流量计量表的选用及安装

气液两相流的流量测量

液体及其蒸气或组分不同的气体及液体-起流动的现象称为气液两相流。前者称为单组分气液两相流，后者称为多组分气液两相流入气液两相流在动力、化工、石油及冶金等工业设备中是常见的，在流动时气相和液相间存在流速差，在测量流量时应考虑此相对速度。

制造商通常声称含有百分之几体积比游离气体的液体对流攀示值影响不大，但其影响值无具体数据^然而有关文献提供的信息表明，液体中含有游离气体对流量示值的影响，不同设计的仪表差异很大，流体的压力、流速、粘度和气体在液体中的分布状态等不同，带来的影响也不一样6因此，zui好在流量计上游加装消气器。

当液体中含有少量气体时，气体在液体中的分布呈微小气泡状，可用电磁流量计进行测量，只是所测得的为气泡混合物的体积流量。当液体中所含气体数量增加后，气泡的几何尺寸逐渐增大，进而向弹状结构过渡。当气泡的尺寸等于或大于流量计电极端面尺寸并从电极处掠过时，电极就有可能被气体盖住，使电路瞬时断开，出现输出晃动现象。

高饱和蒸气压液体的流量测量

下面以液氨为例，讨论乙烯、丙烯及氯乙烯等易蒸发、高饱和蒸气压液体的流量测量。

液氨流量测量同水流量测量、油流量测量有以下两个重大时差别：①液氨时饱和蒸气压高，在标准大气压条件下，其沸点为-33.41，因此必须在压力条件下输送和储存；②在这种流体的流量测量中容易因仪表的压力损失而在流量计的出口处产生气穴和伴随而来的气蚀现象，引起流量计示值偏高和流量一次装置受损。液态乙烯、丙烯等流量测量中遇到的情况也相同。这里分析的液氨流量测量中遇到的问题及其处理方法，对其他饱和蒸气压较高的液体的流量测量也有参考价值。

1.液氨流量测量的特点

1) 储存在储槽中的液氨的气液分界面一般处于气液平衡状态。图4-46所示为氨厂人库液氨流量测量的典型流程：来自氨冷凝器的合成气、气态氨和液态氨混合物在氨分离器中进行分离，液态氨经流量计和液位调节阀送至低压氨中间槽。显然，图中氨分离器和中间槽的气液分界面处，气液两相均处于平衡状态。

液氨的流量测量中应尽量避免出现两相流。然而接近气液平衡状态的液态氨，在流过流量计时，如果压力损失较大，则很容易引起部分气化,影响测量精确度

2) 流体密度的温度系数较大。从液氨的p=/(i)函数表可知，在常温条件下，液氨温度每变化1℃，其密度变化0.2%以上。因此，液氨计量必须进行温度补偿

3) 精确度要求高。原化工部有关文件要求，液氨计量应达到1级精确度。如果不采取有效措施，是很难达到这个要求的0

4) 流体易燃易爆。仪表选型时应选用防爆型仪表，仪表安装、使用和维修中，都应遵守防爆规程。

5)被测介质有腐蚀性。氨对铜等材料有强烈的腐蚀作用，因此’仪表与被测，质直接接触的部分应该能够耐受氨的腐蚀，仪表的电子电路部分应有1P67及以上的防护能力，以防周围环境中腐蚀性气体对电子学部分的腐蚀。

2.气穴和气蚀及防止流体气化问题 ,

在液体流动的管路中，如果某一区域的压力降低到液体饱和蒸气压之下’那么在这个区域内液体将会产生气泡，这种气泡聚集在低压区域附近，就会形成气穴，发生气八现象在装有翻管道顏验装社，.能贿到气穴肺在，它賴为在管舶—个鉢不变的区域出现个气。

在水流管路中，这种气泡所包含的主要是水蒸气，但是由于水中溶解有一定量的气体，所以气泡中还夹带有少量从水中析出的气体。这种气泡随着水流到达压强高的区域时’气泡中的蒸气会重新凝结为液体，此时气泡会变形破裂，.四周液体流向气泡中心，发生剧烈的撞击，g力急剧增髙，其值可达几百个大气压，不断破裂的气泡会使流道壁面的材料受到不断的冲击，从而使材料受到侵蚀。如果管路上装有流量计，则气蚀现象将引起测量误差增大’并能损坏—次装置。气泡从形成、增长、破裂以及造成材料侵蚀的整个过程就称为气蚀

气蚀现象与热力学中的沸腾现象有所不同，两者虽然都有气泡产生，但.疋飞蚀的起因是

由于压强降低，而沸腾则是由于温度升高液氨同其他饱和蒸气压较高的流体一样，在流量测量中，流量计的一次装置内或出极易出现气穴现象。

处于气液平衡状态的流体，在温度升高或压力降低时，必然有部分液体发生相父。例如液氨在10X；条件下，平衡压力为o.5951MPa。如果将压力降低一些（例如将氨中间槽中的气态氨排掉一些），则必然引起一定数量的液氨气化，升腾到气相中。由于这一蒸发过程是从液相中吸取气化热，所1气化现象发生的目时，液相温度下降’-直降低到与槽中新的H力相对应的平衡温度。同样，如果为槽中的气相提供一定的冷量，则有一部分气态氨变成液态氨，槽中气相压力相应下降。

