流量仪表测量办法和应用大致有以下七个范畴:
1.过程控制工程
流量仪表是过程控制工程的主要检测仪表之一,它被普遍应用于冶金、电力、煤炭、化工、石油、交通、建筑、轻纺、食品、医药、农业、环保及人民日常生活等国民经济的各个范畴,它是开展工农业消费,节约能源,改良产质量量,进步经济效益和管理程度的重要工具,在国民经济中占有重要的位置。
在过程自动化仪表和安装中,流量仪表有两大功用:作为过程自动化控制系统的检测仪表和丈量物料数量的总量表。
据统计,流量仪表的产值约占全部过程自动化仪表与安装的五分之一。
2.能源计量
能源分为一次能源(煤炭、原油、瓦斯气、石油气、自然气),二次能源(电力、焦炭、煤气、废品油、液化石油气、蒸汽)及载能工质(紧缩空气、氧、氮、氢、水等)。2007年公布的《中华人民共和国节约能源法》阐明我国的能源政策开发与节约并举,把节约放在首位的能源开展战略,节约能源是指增强用能管理,采取技术上可行,经济上合理及环境和社会能够接受的措施,从能源消费到消费的各个环节,降低耗费,减少损失和污染物排放,遏止糜费,有效合理天时用能源。由上述可见,必需在能源消费到消费的各个环节,设置能源计量仪表,控制其数量才干施行有效管理。2006年公布国度规范GB17167-2006《用能单位能源计量用具装备和管理通则》,规范从引荐性修正为强迫性,能源计量用具装备除工业企业外,推行为全民性,对计量用具提出精确度的强迫性请求。规范中能源指电力、煤炭、原油、废品油、重油、煤气、自然气、蒸汽、热水、水等,从能源耗费限定值看,城市人民生活用能源亦大局部包括在内。
现分别对几种主要能源的流量计量状况简介如下:
①水
“水是世界的命脉”是第七届世界水大会的主题。
我国是水资源严重缺乏的国度,经济高速开展,水危机的阴影已覆盖在我国上空,上述节约能源法指出对付水危机的基本战略。首先来看一看我国的水资源环境现状:我国水资源人均为世界人均的22.3%;地域散布不均,南方占81%,北方占19%;年际及年内散布不均,夏半年约占75%,冬半年占25%;黄、淮、海流域面积占全国面积13.4%,耕地占39%,人口占35%,GDP占32%,水资源仅占7.7%,人均约500m3/人,是最缺水的地域。国民经济的高速开展,水污染日益严重,全国约75%以上的湖泊水域、53%近岸海域遭到显著污染,118座大城市浅层公开水中97.5%遭到污染,水的危机严重影响到国民经济的可持续开展,因而必需采取坚决有力的措施,才干改变这个不利场面。采取的措施大致有以下几项:
a.节水:节水的政策为“节水优先,治污为本,多渠道开源”,树立节水型社会是独一出路;
b.治污:控制污染的办法,末端管理——排几,处置几;源头管理——清洁消费,减少污染物的生成;
c.污水再生回用:城市污水回用于农田灌溉,把珍贵的水资源更多用于城市;
d.缺水地域多渠道开源:海水应用:加大海水淡化科研战略,雨洪水应用。调水:目前正在施行南水北调,科学分配水资源等。在任何节水治污中对水的数量控制精确是不可或缺的,流量计量在一切环节都是必需的。
②煤气、自然气
煤气是人工燃气,自然气是非人工燃气,我国城市燃气正在阅历从煤制气到自然气的气源转换过程,今后城市燃气将以自然气为主要燃料。
煤气在冶金工业有高炉煤气、焦炉煤气和转炉煤气,是钢铁结合企业的重要二次能源,以前由于流量计量难度大,无法精确计量,无法有效回收应用,只好排空,以至到达30%排空量,不但糜费能源,还严重污染环境。近年新型流量计——测管式流量计的投用,可使有些钢厂到达煤气全回收,零排量,是一项值得鼎力推行的新能源。
21世纪是自然气的世纪,自然气是优质的燃料和化工原料。作为燃料,它熄灭完整,单位发热量大,熄灭后产物关于环境影响小;作为化工原料,它干净、质优、本钱低,可用它消费多种精密化工产品和高附加值产品,自然气的以上特性是它深受用户喜爱的缘由。
