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氣體流量的測量

來源：上海自動化儀表公司營銷中心 2024年02月23日 07:39 231

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需要測量流量的氣體種類繁多，本節討論其中zui常見的空氣、城市煤氣、天然氣和組分變化的氣體。可用來測量氣體流量的儀表種類繁多，本節結合四種典型氣體重點討論差壓式（含均速管）、渦街式、旋進渦街式、超聲式、氣體渦輪、氣體腰輪式流量計的應用。

3.2.1壓縮空氣流量測量

壓縮空氣是企事業單位重要的二次能源，大多由電能或熱能經壓縮機轉化而來。當空氣壓力值要求較低時，則由鼓風機產生。對由大量能源轉化而來的工質進行管理，以收到節約能源和提高設備管理水平的效果，是壓縮空氣流量計量的主要目的。

在化工等生產過程中，有一種重要的工藝過程氧化反應，它是以空氣作原料，和另外某種原料在規定的條件下進行化學反應。空氣質量流量過大和過小，都會對安全生產、產品質量和貴重原料的消耗產生關鍵影響。在這種情況下，空氣流量測量度要求特別高，多半還配有自動調節。

鍋爐和各種工業爐窖中的燃燒過程，其本質也是氧化反應，對助燃空氣流量的測量，雖然準確度要求不像化工生產中的氧化反應那樣高，但對環境保護和經濟燃燒、節約燃料也有重要意義。

（1）空氣流量測量的特點

①振動大。并非每一臺空氣流量計都安裝在振動大的場所。但是安裝在壓縮廠房和鼓風機房的空氣流量計都得考慮振動問題。這種振動主要來自壓縮機和鼓風機，機器的振動通過空氣管道或風管可以傳到很遠的地方。其中振動zui大的要數往復式壓縮機，大型往復式壓縮機運行時產生的振動往往帶動廠房和周圍地面一起振動，對相關空氣流量計的準確而可靠的運行帶來威脅。它引發杠桿式差壓變送器支點移動而使儀表產生示值漂移。振動導致渦街流量傳感器產生同振動頻率相對應的干擾信號，引起流量示值大幅度偏高。

②氣體帶水。壓縮空氣取自大氣，而大氣中總是含有一定數量的水蒸氣。水蒸氣的含量用水蒸汽分壓ps表示。大氣中的水蒸氣飽和分壓是大氣溫度的函數（見表3.4）。在雨天和霧天，室外大氣中的水蒸氣分壓達到飽和程度，即相對濕度達到100％，這時將大氣壓縮就如同壓迫吸足水的海綿，隨著體積的縮小，就有相應數量的水析出。這是壓縮空氣所以帶水的簡單原理。在晴好的天氣，大氣相對濕度較低，但隨著其被壓縮，體積縮小到原來的幾分之一后，水蒸氣分壓會相應升高，也有可能進入飽和狀態而析出水滴。

表3.4 空氣中水分飽和含量

空氣溫度t/℃	0	10	20	30	40	50
飽和水蒸氣壓力ps/kPa	0.6080	1.2258	2.3340	4.2463	7.3746	12.337
飽和水蒸氣密度р/（kg/m3）	0.0048	0.0094	0.0173	0.0304	0.0512	0.083

用來測量壓縮空氣流量的較大口徑孔板流量計，孔板前常有積水，要影響測量準確度。引壓管線中常有一段水，導致差壓變送器測到的差壓同節流裝置所產生的差壓不一致。這些都是空氣帶水引起誤差的常見原因。除此之外，由于城區大氣中氮氧化物含量較高，使得壓縮空氣所含水滴呈酸性，引起環室表面腐蝕、管道內壁腐蝕，使其表面變得粗糙。腐蝕產生的氧化鐵在一定條件下變干燥時，很容易從管內壁脫落而被氣流帶到孔板前，這也會對流量示值產生影響。所以在停車檢修時，應將這些粉狀和塊狀的垃圾予以清除。

