热工流量仪表教案DOC.docx

1、热工流量仪表教案DOC1、培训课题: 流量计量与仪表培训对象: 热工仪表专业计量人员培训重点:1. 流量计量的基本原理2.膜式燃气表、腰轮流量计、涡轮流量计、旋进漩涡流量计、质量流量计的工作原理3. 上述仪表的选型、安装及维护培训难点: 仪表工作原理及维护培训方法: 讲授培训器材: 培训地点： 培训中心培训时间：培训课时: 2.5课时 培训内容:一、流量计量基本概述：1概述：流量测量是研究物质量变的科学，流量和压力温度并列为三大过程检测参数，流量测量仪表主要应用以下领域：工业生产过程；能源计量；环境保护；尾气、废气、污水、有害物质排放；科学实验。流量测量具有其它测量领域更具复杂性：1)被测介质

2、处于流动状态，通常为非定常流；2)被测介质种类繁多，物理化学性质极其复杂；3)被测介质状态（温度、压力）变化范围宽广；4)被测介质的物理化学性质对仪表性能有很大影响；5)流体流动特性对仪表性能影响大；6)仪表校验设备庞大复杂、昂贵。流量测量的困难可分为流体特性和测量特性两方面。流体特性对测量的影响分为以下几类：1）脏物流：流体脏污、沉积和堵塞，如人工燃气、烟气、污水等；2）腐蚀流：管道腐蚀严重带来脏物流，如酸碱盐流体等；3）高参数流：高温、高压、真空及低温极端条件下的流量测量，如过热蒸汽、压缩天然气等；4）脉动流：如发动机、压缩机、泵出口流体等；5）大流量：管径达数米，流量达106108kg/

3、h；6）微流量：流量下限极低，流量为104kg/h以下；7）高粘性流：流体粘度极高，雷诺数很低，粘度可达数帕秒；8）多相流：如气液、液固、气固及气液固多相流；9）质量流：被测介质工作状态及组分变化很大，体积流量无法准确测量；以上只是针对某一方面而言，实际上往往多种情况并存，使得流量测量更加复杂。测量特性对流量测量有以下影响：1）现场工作条件恶劣，流量检测件可靠性差；2）流量为动态量，难以获得高的准确度；3）仪表结构多为法兰连接，只有停流时才允许拆卸维修，有些生产过程连续进行，只有在大修时方可停流，中间仪表有故障无法检修；4）仪表离线在实验室校验的工作条件与现场工作条件相差很大，准确度在现场发生

4、偏离难以发现；5）校验设备庞大昂贵，校验费用亦不菲，周期检定较为困难。人们对流量测量与仪表关注的焦点是仪表可靠性和准确度。仪表可靠性包括仪表质量可靠及可维修性，流量仪表是现场仪表，检测件与被测介质直接接触，面临恶劣的工作条件，要求仪表百分之百可靠是不现实的，也是不可能的，但发生故障的概率应该较低一些，平均无故障工作时间要长一些，发生故障时应能方便维修，维修费用不太大。提高仪表可靠性可以采取以下办法：1）提高仪表质量；2）改变结构形式，如采取不断流插入式结构，多路并联管道，加装过滤器消气器，加注润滑油等3）加强现场维护管理。为解决不同条件下各种被测介质的流量测量，至今已发展了种类繁多的流量仪表，

5、常用的封闭管道流量测量方法和仪表大致有10大类：1）差压式流量计；2）浮子流量计；3）容积式流量计；4）涡轮流量计；5）电磁流量计；6）流体振动流量计（涡街流量计、旋进漩涡流量计）；7）超声流量计；8）热式流量计；9）科式质量流量计；10）其它流量计。以上流量计所占的比例在不断发生变化，早期1）3）较多，新型流量计4）10）较少，现在，1）在大量减少，4）、5）、7）、9）等在逐年增加。尽管出现如此众多的测量技术和仪表，但在实际工作中仍然感觉有许多流量测量问题难以解决。在流量计的使用中首先遇到的问题是仪表的选型问题。流量计的选型并不是一件容易的事，它要考虑的因素很多，大致有仪表性能、流体特性、

