摘要：介紹了尿素流量計(jì)主要的優(yōu)點(diǎn)和不足；工程設(shè)計(jì)中需要考慮的主要因素，主要是從被測(cè)介質(zhì)的電導(dǎo)率，被測(cè)介質(zhì)的溫度，當(dāng)被測(cè)液體為酸、堿、鹽等高腐蝕性介質(zhì)時(shí)的情況，當(dāng)被測(cè)液體為臟污流 (兩相，漿液等) 介質(zhì)時(shí)的情況，工藝介質(zhì)的流速，大口徑時(shí)尿素流量計(jì)的選擇，工藝管道材質(zhì)，安裝儀表的工藝管道段的敷設(shè)位置等方面進(jìn)行考慮；并介紹了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)該如何接地；*后列舉了二個(gè)選型應(yīng)用實(shí)例。
尿素流量計(jì)的工作原理是根據(jù)法拉*的電磁感應(yīng)定律，它由流量傳感器和轉(zhuǎn)換器兩部分組成。廣泛應(yīng)用于測(cè)量能導(dǎo)電液體或液固兩相介質(zhì)的體積流量，也大量用于各種酸、堿、鹽等高腐蝕性、易結(jié)晶的溶液的流量，當(dāng)然也可用于純水、污水等相對(duì)簡(jiǎn)單的導(dǎo)電介質(zhì)的流量，是一種應(yīng)用非常廣泛的流量測(cè)量?jī)x表。
1、尿素流量計(jì)的優(yōu)點(diǎn)
(1) 傳感器沒(méi)有阻礙流體流動(dòng)的節(jié)流件，不會(huì)堵塞，非常適合用在含有固體顆粒、結(jié)晶物、泥漿或污水等的測(cè)量。
(2) 沒(méi)有附加壓力損失，對(duì)于管道壓力不高或不允許降低管道壓力降的情況非常適用，在大口徑測(cè)量中節(jié)約泵的能耗更加明顯。
(3) 僅測(cè)量管襯里和電極與被測(cè)介質(zhì)接觸，易選用相應(yīng)材料測(cè)量腐蝕性及磨蝕性介質(zhì)。用于各種酸、堿、鹽等高腐蝕性、易結(jié)晶的溶液的流量測(cè)量有很大的優(yōu)勢(shì)。
(4) 是一種真實(shí)的體積流量測(cè)量?jī)x表，儀表系數(shù)不受流體組分及物性參數(shù)(密度、粘度)、工作狀態(tài)(壓力、溫度)及電導(dǎo)率變化(只要在閾值以上)等的影響，它可在一種典型介質(zhì)(一般為水)下校準(zhǔn)，而用于其他介質(zhì)(液體)時(shí)無(wú)需附加修正。
(5) 測(cè)量范圍大，量程比一般大于10∶1，*高可達(dá)100∶1。流速范圍一般為1～6m/s，也可擴(kuò)展到0.5～10m/s。
(6) 儀表口徑系列齊全，可從幾毫米到幾米(目前已有3m產(chǎn)品)。對(duì)于大口徑還可采用探頭型(或叫插入式)。
(7) 安裝方便，可水平、垂直或傾斜任意角度安裝，對(duì)上游側(cè)直管段長(zhǎng)度要求較低(一般從電極中心至上游側(cè)阻流件距離只要5倍管徑)，下游側(cè)只要3倍管徑。
2、尿素流量計(jì)的不足
(1) 不能用于低導(dǎo)電率液體，如石油制品、有機(jī)溶劑等，亦不能測(cè)量氣體、蒸汽以及含有較多鐵磁性介質(zhì)或大量氣泡的液體。
(2) 由于內(nèi)襯材料和電絕緣材料的溫度限制，不能用于較高溫度工況；如未采取特殊處理，因測(cè)量管外結(jié)霜，也不能用于低溫介質(zhì)測(cè)量。
3、工程設(shè)計(jì)中需要考慮的主要因素
3.1 被測(cè)介質(zhì)電導(dǎo)率
尿素流量計(jì)測(cè)量的流體必須是導(dǎo)電的，一般只要電導(dǎo)率超過(guò)閾值，即使變化也不影響測(cè)量值，但低于閾值將會(huì)增大測(cè)量誤差；通常要求液體電導(dǎo)率不小于5μS/cm，去離子水電導(dǎo)率不小于20μS/cm。
3.2 被測(cè)介質(zhì)溫度
尿素流量計(jì)一般只能用于工藝介質(zhì)溫度不高于180℃的場(chǎng)合。選型時(shí)，要根據(jù)被測(cè)工藝介質(zhì)的溫度范圍，選擇測(cè)量管內(nèi)襯材料及傳感器線(xiàn)圈的漆包線(xiàn)的耐溫等級(jí)。常用測(cè)量管襯里材料有聚四氟乙烯(PTFE)，適用溫度范圍-40～+180℃；氯丁橡膠(Neoprene)，適用溫度＜65℃；聚氨酯橡膠(Polyurethane)，適用溫度＜65℃；
