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热式质量流量计的设计及工程应用
1.
热式质量流量计的工作原理及组成
热式质量流量计采用热扩散技术进行流量测量。测量探头中有两个温度检测元件(铂热电阻)、RTDl、RTD2和一个恒热源 HTRoRTD1用于测量流体介质本身的温度,把它作为参比温度,RTD2紧靠着恒热源HTR,测量被流体介质带走热量后的恒热源表面的温度,两个温度检测元件之间的温差是质量流量的函数。流体流速的变化直接影响热扩散的程度,进而影响到两个测温元件之间温差的大小。当流量为零时,温差ZUI大;而随着流量的增加,恒热源HTR被带走的热量增加,RTD2所测的温度降低,温差减小。温差信号经转换电路变成4-20mA标准信号输出。参见
1:温差与流量之间的关系式如下
Pv=K(Q/AT)
式中p为流体密度(kg/m3);v为流体流速(m/h);K为标定常数;Q为热流量(J/h);△T为温差(℃
由上式可见,气体流速及散热能力的函数和质量流量直接相关,它是热式气体质量流量计的基本原理公式。
热式质量流量计由传感器和变送器组成,传感器有两种方式,即插入式和直通式。当工艺管径为小管径时,一般选择直通式;而当测量大管径时,一般选择插入式。无论哪种方式,温度检测元件和恒热源都密封于传感器的内部,不直接与流体介质接触,因此发热和测温元件不会被损坏,流量计可长期使用,也使得用户的维护量极低。
2.热式质量流量计应用场合
1）公用工程---电﹑气﹑ 水处理的监控
管道的气体;通用系统;沼气;煤气;天然气;液化气;锅炉预热空气
2）石油与天然气工业
能量交换;填井气回收; 燃气计量;气体质量分析;泄漏气测试;天然气测量;火炬气的监控
3）电力行业
燃料系统中气体分配过程中的气体测量;锅炉及辅助系统中各种气体的测量;燃气炉中气体测量;氢气测量;电厂高炉的一次风、二次风的测量
4）化学行业
烟气循环监测;采样系统中气体流量计量;引风机的气体流量计量;化肥厂氨气测量 ;电池工厂各种气体流量测量
5）冶金行业
钢铁厂加气测量;炼铁厂高炉煤气的测量;焦化厂焦炉煤气的测量;轧钢厂加热炉燃气(高炉煤气、焦化煤气、天然气等)的测量控制;热处理淬火炉等的氢、氧、氮等气体的控制
6）纸浆与造纸行业
废水处理系统中气体的测量;烟道流量监控;锅炉回收二次/三次空气;锅炉的燃气和空气送风测量
7）食品及医药行业
加工操作中新鲜空气的加入;啤酒厂中的二氧化碳处理;瓶子消毒器中的热空气的流量;热氧化过程中气体流量测量;通风系统;锅炉进气﹑废气﹑过程控制
8）环保
沼气利用过程中的气体测量;氯气处理过程中氯气气体测量;污水处理过程中曝气池的气体测量;烟筒烟道排气监测SO2和NOX的排量
9）其他行业
工厂压缩空气测量;煤粉燃烧过程粉/气配比控制燃料;水泥工业竖式磨粉机排放热气流量控制
3.工程设计
在选用热式质量流量计时,应 先了解所测介质的基本参数,如状态、组分、温度、压力、流量范围等;还应了解介质是否具有腐蚀性,安装场所是否有防爆要求;工艺要求的精度等级及测量的响应时间。如工艺对精度要求高,而同时管径又较大,则可根据流场分布情况,选用多探头传感器测量个共用变送单元进行平均积算的方法,以达到精度要求。
当工艺只要求进行液位限位测量,可选择同样利用热扩散原理的热式开关。开关安装在工艺要求的限位报警位置,如罐中液体处于正常液位寸,传感器中的两个温度检测元件的温差达到ZUI大,随着液位的变化,当传感器被液体所浸没时,被加热的测温元件温度降低,测温元件之间的温差减小,从而触发报警继电器动作,发出报警信号。还有一种热式质量流量计可进行正向或逆向流量测量,以满足临界状态过程控制的需要。
如测量介质中夹杂着水或其他液体,则会造成测量误差,因为液体的导热能力远远大于气体,所以应选择传感器上带防水罩的流量计。某些十分重要的场合,要求能在线拆卸,则可选用带切断球阀的流量计,一旦发生故障,叮以拆下流量计,关闭球阀,不必中断生产过程。
4.
热式质量流量计的性能及优点
热式质量流量计适用于从毛细管到大管径和方型管等各种管道的测量,ZUI大可测直径达9m的管道。它的量程比很宽,有的可达1000:1;压力损失很小,可忽略不计。流量计与介质接触的部分可由各种材质制成,如不锈钢、哈氏合金、蒙乃尔等,因此可以耐腐蚀。它的测温范围和耐压范围很宽,如测液体温度可达200℃,气体可达850℃,尤其适用于高温烟道尾气的测量,耐压ZUI高可达70MPa防过载能力也很强,当实际流量高出满量程流量范围时,不会对仪表造成任何损坏。当热式质量流量计用于低流量测量时,ZUI低可用于流量为20m/d的场合。当用于高速气体流量测量时,气体流速ZUI高可达480m/s。整个流量计无可动部件,可避免因旋转、移动或震动等原因造成的部件磨损、断裂和疲劳裂缝。测量精度一般可达1%读数,重复性0.5%读数。可选瞬时流量或累积流量显示,并有高低报警接点输出。
热式质量流量计的出现,凭借一些其他流量仪表所没有的优点,解决了某些场合多年来未能解决的流量测量难题,极大地降低了用户的维护量。所以尽管价格相对较高,但用户的总体拥有成本较低,必将在各行业中得到越来越广泛的应用。