6、安装要求、环境条件和经济因素等。理想中的流量计应该满足以下条件：1）检测件无阻碍物，不产生压力损失；2）检测件可夹装在管道外部，可移动到任何地点测量，无需截断管道与流体；3）仪表的来了计算方程简单明确，可外推至未知领域而无需实流校验；4）频率脉冲输出信号，数字式仪表，便于远传与计算机连接；5）仪表输出信号不受流体介质特性的影响；6）仪表输出信号不受流体流动特性的影响；7）仪表重复性好；8）仪表流量范围宽，线性好；9）仪表可靠性高，价格便宜，维修简单；10）无需实流校验，可以“干校”；11）检测件输出信号可以直接反反映质量流量。可以说至今并没有出现上述的理想流量计，所有现在使用的流量计都或多或少

7、具备一些上述条件，当然，流量仪表科研部门和生产厂家都在为此进行不懈努力，力求使新型仪表具备更多上述条件。2基本概念 流体在单位时间内流过管道或某横截面的数量称为流量，也称瞬时流量。分为体积流量qv和质量流量qm两种形式。 基本方程为：总量（累积流量）：21流体的主要物理性质：a)流体的密度、相对密度（比重）、比容 =m/V式中：流体密度（单位体积内物质的质量），kg/m3； m流体质量，kg； V流体体积，m3。 v1/ v比容， m3/ kg。 d=1/2 d相对密度， 密度与温度、压力、压缩系数的关系：天然气等混合气体的密度：b)流体的粘度（动力粘度、运动粘度）流体的粘性是流体分子微观作用

8、的宏观表现。随流体温度和压力的变化而变化，通常温度上升，液体的粘度下降，而气体粘度上升动力粘度：/D _动力粘度，Pas； _剪切应力，N/m2； D_剪切速率，1/s；上式是牛顿内摩擦定律的表达式，凡粘性服从上式的流体称为牛顿流体，否则为非牛顿流体，全部气体、气体混合物、多数液体是牛顿流体。非牛顿流体种类繁多，如高分子溶液、油漆、纸浆、血浆、低温下的原油等。运动粘度：/ _运动粘度，m2/s；此外还有气体等熵指数和绝热指数，导热系数等物性参数。c)管道流动的基本概念雷诺数：是一个表征流体惯性力与粘性力之比的无量纲参数： Re=vD/当规定雷诺数时，应指明一个作为依据的特征尺寸（如管道直径、孔

9、板孔径等）。如雷诺数小，粘性力占主导地位，粘性对流场影响是主要的。雷诺数很大，则惯性力是主要的，粘性对流动的影响只在附面层内获速度梯度较大的区域才是重要的。通常用流出系数或仪表系数与雷诺数的关系式表示流量计的特性。马赫数：马赫数M是一个表征流体惯性力与弹性力之比的无量纲参数，用流速与声速之比表示。M=V/c斯特劳哈尔数：Sr是具有特征尺寸L的某物体所产生的漩涡分离频率与流体流速相联系的无量纲参数。Sr=fL/v速度分布：在管道横截面上流体速度轴向矢量的分布模式称为速度分布。通常管道中心的速度最大，到管壁依次减小，管壁的速度为最小（为零），中间的过渡过程又随流体的特性有所不同，充分发展的层流的变

10、化趋势近似抛物面形状，而充分发展的湍流的变化在中间部分速度分布比较均匀，但在管壁附近速度梯度较层流大。层流时：紊流时：定常流、脉动流、临界流、混相流定常流：流场中各点处的流速、压力、密度、温度等流动参数不随时间而改变的流动。实际上在工业管道中只有层流才存在定常流，大多数工业管道为湍流状态，其流动参数在与时间无关的平均值附近随时间而有微小变化，它是“统计定常流”或“平均定常流”。脉动流：是非定常流的一种类型流动，分为周期性脉动流和随机脉动流。脉动流的成因可能有：1）原动机：发动机、压气机、泵、风机等产生；2）控制阀频繁操作产生；3）管线自激振荡产生；4）工艺管件使流动分离产生；5）其它原因。临界