3.3 當(dāng)被測(cè)液體為酸、堿、鹽等高腐蝕性介質(zhì)時(shí)因?yàn)?strong>尿素流量計(jì)僅測(cè)量管襯里和電極與被測(cè)介質(zhì)接觸，所以只要選好這兩者的材質(zhì)即可。耐酸、堿等強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)的襯里常選用聚四氟乙烯(PTFE)，耐磨損類(lèi)如礦漿、結(jié)晶類(lèi)介質(zhì)的襯里可選用聚氨酯橡膠(Polyurethane)。對(duì)于電極材質(zhì)的選擇，一般可查有關(guān)防腐蝕手冊(cè)，對(duì)于混酸等成份復(fù)雜的介質(zhì)，應(yīng)做掛片試驗(yàn)。
3.4 當(dāng)被測(cè)液體為臟污流(兩相，漿液等)介質(zhì)時(shí)
(1)當(dāng)介質(zhì)含有固體顆粒時(shí)，水平安裝易使下半部?jī)?nèi)襯及電極磨損嚴(yán)重，這時(shí)選用垂直安裝較好；襯里要選用高耐磨性材料，如陶瓷或聚氨酯橡膠；電極則采取一些結(jié)構(gòu)措施以防磨損漏液。
(2)測(cè)量會(huì)在管壁附著和沉淀的物質(zhì)的流體時(shí)，應(yīng)注意電極的污染。可選用刮刀式、可更換式。管壁的附著則可用提高流速以起到自清洗作用，或采取比較方便易清洗管道的連接方法。
(3)含有非磁性顆粒或纖維的固液兩相流時(shí)，如漿液擦過(guò)電極表面會(huì)產(chǎn)生尖峰噪聲，使信號(hào)不穩(wěn)，可選用市電交流激磁或雙頻激磁儀表。
3.5 工藝介質(zhì)的流速
儀表口徑是根據(jù)管道內(nèi)平均流速而定的，通常選用與管道相同的口徑或略小些。一般工業(yè)輸水管道經(jīng)濟(jì)流速為1.5～3m/s，易粘附沉積結(jié)垢物質(zhì)則提高到3～4m/s或更高，礦漿等磨蝕性強(qiáng)的為2～3m/s。尿素流量計(jì)的液體流速范圍可在1～10m/s之間選用。原理上，上限流速并沒(méi)有限制，滿(mǎn)度流量的流速下限一般為1m/s，有些產(chǎn)品為0.5m/s，低于此流速，從測(cè)量準(zhǔn)確度出發(fā)應(yīng)改用小管徑，以異徑管連接到管道。但加裝異徑管要注意壓力損失的問(wèn)題。圖1為流量計(jì)口徑、流速與流量關(guān)系的曲線(xiàn)圖，計(jì)算儀表口徑時(shí)可參照。

3.6 大口徑時(shí)尿素流量計(jì)的選擇
尿素流量計(jì)按安裝形式可分為管道式和探頭式。一般優(yōu)先選用管道式尿素流量計(jì)；當(dāng)工藝管徑較大且考慮設(shè)備費(fèi)用時(shí)，或安裝時(shí)不允許管道停流的情況下，可選用探頭式尿素流量計(jì)(精度可達(dá)0.5級(jí))。
(1) 探頭式可裝配球閥，可在管道不停流情況下拆、裝，利于儀表的在線(xiàn)安裝和維護(hù)。
(2) 探頭插入深度只需很短，對(duì)管道阻力小。一般在直管段足夠長(zhǎng)時(shí)，采用平均流速點(diǎn)測(cè)量法，這種方法的測(cè)量精度基本不受雷諾系數(shù)變化的影響，探頭的插入深度僅為R=0.121D；當(dāng)直管段較短時(shí)，一般采用中心流速點(diǎn)測(cè)量法，插入深度R=0.5D(其中D為管道直徑)。
3.7 工藝管道材質(zhì)
若連接儀表的管道是(相對(duì)于被測(cè)介質(zhì))金屬導(dǎo)電性的，不需要接電環(huán)，若是絕緣性的，則要用接地環(huán)，可用普通型，它的材質(zhì)應(yīng)與被測(cè)介質(zhì)的腐蝕性相適應(yīng)。若被測(cè)介質(zhì)是磨損性的，則宜選用帶頸接地環(huán)，以保護(hù)進(jìn)、出口端的襯里，延長(zhǎng)使用壽命。
3.8 安裝儀表的工藝管道段的敷設(shè)位置