19世纪煤阅历100年超越柴薪为第一能源,20世纪石油阅历60年超越煤,自然气将用40年在2020年超越石油成为第一能源。自然气的持续稳定开展可维持50年以上。我国是自然气储量丰厚的国度,在世界处于前列。但自然气开展严重滞后,21世纪初在能源百分比中只占2%(约200亿m3),而欧美普通为30%~40%,相比差距极大,近年国度重点超高速开展,西气东输一、二、三期与境外(中亚、俄罗斯)自然气工程建立力度绝后。国内自然气年耗费量连翻番,目前已达800亿m3/年,占比亦达4%左右,2020年希冀能达10%。
自然气是深埋于公开,经过气井开采出来的烃类和少量非烃类混合气体的总称。必需经集气、气液分流、单井计量、脱硫、脱水、回收轻烃、收缩、制冷、换热、吸附和精馏、外输计量等工艺加工处置过程后,才干保证气体混合物的露点、水含量、热值含量,CO2和H2S的最大允许浓度等技术规则,成为自然气商品销售给自然气管道公司,管道公司作为储运部门将自然气保送到各城市,有城市自然气公司经城市管网销售给用户。整个自然气保送,加工处置,储运销售,综合应用需求众多的过程检测控制仪表,其中流量仪表占领特殊重要的位置。以下我们仅举些实例来阐明流量计量在自然气工业中的重要性。
在自然气气井开采中丈量酸气(WetGas)(凝析自然气)是近年国际上的热点课题,丈量凝析自然气的流量计称为湿气流量计,它可替代测试别离器应用于单井计量,气藏动态监测及储量优化配置等,它带来的利益宏大,如关于开采操作决策提供珍贵的根据;保证气井的合理开采,指导添加水合物抑止剂量,避免水合物的“危害”;替代宏大笨重的测试别离器,大大进步现场测试的实时性,完好性,精确性和进步效率等。
湿气是指高气体体积含率的自然气,普通高于95%,目前国际上尚没有统一的定义。气井中液相成份由携带的和由于空中生成系统温度压力降低而凝析生成的烷烃类轻组份,饱和水以及避免水合物构成人工参加的注剂等组成,其体积含率少于5%,此种少量液体粘附于管壁四周,管道中央为高速气流,亦即构成所谓环状活动构造,液体的活动十分复杂,它与气体有速度滑移,以至构成间歇不平均活动,因而其丈量精确度确实定十分艰难。目前已研发的品牌很多,如SolartronIAS公司的Dualstream2型多相流流量计,Schlumberger公司的双解谱γ射线文丘里多相流流量计,Agar公司的MPFM-400型多相流流量计等,但是各种流量计都有一定的适用范围,不能成为普遍应用的流量计。
城市是自然气运用的最终用户,在城市中既有工业企业,又有城市公用事业,它是一个复杂的用户群,其需求多种多样。城市自然气流量计量系统是自然气管理、调度、销售的根据,流量计量是自然气供需双方贸易结算的凭证,亦是消费部门用气效率的主要技术指标。在企业消费和运营管理中流量计量是一项日常停止的重要的技术根底工作,精确的流量计量能够适时改良消费工艺,进步产质量量,降低产品本钱,确保消费平安,保证合理运营管理和进步经济效益及社会效益。城市公用事业用气关系到人民日常生活质量,城市的气化是一个城市现代化标志之一。目前我国仍有相当局部的城市依托煤炭作为主要燃料,它对城市环境影响极大,国度能源构造的调整就是为了改善城市的生态环境,自然气的推行运用是造福人民的一件大事,城市车用燃料以气代油又是一项改善城市环境的严重举措,目前已在全国普遍推行提高,置信不久的未来,城市加气站将逐步替代加油站,而加气站的中心仪表就是流量计。
③蒸汽
蒸汽分过热蒸汽和饱和蒸气,前者为单相介质。在火力发电厂过热蒸汽做为工质推进汽轮机带动发电机发电,蒸汽流量丈量在电厂中对消费质量和平安至关重要,现代火力发电厂机组为高压高温状态,过热蒸汽流量采用规范喷嘴丈量,有国际规范和国度规范为根据。饱和蒸气由工业锅炉消费,普通为中低压、中温状态,它是汽水混合物,工业锅炉出口处为高干度(0.95以上)饱和蒸气,但保送到用户处,由于管道热散耗干度逐步降落,成为含水量大的汽水混合物,它属于混相流,在流量丈量中是艰难的丈量对象,目前尚没有称心的流量计可用,由此常惹起供需双方的纠葛,
在市场经济条件下它是一个必需处理的棘手问题。蒸汽是用处普遍的能源介质,据称国内有1/3~1/4的煤炭用于工业锅炉燃料,全国工业锅炉数量庞大,每台锅炉皆需求装备蒸汽流量计停止计量,由此可见问题的重要性和艰巨性。
④废品油