11、流：流体经过某种节流件时，上游与下游的绝对压力之比等于或小于临界值的流动，这时在节流件中存在一个临界截面，它通常在喉部，在临界截面处，速度将达到音速，进一步降低下游压力，也不能使质量流量增大。连续性方程（质量守恒）：1v1A1=2v2A2伯努利方程（能量守恒）：，即：d）流量计的静态特性：是指被测量的值处于稳定状态时的输入与输出的关系。对静态特性的基本要求是：输入为零时输出也为零，输入与输出成唯一的对应关系。表征静态特性的参数有：静态变换函数、静态特性曲线、仪表系数、流出系数、流量范围（量程）、线性度、灵敏度、迟滞、稳定性、零票、重复性、准确度、压力损失等。 e）流量计的动态特性：响应时间等。

12、22流量仪表主要参数：(1).公称通径：DN25300mm(2).流量范围（量程）：最小流量，额定流量，最大流量(3).工作压力和工作温度范围：(4).基本误差（准确度）：仪表在规定流量范围内和正常工作条件下所确定的误差，表征测量值逼近测量真值的能力。示值误差与测量值之比%R，适用于容积式流量计和速度式流量计：示值误差与满量程之比%FS，适用于差压式流量计：(5).线性度：在整个流量范围内的流量特性曲线与规定直线之间的一致性。 (6).重复性：在相同条件下同一被测的量进行多次连续测量，所得结果之间的一致程度。表明测量值的分散程度。（7）.稳定性：是流量计在长时间工作下保持其测量特性的能力。(8

13、).压力损失：流经仪表后压力能源的损耗。与仪表结构有关。 (9).气体标准状态下体积流量：我国标准规定为20C，101325Pa状态时的体积流量。(10).静态特性曲线（见下图）流量计的特性曲线是在实验室的流量校验装置上用试验的方法得到的，通常要求标准装置具有下列条件：1）具有充分发展的速度分布，无漩涡，轴对称分布；2）牛顿流体；3）充满圆管的单相流体；4）定常流。 但是，现场条件往往难以满足上述流体条件，因此，其实际特性曲线很可能发生较大变化，仪表产生较大附加误差。(11).流出系数C：实际流量与理论流量之比。 C=q实/q理 CE _流量系数 E_渐进速度系数，(12).仪表系数：仪表单位

14、体积发出的脉冲数。（13）.灵敏度（灵敏限、始动流量）：仪表对测量值变化的最初反应能力。2.3仪表分类1）差压式流量计（孔板、文丘里管、喷嘴）2）容积式流量计（腰轮、刮板、旋转活塞、往复活塞、湿式、膜式）3）速度式流量计（涡轮、电磁、涡街、旋进旋涡、超声）4）其他（质量、浮子等）二、流量仪表介绍：1、膜式煤气表（原理图）工作原理：燃气流经容积一定的计量室，燃气压力推动皮膜进行往复充气排气运动，皮膜卡盘带动立轴转动，通过连杆、阀盖，最终带动计数器进行累积记数，把充气排气的循环次数转换成容积单位，反映到外部计数器上，实现流量测量。计量室结构形式：1）两膜四室；2）一膜两室；3）两膜三室。计量室膜片

15、运动形式：风箱式和翻转式。膜片几何形状：方形、长方形、圆形、椭圆形。阀盖的运动形式：往复直线运动、旋转运动、偏摆运动关键零部件：外壳、皮膜、囊室、阀座、联动装置、计数器。1. 1 膜式燃气表的安装使用及维修膜式燃气表的选型原则目前国内居民的生活用气设备逐渐增多，如燃气灶、烤箱灶、热水器、壁挂式暖浴炉及小型容积式采暖装置等。膜式燃气表的选用设置原则：安全用气、准确计量、合理收费。(1)膜式燃气表的公称流量应略高于居民燃气设备的额定耗气量，而且膜式燃气表的最小流量和最大流量应能准确地反映燃气设备的流量变化范围，确保计量准确。(2)膜式燃气表的工作压力应高于户内管道燃气的压力。国内大部分居民供气都是

