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插入式热式气体质量流量计在环保中应用
发布时间:2021-10-8 08:38:15

摘要:从插入式热式质量流最计的测量原理、流量计算.应用特点等方面来说明其在环保和空调行业中的可用性,并着重介绍了热式质量流量计如何选择测量点和直管段,以及在方形管道流量测量中的应用。
1前言
  随着环境保护意识的加强,对生活、工业上废水、废气排放的检测和控制也越来越重视。对于废液的监控,可以采用电磁流量计;但是由于环保废气的多粉尘、混合组分及要求低压损、防爆、防腐蚀的特点,监控仪表相对难选。一般的流量仪表有压损,要求气体介质相对纯净,如果采用高级仪表,价格偏高,所以,在精度要求不是很高的场合,1可以采用热式气体质量流量计。
2插入式热式流量计测量原理及流量计算
  热式质量流量计是利用传热原理,即流动中的流体与热源(流体中加热的物质或测量管外加热体)之间热量交换关系来测量流量的仪表,目前主要用于测量气体。热式流量仪表用得最多有两类,一是利用流动流体传递热量改变测量管壁温度分布的热传导分布效应的热分布式流量计,曾称量热式TMF;另外--类是利用热消散(冷却)效应的金氏定律TMF又由于结构上检测元件伸入测量管内,也称插入型或侵入型。插入型的工作原理及流量计算如下:
  如图所示,插入式热式气体质量流量计由两个电阻温度计组成传感器,一个测温探头,感受流体温度T2另一个电阻温度计由电路加热到温度T1用来测量流体带走的热量变化,亦称测速探头。T1高于T2。并保持△T恒定,即△T=T1-T2。当流体流经传感器时,由于测速探头的自身温度T1高于测温探头感受的温度即流体温度T2,流体便带走了测速探头上的一部分热量(高温向低温传递),使T1下降。电路为保持△T恒定,便增加对测速探头的加热功率,使△T=T1-T2恒定。流体带走测速探头.上多少热量,电路便增加相应数量的电功率,两者之间存在着一个函数关系"。设对测速探头的加热功率为P1,流体的质量流量为Q,则根据流体流过测速探头时所带走的热量与对测速探头的加热功率相对应的原理,得到下列关系式:
 
式(1)中,PocQ
  因此,可以通过测量加热功率P,来测量带走这部分热量的流体的质量流量。由于带走着部分热量的是流体的分子,所以,测速探头直接测量的是流体的质量流速pv,此时,只要乘上管道的横截面积,就可以得到流体的质量流量了。由于气体流过探头时带走热量和气体的质量流量成比例关系,也和探头间温差有关,流量越大,两探头之间温差越小,气体质量流量与温差之间的联系通过质量流速ρv建立"。
 
