝕性、結(jié)垢、堵塞、相變和混相狀態(tài)等。
(1)流體的溫度和壓力
仔細(xì)的分析流量計(jì)內(nèi)流體的工作壓力和溫度,尤其是測(cè)量氣體時(shí)溫度壓力變化造成過(guò)大的密度變化,可能要改變所選擇的測(cè)量方法。比如,溫度和壓力影響流量測(cè)量準(zhǔn)確度等性能時(shí),要作溫度或壓力修正。另外,流量計(jì)外殼的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)和材質(zhì)也取決于流體的溫度和壓力。因此,必須確切地知道溫度和壓力的*大值和*小值。當(dāng)溫度和壓力變動(dòng)很大時(shí)更應(yīng)仔細(xì)選擇。
還應(yīng)注意在測(cè)量氣體時(shí)要確認(rèn)其體積流量值是在工況狀態(tài)下的溫度和壓力還是在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的溫度和壓力。
(2)流體的密度
對(duì)于液體,在大部分應(yīng)用場(chǎng)合下其密度相對(duì)恒定,除非溫度變化很大而引起較大變化,一般可不進(jìn)行密度修正。在氣體應(yīng)用場(chǎng)合,流量計(jì)的范圍度和線性度,取決于氣體密度,,一般要知道在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下和工況狀態(tài)下的值,以便選用。也有將流動(dòng)狀態(tài)的值換算到某些公認(rèn)的參比值,這種方法在石油儲(chǔ)運(yùn)方面應(yīng)用普遍。低密度氣體對(duì)某些測(cè)量方法,特別是利用氣體動(dòng)量推動(dòng)檢測(cè)傳感器的儀表(比如渦輪流量計(jì))會(huì)比較困難。
(3)粘度
各種液體之間粘度差別很大,且因溫度變化有顯著變化。而氣體則不同,各種氣體之間粘度差別較小,其值一般較低。且不會(huì)因溫度和壓力變化而有顯著變化。因?yàn)橐后w的粘度比氣體高得多。比如在20℃和100kPa下,水的動(dòng)力粘度為 Pa·s,而空氣的動(dòng)力粘度則為 Pa·s,所以液體一定要考慮粘度的影響,而氣體的粘度就不如液體那樣重要。
粘度對(duì)各類流量計(jì)的影響程度不一樣,比如,對(duì)于水冷壓縮機(jī)冷卻水流量計(jì)、超聲流量計(jì)和科里奧利式質(zhì)量流量計(jì)的流量值是在很寬粘度范圍內(nèi),可以認(rèn)為不受液體粘度的影響;容積式流量計(jì)的誤差特性和粘度有關(guān),可能會(huì)略受影響;而浮子流量計(jì)、渦輪流量計(jì)和渦街流量計(jì),當(dāng)粘度超過(guò)某值時(shí)則影響較大以致不能使用。
有些流量計(jì)的特性用管道雷諾數(shù)作為參變量進(jìn)行描述的,而管道雷諾數(shù)是流體粘度、密度以及管道流速的函數(shù)。因此,粘度對(duì)儀表特性還是有影響的。
粘度也是判別牛頓流體或非牛頓流體的一個(gè)參數(shù),大多數(shù)流量測(cè)量方法和流量計(jì)僅適用于牛頓流體。所有氣體都是牛頓流體。大多數(shù)液體以及含有少量球形微粒的液體也是牛頓流體。只適用于牛頓流體的測(cè)量方法和流量計(jì),如果應(yīng)用于非牛頓流體時(shí)將給測(cè)量帶來(lái)影響。所以,牛頓流體是流體流量測(cè)量正常使用的重要條件。
粘度對(duì)不同類型的流量計(jì)范圍度的影響趨勢(shì)各異,一般容積式流量計(jì)粘度增加,范圍度擴(kuò)大。而渦輪流量計(jì)和渦街流量計(jì)則相反,粘度增加,范圍度縮小。因此,在評(píng)估流量計(jì)的適應(yīng)性時(shí),應(yīng)該要掌握液體的溫度—粘度特性。
某些非牛頓流體(如鉆井泥漿、紙漿、巧克力、油漆)性質(zhì)的液體,它們的流動(dòng)狀態(tài)復(fù)雜,不易判斷其屬性,當(dāng)選擇流量計(jì)時(shí)必須謹(jǐn)慎。