③脈動流。壓縮機和鼓風機出口流體多數包含一定的脈動。例如往復式壓縮機，表現為半波脈動，如圖3.13所示。在現場可觀察到壓縮機和鼓風機的出口壓力有明顯擺動。其中正（定）排量鼓風機出口脈動頻率較高，一般有幾十赫茲，而往復式壓縮機出口脈動頻率較低，一般為幾赫茲。流動脈動引起差壓式流量計、渦街流量計等多種流量計示值偏高，引起浮子式流量計中的浮子上下跳動。消除和減弱流動脈動對流量計示值影響的常用方法有兩個，一是在壓縮機出口設置一只緩沖罐濾除脈動，而將流量計安裝在緩沖后面。實際上往復式壓縮機的的系統都是這樣設計的；二是將流量計安裝在遠離脈動源的地方，這樣可利用工藝管道的氣容同其管阻構成低通濾波器衰減脈動。

流動脈動典型波形

（2）儀表選型能夠用來測量空氣流量的儀表有多種，但是在現場實際使用的空氣流量計，按其原理分，種類并不多。zui主要的有玻璃浮子流量計、節流式差壓流量計、渦街流量計和均速管流量計等。

①浮子流量計。浮子流量計在中型和小型實驗裝置上使用很廣泛，這是因為浮子式流量計簡單、直觀、價格低廉，適合作一般指示。浮子流量計有玻璃錐管型和金屬錐管型兩大類，玻璃錐管型的不足之處是耐壓不高和玻璃錐管易碎，另外，流體溫度壓力對示值影響大。一般可根據流體實際溫度和壓力按式（3.28）進行人工換算。式中由于引入рn,在被測氣體不為空氣時，也可利用該公式進行換算。

qv――實際體積流量，Nm3/h；

qvf――儀表示值，m3/h；

ρn――被測氣體在標準狀態下的密度，kg/Nm3；

ρan――空氣在標準狀態下的密度，kg/Nm3；

Tn、Pn――氣體在標準狀態下的溫度、壓力；

Tf、Pf――氣體在工作狀態下的溫度、壓力。

②節流式差壓流量計。節流式差壓流量計在空氣流量測量中有著悠久的歷史。在新穎流量計大量涌現的形勢下，節流式差壓流量計盡管有范圍度窄，安裝維護麻煩以及壓力損失大等重大缺點，但在振動較明顯的壓縮機房、鼓風機房，它仍然是可靠性高、穩定性好、抗*力強的儀表。

用節流式差壓流量計測量空氣流量zui重要的是要處理好節流件前積水、變送器高低亞室內積水以及引壓管線中積水問題。

a.節流件前積水問題。解決節流件前積水zui簡單的方法是節流件的下部開疏液孔。但是空氣管道不像蒸汽管道那樣清潔。在蒸汽管道中因為與管道內壁接觸的是水蒸氣，而水蒸氣在發生過程中一般都經過除氧工序，因此蒸汽中基本不含氧，經長期使用的蒸汽管，其內壁可能僅沉積微量的灰色粉末，除此之外不會有鐵銹。而空氣管道內則全然不同，灰塵和氧化鐵難以避免，有時疏液孔被堵死。在停車檢修時拆下節流裝置，發現節流件正端平面上有積水的痕跡，就是證據。

*消除節流件前積水的方法是將節流裝置安裝在垂直工藝管上，或改用圓缺孔板或偏心孔板。其中，偏心孔板不確定度較小，優于圓缺孔板。

b.差壓變送器高低壓室內積水問題。圖3.14（a）所示是典型的節流式差壓流量計信號管路安裝圖，在被測流體為濕氣體時，冷凝液理應不會進入差壓變送器高低壓室，但從現場反饋信息來看，實際情況是有時還會有微量水滴進入高低壓室，。變送器差壓范圍較低時，此微量水滴會引起儀表零點的明顯漂移。有些差壓變送器設計有兩個排放口，打開下排放口就可將凝液順利排出。但是早期變送器只有中部的一只排放口，打開此口無法將高低壓室內的凝液排凈，zui后只得將變送器拆下，將凝液沖信號輸入口中傾倒出來。

高低壓室內積液的現象，經進一步分析，應該是變送器上方的一段管路由于環境溫度變化將信號管中的水蒸氣冷凝而沿著信號管往下流入高低壓室。

關鍵詞：壓縮機傳感器

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