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    流量计进行正确选型需要关注的五个方面之二:流量计测量介质的流体特性

    发表时间:2018-11-05   点击次数:  技术支持:15601403222
    前篇我们介绍了流量计在选型过程中需要关注一第一个方面,也就是流量计的性能要求,本文介绍的是流量计与流体特性的关系,流体介质的特性包括了温度和压力,粘度,腐蚀性等多方面的参数要求。

     二、流体特性

    在流量测量中由于各种流量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流量计的选型。因此,所选择的测量方法和流量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流量计的适应性。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


    仔细的分析流量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,温度和压力影响流量测量准确度等性能时,要作温度或压力修正。另外,流量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流量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,流量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(比如涡轮流量计)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。

    粘度对各类流量计的影响程度不一样,比如,对于电磁流量计、超声流量计和科里奥利式质量流量计的流量值是在很宽粘度范围内,可以认为不受液体粘度的影响;容积式流量计的误差特性和粘度有关,可能会略受影响;而浮子流量计、涡轮流量计和涡街流量计,当粘度超过某值时则影响较大以致不能使用。

    有些流量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,大多数流量测量方法和流量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流量计,如果应用于非牛顿流体时将给测量带来影响。所以,牛顿流体是流体流量测量正常使用的重要条件。

    粘度对不同类型的流量计范围度的影响趋势各异,一般容积式流量计粘度增加,范围度扩大。而涡轮流量计和涡街流量计则相反,粘度增加,范围度缩小。因此,在评估流量计的适应性时,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,当选择流量计时必须谨慎。

    (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我们选择测量方法和使用流量计的决定因素。比如,某些流体会使流量计接触零件腐蚀,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流量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流量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,金属浮子流量计内衬耐腐蚀的工程塑料。但是对于结构较复杂的流量计,如容积式流量计和涡轮流量计等就无法对具有腐蚀性流体进行测量了。有一些流量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。超声流量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。电磁流量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
        由于流量计腔体和流量传感器上结垢或析出结晶会减少流量计内活动部件的间隙,降低流量计内敏感元件的灵敏度或测量性能。比如在超声流量计应用上结垢层会阻碍超声波发射。在电磁流量计应用上不导电结垢层绝缘了电极表面,会使流量计无法工作。所以有些流量计常采用在流量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。
    腐蚀和结垢影响流量测量值的变化会因流量计的类型而不同。下面以超声流量计和电磁流量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级的流量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。

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