16、低压供气，用气设备也大部分设计使用5kPa以下的低压燃气。但有部分采用中压进户或次中压用气的用户应当考虑膜式燃气表的工作压力范围要满足燃气供应压力的需求，以确保安全用气。否则，燃气表将有可能被高压损坏，甚至成为一个漏气点。(3)居民用户应分户安装燃气表。居住公寓和别墅的居民用户，安装壁挂式暖浴炉和小型容积式采暖炉，管线较长的或单独有锅炉间的，可单独装表，与厨房用气分开单独计量。根据计量价格的不同，应给不同计量价格的设备分别设置燃气表。1. 2 膜式燃气表的安装位置目前国内生产的膜式燃气表多采用合金钢、压铸铝合金等金属表壳。为防止日晒、雨淋对燃气表的腐蚀和老化，燃气表应当安装在遮风、避雨、防暴晒

17、、通风良好、震动少、无强磁干扰、温度变化不剧烈、便于查表、检修的地方。(1)燃气表的工作环境应符合气质的要求。(2)使用人工煤气和天然气时，工作环境温度为-10C+40C。(3)当使用液化气时，应高于其露点。(4)居民住宅内的燃气表可以安装在厨房内，当有条件时也可以安装在户门外或通风良好的封闭阳台内。居民住宅内的燃气表严禁安装在卧室、浴室、更衣室及卫生间内。(5)居民住宅内的燃气表宜明设，应方便读表、插卡、安全检查维护。(6)高锁表时，表底宜距离地面不小于14m，低锁表时，表底距离地面不得小于5cm。(7)厨房内有大量的具有较高温度并且渗和有油、盐、水汽等的气体往灶具上方升腾。这些油烟、水汽和

18、废气不仅对燃气表外壳有较大的腐蚀，而且由于气体温度较高，还会影响燃气表的准确计量。因此，燃气表应当尽量避开这些烟气对它的影响，一般安装在厨房内灶具的侧面、对面或靠窗的一面，不能安装在灶具的正上方。如果地方狭小，燃气表只能安装在灶具的侧上方，其侧边缘净尺寸不得小于30cm，表背面距墙面尺寸不小于1cm。(8)居民用户厨房装修，燃气表暗装时，应具有安全、通风及便于安装检修的条件。燃气表装在橱柜内时，橱柜的开启门应当比燃气表的长度及高度各大于20cm以上，并设有通风口。1. 3 安装方法和要求燃气表是供需双方认可的燃气计量器具，是贸易结算的依据，它应该固定地安装在一个便于管理、使用的位置上。要求燃气

19、表应当垂直于地面，不可以有明显倾斜。膜式燃气表是滑阀结构，它依靠阀盖的自重盖在阀口上，用它往复滑行(或转动)去切换燃气流向，如果燃气表倾斜就可能给阀盖与阀口之间造成漏气的缝隙，使部分燃气不能进人计量室，而直接流出表体，影响燃气表的计量准确度。国内目前采用软管连接和硬管连接两种安装方法。(1)软管连接a软管材料：可选择HCN86家用燃气表软管中规定的软管和哪T14525波纹金属软管通用技术条件中规定的软管。b连接：金属软管的连接应采用卡套连接。c居民住宅内暗设燃气支管时，燃气表的表前、表后应当采用不锈钢软管，而且应安装具有锥形管外螺纹特制的球阀。球阀与软管应采用不锈钢连接体做丝扣连接，密封材料应

20、选用丁腈橡胶垫片。d用表架将燃气表固定放好，使燃气表端正且与地面垂直，不可有明显倾斜。e软管安装时，燃气表至灶具间的软管长度不应超过2m。所有能拔开的结合部位均应当扎紧并安置铅封防护。(2)硬管连接a硬管材料：可选用目前规定的镀锌焊接钢管、不锈钢钢管及铜管等，管壁厚应当符合国标规定，严禁用薄壁管。b连接：采用螺纹连接，一般采用燃气表自带的活动表接头。c燃气表前应当安装球阀，球阀安装在表前50cm以内时，球阀与表之间不可以安装活接头。d硬管连接时，硬管应当与燃气表接头同心，不得用表接头强力对口。不可以因为安装不当，对表外壳造成太大的应力，因而使表外壳变形，甚至接头焊缝开裂漏气。e墙面安装表架，将

