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礦用防爆電磁流量計安裝中如何有效減少彎管對測量的影響
1、撰文背景
我們知道,幾乎所有的流量計在安裝時都必須注意到管道直管段的要求,以及彎管對于測量精度的影響。因為當流體流經(jīng)彎管之后,下游會產(chǎn)生流速分布的畸變。如果兩個鄰近相鄰的不同平面的彎管,不僅流速分布畸變外還有產(chǎn)生漩渦。這些現(xiàn)象要影響裝在下游的大部分類型流量儀表(除容積式等少數(shù)類型外)的測量值,因此通常要求在流量儀表安裝點之前有一定長度直管段,改善進入儀表的流動狀況。礦用防爆電磁流量計受彎管影響較小,直管長度要求也遠低于節(jié)流差壓式、渦街式等其他流量儀表。但是因為礦用防爆電磁流量計對于測量值的精度要求較高,對于外部安裝情況的變化,可能對于測量值也會產(chǎn)生較大的影響,因此有效地改善彎管對于測量影響具有很重要意義。
為了降低彎管對于測量流體的影響,除了增加儀表前直管段之外,用戶還可以從安裝方式上設法降低影響的方法。文獻曾報道電磁流量傳感器電*軸線與鄰近彎管平面成45°傾斜安裝可以減少彎管影響。日本工業(yè)標準B7554“解說部分”列有電*軸線與彎管平面垂直、平行、成45°三種安裝方式,在不同長度直管下的測量誤差范圍,也說明這一效果。
2000年上海原水公司擬在已建成的某泵站加裝DN2200礦用防爆電磁流量計,但彎管下游安裝位置的前直管長度明顯不符合規(guī)定中5D10D(D為管徑,下同)的要求,此時,影響測量誤差有多大呢?由于受條件限制無法在現(xiàn)場用經(jīng)典的測量方法(如流速計流速面積法)作比對試驗,以估計彎管影響附加誤差值。并且使用方必須在訂購之前就要知道附加誤差估計值,以決定設計方案。筆者按相似原理以較小口徑礦用防爆電磁流量計在實驗室模擬現(xiàn)場條件作試驗。試驗證明45°安裝可減小彎管影響,并求得該個案安裝條件下傳統(tǒng)安裝方式的影響值。
2、彎管下游流速分布影響
流體流過彎管由于離心力作用,靠外壁產(chǎn)生擴散效應,內壁產(chǎn)生收縮效應,由此產(chǎn)生橫向流動的二次流,引起下游產(chǎn)生速度分布畸變,如圖1所示。圖1中,右邊垂直剖面彎管外緣流速較快,水平剖面呈雙峰值流速分布。隨著液流離開彎管距離增加,畸變會趨于緩和。
當前絕大部分電磁流量傳感器是非均勻磁場分布結構設計。非均勻磁場理論認為包含電*的測量管橫截平面區(qū)域內,各微小液體體積元切割磁力線對電*間信號“所起作用”各異,因此不是均勻地而是按“所起作用”非均勻地設計各點磁場強度,使在理想條件下流速分布畸變不會影響流量測量值。然而實際儀表還是受到一些影響。
圖2所示是日本工業(yè)標準所附彎管下游三種安裝方式不同直管長度的誤差范圍。
3、實驗實流
實驗是在上海光華·愛而美特儀器有限公司稱重法水流量標準裝置上進行。裝置的不確定度為0 011%,試驗儀表是DN100的IFM4080K型,按現(xiàn)場幾何尺寸比例縮小設置管道,如圖3所示夾裝到流量標準裝置上校驗。試驗結果如圖4所示。圖中“正常安裝”即按前置直管段長度大于等于10D,后置直管段長度大于等于5D安裝,其試驗數(shù)據(jù)即為參比值。礦用防爆電磁流量計滿度流量為150m3/h,實驗流速范圍0 325 3m/s,共做了5個流量點。
圖3 安裝尺寸和電*位置
圖4 各種安裝誤差
4、結論
1)在本試驗安裝條件下,流量傳感器電*軸在A=90°位置時*大誤差為-1 2%,A=0°位置時為+1 6%,A=45°位置時為0 5%;與正常安裝條件即參比值相比,*大附加誤差在A=90°時為-1 2%,A=0°時為+1 65%,A=45°時為+0 65%。
2)實驗證明電*軸線45°安裝比傳統(tǒng)水平安裝(A=0°)受彎管流動擾動影響有很大改善。
3)礦用防爆電磁流量計的傳感器在彎管下游即使有足夠長(5D)的直管段,亦應按“45°安裝”,作為減小彎管撓流影響,降低附加誤差的措施。