处于气液平衡状态的氨，在输送过择中，如果温度不变而将其压力升咼（例如用水加压），寧者压力不变而将其温度降低（例如用冷却器将液氨冷却），则液氨进人过冷状态。.处于过冷状态的液氨，如果压力降低一些，只要不低于与当时液氨温度相对应的平衡压力，液氨就不会出现气化现象。

液氨储槽或中间槽，总有一定，的高度，在稳态情况下，处于气液平衡状态的液氨，仅仅是气液两相分界面处的那一部分，如果槽中无冷却管之类的附件，槽中液体的温度可看作是均匀一致的。因此，分界面以下液位深处的液氨，由于液柱的作用使静压升高，所以进人过冷状态。离分界面越远，液氨的过冷深度越深。

3.流量计的选用及安装

为了避免在液氨流量测量时出现气化现象，选用下面的设计和安装方法将是有效的。

1) 选用压力损失较小的仪表。例如有一液氨流量测量对象的zui大流量为40m3/h,选用涡街流量计时的zui大压力损失0.02MPa,比选用涡轮流量计的压力损失小；而且，涡街流量计完全没有可动部件，液氨对旋涡发生体也无磨损，因此，可以说其寿命是无限的。

2) 合理选择安装位置。流量传感器的安装位置应选择在槽的底部出口管道上。在保证直管段的前提下，与槽的出口处应尽量近些。这样，液氨在输送过程中，可减少经输送管道从大气中吸收的热量。同时，安装位置应尽量低些，这样可提高过冷深度。

3) 将调节阀安装在流量计的后面，氨中间槽与氨分离器之间有较大的差压，此差压绝大部分降落在调节阀上s液氨流过此阀时，压力突然降低，有一定数量的液体气化，从而出现气液两相流，为了避免流过流量计的流体中存在气液两相流，调节阀必须装在流量计的下游。如果氨分离器的液相出口配有切断阀，则正常测量时必须将切断阀开到zui大开度。在现场曾经发生过切断阀逐渐关小的同时，流量计示值不仅不下降反而大幅度升高的情况，就是因为切断阀关小时，液氨迅速气化，体积膨胀数十倍到数百倍，从而使输出与体积流量成正比的速度式流量计的输出突然升高，出现短时间的虚假指示。

4) 提高过冷深度。横河电机公司提出了该公司生产的YF100型涡街流量计的压力损失和不发生气穴现象的管道压力的计算公式，即或式中，卸为压力损失，单位MPa;p为液体的密度，单位kg/m3; 为流速，单位m/sp为zui低管道压力（绝对压力），单位MPa;凡为流体的饱和蒸气压（绝对压力），单位MPa。如果能满足式（4-44)的要求，那么肯定不能产生气穴，但是在使用现场往往满足不了这一要求,幸运的是该公式的第二项提供了解决问题的另一个方法，即降低液体的饱和蒸气压：队ft面的分析可知，对于T种确定的液体，其饱和蒸气压是其温度的函数，温度越趑低。液氨在进人流量计前，经适度冷却，使温度降低，从而使凡降低，这样，尽管K量:-进口压力不变，也能收到不产生气穴的效果。

在氨厂液氨冷却后进入流量计不是一件难事，只要将流量计前一定长度的管道改为夹套管，并引人少量的液氨，经节流膨胀、气化后的氨温度降低，为管中的液氨提供冷量，放出?令量气化后的氨进回收系统：流程示意图如图4-47所示。

大口径管路液体的流量测量

1. 大口径管路液体流量测量的特点

1) 管路口径大，要求压损越小越好。般不允许用局部缩径的方法提高流速。

2) 流速一般都不高新设计安装的管路,.:一般均选择经济流速。因为流速太低，势必增加管路的投资，流速太高，会造成动力损耗大幅度增加，导致运行成本上升，都是不经济的g但有些老管路，由于增产的需要而提高了流速。

3) 由于流速较低，流体中的污垢、淤泥等极易在管道内壁沉积。进行系统设计时应考虑仪表与流体接触部分的清洗。

4) 测量范围度要求大。有些水管夜间和日间、冬季和夏季流量相差悬殊，多达10~20倍；有些空调用水，到一定季节干脆就停用，因此，安装在这些水管中的流量计，就要求范围度特别大。

5) 防护等级要求高。大口径管路大多埋地敷设，为的是节省空间，在北方，也是防冻的需要Q因此流量传感器大多被安装在仪表井内的管段上。由于雨水、井壁渗透和管路外漏等原因常常引起井内水位上升而淹没流量传感器，所以设计时就应估计到这种情况，选用防持续浸水影响的流量传感器。

2. 流量计的选用和安装

根据大口径管路液体流量测量的特点，经常采用插人式流量计。插入式仪表有点流速计型和径流速计型。其中插人式涡街、涡轮、电磁流量传感器以及皮托管等属点流速计型。差压式均速管流釐传感器、热式均速管流量传感器等属径流速计型。

插入式流量计的原理虽多种多样，但其结构却大同小异。

1).点流速计型传感器由测量头、插入杆、插入机构、转换器和仪表表体五部分组成