21、燃气表固定好，横平、竖直。但表前、表后的水平支管应当分别坡向立管和灶具，以免使用人工煤气和液化石油气时产生冷凝水进入表中影响计量准确度。(3)注意事项a连接燃气表前应先用空气介质将管线吹扫干净。将管线内的焊渣、锈蚀碎屑及其他杂物清除干净，以免进人表内影响计量准确度。b安装完毕后应该充气打压，进行密封性实验。可以采用肥皂水等可行方法查找漏点。c通气时应该先将表后阀门完全打开，再将表前阀门缓慢打开，以免高压大流量气体破坏燃气表，影响计量准确度和使用寿命。2、气体腰轮流量计（罗茨流量计）工作原理：当流量计下游开始用气时，流量计进口压力P1不变，流量计的出口压力P2下降，仪表产生压差P，P=P1-P2

22、，在燃气差压作用下，腰轮转子A和B作反方向旋转，将腰子与流量计外壳形成的密封空间的气体排到下游，周而复始，腰轮转子每旋转一周，相当于排出4倍计量室的体积，通过计数器可以得到燃气流量。关键零部件：壳体、腰轮、腰轮轴、驱动齿轮、隔板、盖、轴承、减速机构、密封、润滑、计数器等。主要特点：仪表准确度高（ 0.5、 1.0% 2.5%），仪表重复性好：永久的不需要调整的高准确度，不受介质条件变化的影响。使用寿命长（正常运行期限达15年）：转子精密加工和平衡、高强度表面处理、无磨损转动、无接触密封、自洁功能、轴承良好润滑等措施来保证。范围度宽（20：1100：1）：总的流量范围可达0.2650m3/h，有

23、些品种范围度可达278：1。始动流量极低：0.040.65 m3/h，保证小流量可靠计量。压力损失小：0.070.56kPa，转子中空材质轻便灵活，润滑的滚珠轴承，转子及壳体加工的一致程度高，间隙均匀，通用性强。工作压力宽，可覆盖高中低燃气工作压力：1.02.5MPa。仪表不受流场畸变的影响，无需直管段，占用空间较小。锂电池供电（可使用二年），现场显示瞬时流量（工况、标况）、累积流量、温度、绝对压力、电池电量、历史数据记录等。缺点：对介质脏污较敏感，上游需安装过滤器，工作时有振动与噪声，仪表一旦卡死就无法通过流体。表前需安装过滤器。压损较大。产生脉动流。典型罗茨流量计仪表参数表：公称通径DN（

24、mm）仪表规格流量范围（m3/h）始动流量（m3/h）最大压损（kPa）公称压力（MPa）介质温度（）25A0.6100.090.111.6-2555B0.8160.100.1340A1.0250.110.14B1.2400.130.1650A1.3650.150.17B1.51000.160.1880A2.41600.220.20B4.52200.400.25100A7.02800.600.30B9.04000.700.35选用考虑因素：工况（或标准状态）下的流量范围，最高工作压力和允许的压损，被测介质的特性，流量显示方式及压力补偿方法，要求的准确度：1.0、1.5级对流量计进行检定的方法，

25、安装场所空间情况。安装注意事项：流量计应安装在灰尘少，周围无腐蚀性气体，无强烈振动和远离热源处，仪表安装环境温度一般为-1540 C，仪表不得在露天场所安装。仪表安装前，（特别是安装新管路或维修后的管路时）管道应清洗或吹扫，清除一切杂物，不得带表继续焊接或吹扫管线。装表前注意检查转子转动是否灵活。仪表两端应有支撑，仪表无应力安装，减少振动影响，密封垫不能伸入管道内部，仪表应尽可能垂直安装，气体流动方向为上进下出，这样有助于仪表对脏物的自洁能力。过滤器一般为水平安装，滤网可以聚集脏物。注意仪表流动方向，一般不设置旁通管道（为方便检修及周期检定可以设置旁通管道，但应控制防止非法使用造成不计量），定