石油中的废品油是汽车、船舶、飞机等交通工具运用的能源,它触及宏大的经济利益,其流量计是销售双方结算的凭据,因而国度规则流量计量用具必需依法强迫管理,废品油从炼油厂消费后,经油库到供油站有众多的流量计为其效劳,其数量非常庞大。
3.环保工程
人口剧增,工业消费高速开展,环境严重恶化已达危机状态,国度把可持续开展列为国策,它是21世纪最大的课题。空气、水污染必需得到控制,增强管理是控制的必要前提,管理的根底工作是污染量确实定。我国目前仍以煤为主要能源,全国有无数的烟囱向天空排放,必需在每个烟囱上装置连续排放监测系统(CEMS),它由烟气剖析仪和流量计组成。烟废气流量丈量是一个极为艰难的丈量问题,其艰难在于烟囱口径大,外形不规则,气体组份变化不定,流速变化范围大,从极低速到高速,脏污、灰尘、腐蚀严重,流道为非圆截面,无类似性,流道内流速散布复杂,阻流件后无必要的装置直管段可用,无法停止个别标定流量计仪表系数;高温、低静压,请求检测件压损小等。废液、污水排放依法管理已是刻不容缓,但是可用的流量计仍需停止大量的研发工作,其艰难问题有介质脏污、口径大、外形特殊、压头低、流速范围宽、常不满管活动等。环保工程所需的流量计是一个极为复杂,但是充溢机遇的范畴,制造企业在此范畴大有可为。
4.交通运输
交通运输有五种方式:铁路、公路、航空、水运和管道运送。在五种方式中管道运输早已有之,但人们对它的认识尚不深入,随着环境问题的突出,管道保送的特性惹起人们的注重,例如煤炭不断由铁路及水运保送,装卸及敞开运输环境污染极为严重,采用管道水利保送,不但疾速高效,密闭卫生是其很大的优点。目前采用管道保送的物料有原油、自然气、人工燃气、水、紧缩空气、煤炭、谷物、水泥、矿物等。世界管道保送主干线已达250万公里,我国1996年仅达1.9万公里,今后5年规划在建将达20万公里。管道运输必需配备流量计,它是控制、分配和调度的眼睛,亦是平安检测(监视物流梗塞、走漏)和经济核算的必备工具。
5.生物技术
20世纪生物技术将要大开展,医学、生物学、生态学和生物医学工程一大批产业的蓬勃兴起,对流量计提出许多新的请求。在生物产业中需监测的物质很多,如血液、尿液、药液、营养液等;其丈量的对象很多,如混相流、脉动流、非牛顿流体,是流量丈量艰难的对象。
6.科研实验
科研实验需求的流量计不但数量多,且种类极为冗杂,据统计流量计有100多种,其中很大一局部是应科研实验研发的,它们并不批量消费也不在市面出卖,许多科研单位和大型企业皆设有特地研发流量计的小组,特别是国防部门,其需求的种类大多需自行研发作产。下面举些实例:化工中间实验工厂:普通化工产品需经中间实验工厂小批消费,它是联络实验室研制和大批量消费的中间环节。在化工中间实验工厂,流量计大都为小流量或微流量,必需自行研发供给。化工中间实验工厂可称为实验数据消费厂,其数据的精确牢靠是第一位,因而对仪表特性有严厉请求。发起机效率实验:发起机品种繁多,有泵、风机、紧缩机、动力机械等,发起机效率实验必需检测三个参数:温度、压力和流量,普通以为流量丈量问题比拟多,缘由是应用条件流体特性(混相,脏污腐蚀)及活动特性(阻流件复杂,无足够直管段长度)的请求难以满足。
7.海洋气候,江河湖泊
这些范畴为敞开流道,普通需丈量流速,然后推算流量,流速计和流量计根据的物理原理及流膂力学根底理论是共通的,但仪表原理及构造、运用条件等仍有较大差异,国际学术会议常设为单独主题,如明渠流量丈量或河川流量等。国际规范化组织(ISO)设有特地的技术委员会(TC),担任制定国际规范。
以上我们罗列七类应用范畴,它普及国民经济各部门,国际规范化组织ISO,国际电工委员会IEC及国际法制计量组织OIML等设立众多技术委员会,担任制定触及流量和流速丈量的国际规范等。
国际规范化组织ISO有9个技术委员会触及流量和流速丈量:它们是TC30(封锁管道流量丈量)、TC113(明渠)、TC28(石油产品)、TC115(泵)、TC117(工业风机)、TC118(紧缩机)、TC131(液压)、TC112(真空技术)、TC116(采暖);国际电工委员会IEC有3个技术委员会TC4(水轮机),TC5(汽轮机),TC65(流程测控);国际法制计量组织OIML有十余个国际倡议或国际文件触及流量丈量。