(4)化學(xué)腐蝕和結(jié)垢
①化學(xué)腐蝕問(wèn)題
流體的化學(xué)腐蝕問(wèn)題有時(shí)會(huì)成為我們選擇測(cè)量方法和使用流量計(jì)的決定因素。比如,某些流體會(huì)使流量計(jì)接觸零件腐蝕,表面結(jié)垢或積淀析出晶體,金屬零件表面產(chǎn)生電解化學(xué)作用,這些現(xiàn)象的產(chǎn)生會(huì)降低流量計(jì)的性能和使用壽命。因此,為了解決化學(xué)腐蝕和結(jié)垢問(wèn)題,制造廠采取了許多方法,如選用抗腐蝕材料或在流量計(jì)的結(jié)構(gòu)上采取防腐蝕措施,比如,節(jié)流裝置孔板用陶瓷材料制造,金屬浮子流量計(jì)內(nèi)襯耐腐蝕的工程塑料。但是對(duì)于結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的流量計(jì),如容積式流量計(jì)和渦輪流量計(jì)等就無(wú)法對(duì)具有腐蝕性流體進(jìn)行測(cè)量了。有一些流量計(jì)是從原理結(jié)構(gòu)上就具有耐腐蝕性或易于作耐腐蝕的措施。超聲流量計(jì)的換能器探頭安裝在管道外壁不與被測(cè)流體接觸,本質(zhì)上就是防腐蝕的。水冷壓縮機(jī)冷卻水流量計(jì)只有測(cè)量管襯里和一對(duì)形狀簡(jiǎn)單的電*與液體接觸,近年有些設(shè)計(jì)將電*也不與液體接觸,也是一種防腐蝕的措施。
② 結(jié)垢
由于流量計(jì)腔體和流量傳感器上結(jié)垢或析出結(jié)晶會(huì)減少流量計(jì)內(nèi)活動(dòng)部件的間隙,降低流量計(jì)內(nèi)敏感元件的靈敏度或測(cè)量性能。比如在超聲流量計(jì)應(yīng)用上結(jié)垢層會(huì)阻礙超聲波發(fā)射。在水冷壓縮機(jī)冷卻水流量計(jì)應(yīng)用上不導(dǎo)電結(jié)垢層絕緣了電*表面,會(huì)使流量計(jì)無(wú)法工作。所以有些流量計(jì)常采用在流量傳感器外界加溫防止析出結(jié)晶或加裝裝置除垢器。
化學(xué)腐蝕和結(jié)垢的結(jié)果是改變?cè)囼?yàn)管道內(nèi)壁粗糙度,而粗糙度會(huì)影響流體的流速分布,因此,建議使用者應(yīng)注意這個(gè)問(wèn)題,比如多年使用的管道應(yīng)進(jìn)行清洗和除垢工作。
腐蝕和結(jié)垢影響流量測(cè)量值的變化會(huì)因流量計(jì)的類型而不同。下面以超聲流量計(jì)和水冷壓縮機(jī)冷卻水流量計(jì)為例來(lái)說(shuō)明由于管道結(jié)垢影響的結(jié)果,比如,內(nèi)徑為50mm的管道,內(nèi)壁結(jié)垢或沉積0.1~0.2mm,會(huì)使測(cè)量管道面積縮小0.4%~0.6%,所產(chǎn)生的誤差對(duì)于0.5~1.0級(jí)的流量計(jì)將是不容忽視的偏差。
(5)壓縮系數(shù)
氣體壓縮系數(shù)z為一定質(zhì)量的氣體,在相同溫度、壓力下,其實(shí)際比體積與“理想比體積”之比。一般地說(shuō),對(duì)于理想氣體z=0;實(shí)際氣體z可能大于1或小于1。z偏離1的數(shù)值大小表示實(shí)際氣體偏于理想氣體的程度。氣體壓縮系數(shù)z值取決于種類或組分、溫度、壓力。因此,氣體測(cè)量一定要通過(guò)壓縮系數(shù)求取工作狀態(tài)下的流體密度。如果組分固定的流體通過(guò)溫度、壓力和壓縮系數(shù)計(jì)算密度。如果流體為多組分(比如對(duì)天然氣的計(jì)量)并工作在接近(或在)超臨界區(qū),就需要配備在線密度計(jì)在線對(duì)密度進(jìn)行測(cè)量。
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