26、期清洗过滤器，初始安装检查过滤器，防止过滤器被打破，安装后应试压，防止管道漏气，仪表安装必须作到横平竖直，尽量使流量计转子的转轴与地面平行，管道与流量计同轴安装，安装后不得对流量计产生安装应力。仪表在压力波动较大，有过载冲击或脉动流时，仪表前应设置缓冲罐、膨胀室或安全阀等保护设备，一般应防止仪表超限使用，避免流量急剧变化，必须做到“有压启动”，即先缓开表前阀，再缓开表后阀，使仪表在运转时压力稳定，关闭阀门也应缓慢进行。安装后运行前及时对前后油腔加注润滑油，加油时注意观察油标视镜，油位在中线上1.5mm处，不可太多或太少。拆卸流量计时，应打开放油孔，把油腔中润滑油全部放尽。加油时注意流量计泄压，

27、发现润滑油变黑时，应及时更换新的润滑油。必要时在仪表的旁通管道上安装校验设备，对高精确度计量进行在线检定。3、气体涡轮流量计气体涡轮流量计是一种最典型的速度式气体流量计，其特点是测量精度高，流量范围宽，动态响应好，压力损失小，工作压力较高，仪表发生故障时，不影响气体正常输送，可实现流量的瞬时与累积计算。被测流体流入传感器，经过导流体冲击叶轮，由于叶轮的叶片与流体流向之间有倾角，流体冲力使叶轮产生转动力矩，克服阻力矩后叶轮开始旋转，当两力矩平衡时，叶轮便匀速旋转，在一定条件下，转速与流量成正比，因此测出叶轮转速即可得到流量值。叶轮转速的检测器有变磁阻式、磁电感应式、光电式、干簧管式等。叶轮传感器

28、结构分为：仪表分类：满管普通型、切向型、双向型、全机械型、插入型。1）轴向型（普通型）：叶轮轴中心与管道轴线重合；2）切向型：叶轮轴与管道轴线垂直，流体流向叶片平面的冲角约90，适用于小口径微流量产品；3）机械型：叶轮轴的转动直接带动计数器指示总量；4）自校正双涡轮型：由主辅双叶轮组成；5）插入型：由测量头、插入杆、插入机构、转换器等组成。轴承润滑结构：自润滑和强制润滑两种。f=KQ 仪表主要优点：准确度高 测气体一般是 1% 1.5%。重复性好 一般可达到0.050.2%。流量范围宽 40：1或20：1，仪表始动流量小。使用范围广 可用于高、中、低压力下。压力损失小 大流量下一般不超过200

29、0Pa。仪表结构 紧凑轻巧，安装方便，直管段要求不高（前2DN后1DN），仪表采用自润滑轴承和不锈钢加油轴承，保证长期可靠运行。输出信号 脉冲信号，可实现温度、压力补偿，现场数字显示或远传显示。微功耗设计，锂电池供电（可使用五年以上），现场显示瞬时流量（工况、标况）、累积流量、温度、绝对压力、电池电量、历史数据记录、远程通讯数据采集、五段或八段仪表系数非线性修正等。典型涡轮流量计仪表参数表：公称通径DN（mm）仪表规格流量范围（m3/h）始动流量（m3/h）最大压损（kPa）公称压力（MPa）介质温度（）2525A2.5250.80.61.62.54.0-305525B4401.31.15050A6651.30.650B81001.60.950C101602.42.08080A81602.40.780B132503.01.280C204005.02.2100100A 132503.30.8100B204004.21.3100C326506.72.5150150A326507.80.7150B50100010.01.0150C80160012.02.3200200A50100012.00.7200B80160016.00.9200C130250020.01.7250250A80160020.00.6250B130250022.01.0250C2