尿素流量計(jì)的安裝形式可分為三種：一體型、分離型和潛水分離型(IP68)。一般情況選用一體型，它將流量計(jì)的傳感部分和轉(zhuǎn)換部分(表頭)裝于一體，便于安裝使用；當(dāng)管道敷設(shè)的位置較高不便觀察或安裝在環(huán)境差的場(chǎng)合，可采用分離型，分離長(zhǎng)度一般不超過(guò)30m；當(dāng)傳感器需要安裝在井下、水下的被測(cè)現(xiàn)場(chǎng)管道上時(shí)，需要選用潛水分離型。
4、接 地
為了使尿素流量計(jì)不受外界寄生電勢(shì)的干擾，傳感器應(yīng)有良好的單獨(dú)接地線(xiàn)，接地電阻＜10Ω。接地方法要根據(jù)廠家的資料或技術(shù)人員指導(dǎo)認(rèn)真執(zhí)行，常規(guī)的接法是：
(1) 當(dāng)尿素流量計(jì)安裝在已接地的金屬管道上，通過(guò)尿素流量計(jì)變送器上的接地端子實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)電勢(shì)平衡，即通過(guò)截面積不小于6mm2的銅芯電線(xiàn)連接至接地端子上。
(2) 當(dāng)尿素流量計(jì)安裝在未接地的金屬管道上，2個(gè)法蘭均通過(guò)截面積不小于6mm2的銅芯電線(xiàn)與管道法蘭相連接，并接地；將變送器或傳感器接線(xiàn)盒連接至接地端子上，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)電勢(shì)平衡。
(3) 當(dāng)尿素流量計(jì)安裝在塑料管道或帶絕緣內(nèi)襯的管道上，通過(guò)附加接地環(huán)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)電勢(shì)平衡，接地環(huán)通過(guò)截面積不小于6mm2的銅芯電線(xiàn)連接至接地端子上。
5、應(yīng)用實(shí)例
5.1 管道式尿素流量計(jì)在93%濃硫酸中的應(yīng)用
工況條件如表1所示。

選型情況：*先，根據(jù)管線(xiàn)尺寸、操作流量和操作密度值，可算出操作情況下的流速為：0.53m/s。這個(gè)值比較小，至少要縮徑至流速值為1m/s以上，試選用DN65的流量計(jì)，可算出流速為：1.26m/s，這個(gè)值合適，故通徑縮二檔選用DN65檔。由于管徑不大，管道敷設(shè)位置也不特殊，故選用一體型管道式尿素流量計(jì)。根據(jù)介質(zhì)的腐蝕性和操作溫度，可選擇電極材質(zhì)為哈氏合金B(yǎng)，襯里材質(zhì)為PTFE。
5.2 探頭式尿素流量計(jì)在高含鹽廢水中的應(yīng)用
工況條件如表2所示

選型情況：根據(jù)管線(xiàn)尺寸、操作流量和操作密度值，可算出操作情況下的*小流速為：0.56m/s，*大流速為：1.32m/s。由于*小流速運(yùn)行的情況很少，這個(gè)流速范圍基本能滿(mǎn)足尿素流量計(jì)的測(cè)量范圍要求。由于管徑較大，考慮到費(fèi)用問(wèn)題，選用探頭式尿素流量計(jì)。由于流量計(jì)要安裝在室外儀表井內(nèi)管道上，故選用潛水分離型(IP68)尿素流量計(jì)，專(zhuān)用連接電纜10m，變送器安裝在地面1.4m高的2'管上。根據(jù)介質(zhì)的腐蝕性和操作溫度，可選擇儀表本體材質(zhì)為304SS，電極材質(zhì)為316LSS，襯里材質(zhì)為PTFE。
6、結(jié) 論
尿素流量計(jì)因其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，在石化行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。設(shè)計(jì)選型時(shí)需要考慮的因素，除了上面介紹的主要因素，還有儀表的防爆等級(jí)、防護(hù)等級(jí)，工藝連接法蘭標(biāo)準(zhǔn)、壓力等級(jí)、供電電壓、儀表精度等。另外，做好現(xiàn)場(chǎng)安裝和現(xiàn)場(chǎng)接地也是提高尿素流量計(jì)準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性的重要因素。

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