式中:Qm-质量流量,kg/s;
Kv-测量头仪表系数;
a-速度分布系数;
B一阻塞系数;
x-干扰系数;
A-仪表表体(测量管道)的内橫截面积,m²
ρv一质量流速,kg/(m²·S)。
  基于_上述原理,对于大管径的流量测量来说,虽无相应的大管径标定装置来对流量计进行标定,但只要在标准口径的标定装置.上测定相应的质量流速,也就可方便地测量出大管径中流体的质量流量了。
认识气体质量流量计测量原理图示 
  由于两个传感器都是用性能稳定的金属铂材料通过特殊工艺密封在316L不锈钢管或抗酸、碱腐蚀的K2760哈氏合金或铂套管中制成,因此极为坚固,并不会污染被测流体或受被测流体污染,且其抗腐蚀性能相当好。
3热式质量流量计的应用特点
  当前TMF大部分用于测量气体,只有少量用于测量微小液体流量。热式质量流量计具有性能可靠、无可动部件、安装方便,压损小、量程比宽(可达1000:1)、灵敏度高等特点2,特别适用于大管径、低流速,非圆截面管道、现场空间狭窄处测量等特殊工况,在环境保护和过程工业的应用发展迅速,例如:污水处理过程中发生的气体,燃料电池工厂各种气体的流量测量及煤粉燃烧过程粉/气配比控制等。
  与常用的孔板流量计涡街流量计和差压式均速管、文丘里流量计相比较,热式气体质量流量计有如下特点:
(1)直接测量流体的质量流量或标准状态下的体积流量,不需要进行温度压力补偿;.
(2)一次元件结构简单,采用不锈钢或特种合金外壳覆盖,不怕脏污或腐蚀,不存在堵塞问题,且表面脏污极易清除。带不断流装拆装置,可实现不停气装拆,清洗维修,简便易行;
(3)量程比特大,可达1000:1,可测流速范围0.1m/s~60m/s,完全覆盖-般工业废气及煤气厂输出总管中的流速范围。因而只需在总管上装一台插入式热式气体质量流量计,就可满足计量要求。大大地节省了投资,简化了系统结构,方便了管理,提高了系统工作的可靠性;
(4)仪表精确度高(+10%FS),性能稳定(重复性士0.25%FS),几无压力损失,对管道振动不敏感。
此外,热式气体质量流量计灵敏度高,尤其适合于大管径、低流速的流量测量。且在大管径中使用,其性能价格比更显优势;防爆、防护、抗腐蚀设计,又使它能适应恶劣工况,危险场合。
  热式气体质量流量计作为一种插入式流量计,由.上述插入式流量计的测量公式可见该流量计同样方便适用于方形管道的气体流量测量。环保管道一般用圆形,而空调的管道很多地方为方形。孔板等很多仪表没有测量方形管道的数据,若使用插入式热式气体质量流量计,不论圆形或是方形管道均可通过计算获得,这也解决了低压方形通风管道的流量测量问题。
4测点位置的选择
  正确选择测点位置是减少测量误差的重要条件,测点位置选择不当,会增加流量计的测量误差,对于热式气体质量流量计,按相关资料小结,其测点位置的选择应满足如下要求:
(1) 尽可能保证测点前后直观段的长度,一般要求前≥20D(D为被测管道内径),后≥10D。管道内的流场分布,只与管道系统有关,因此,测点前后均应避开“扰动源”
(2)测点附近无“二次流”,以避免扰乱流场,测点附近应绝对避免有“回流”情况,如有,可移位安装或安装“止回阀”如安装止回阀,应确保测点后直管段长度210D。
(3)测点附近应避免被测气体组分(尤其是含水、含油、含尘量)的起伏变化,尽可能选择具有“稳定流”的测量点。
(4)测点附近被测气体的流速应控制在<60m/s.的范围内。10m/s~30m/s为经济流速,推荐使用。易燃易爆气体应控制在安全流速范围内。
5测点前后直管段与测量精度
  环保废气管道管径大,很多都无法保证直管段的要求,那么,测量精度会因为直管段的减小而降低。如仪表厂的样本注明热式质量流量计可达到土1%的精度,直管段是前/后为20D/10D,如果现场条件不允许,无法选到满足要求的测点时,精度会降低。亚洲必赢手机登陆建议其工程处理可以采用在允许误差范围内适当减少直管段的方案,参考标准孔板直管段减少与误差增加的原则来估算。
  热式气体质量流量计的直管段对误差的影响没有权威的数据,而标准孔板、喷嘴、文丘里等有数据。根据中华人民共和国化工行业标准自控安装图册HG/T21581-2010的资料整理成表,供大家参考。环保I程目前因为难测量,仪表价格贵,n很多地方没有测量,故亚洲必赢手机登陆认为适当增加误差(保证系统误差在±1.5%~±2%之内),选用性价比高的热式质量流量计还是可取的。
 
  当然亚洲必赢手机登陆希望有关方面能做一个测试数据,以使用户更放心,亦可在很多行业推广应用。
6用户订货时要注意的问题
  如果热式气体质量流量计的有关样本比较简单,用户在选用时还要向制造厂了解清楚下列问题:
(1)传感器中探头的插入深度与气体管道的管径有关,制造厂有什么建议长度(注:一般大管道要插入到1/4管径处,即平均流速点;小管道要插入到管中心)。
(2)传感器的探头插入深度是否可调整,用户现场如何调整。
(3)由于插入式气体质量流量计探头的保护套用材较少,对强腐蚀介质可选用高级耐腐蚀金属材料,比起其它流量计价格升高较少,以更好地发挥插入式气体质量流量的应用优势。

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