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粘稠流體流量計(jì)的選型要點(diǎn)

閱讀:269      發(fā)布時(shí)間:2025-4-11
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一、明確測量需求

(一)測量精度要求

  1. 高精度需求場景

在制藥、精細(xì)化工這類對產(chǎn)品質(zhì)量把控極為嚴(yán)格的行業(yè)中,粘稠流體流量的精確測量直接關(guān)乎產(chǎn)品品質(zhì)。以制藥過程為例,不同藥物成分需精準(zhǔn)配比,稍有偏差便可能影響藥效,甚至危及使用者健康,因此常要求流量計(jì)精度達(dá) ±0.2% 甚至更高。橢圓齒輪流量計(jì)工作時(shí),依靠兩個(gè)相互嚙合的橢圓齒輪在流體推動(dòng)下交替轉(zhuǎn)動(dòng),每轉(zhuǎn)動(dòng)一周排出固定體積流體。隨著介質(zhì)粘度升高,流體粘附性增強(qiáng),齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)更為平穩(wěn),測量精度和穩(wěn)定性得以提升,精度等級可達(dá) ±0.2% - ±0.5% 。科氏質(zhì)量流量計(jì)運(yùn)用科里奧利力原理,直接測量流體質(zhì)量流量,測量過程不受流體密度、粘度、溫度等常規(guī)因素波動(dòng)影響,憑借先進(jìn)的傳感器和信號(hào)處理技術(shù),精度可高達(dá) ±0.1% ,能為高精度需求場景提供可靠測量數(shù)據(jù)。
  1. 一般精度要求場景

在普通工業(yè)潤滑油輸送等對成本控制較為敏感且精度要求相對不高的場景中,允許測量精度在 ±1% - ±2% 。渦街流量計(jì)基于卡門渦街原理,當(dāng)流體流經(jīng)漩渦發(fā)生體時(shí),兩側(cè)交替產(chǎn)生有規(guī)律的漩渦,漩渦頻率與流體流速成正比,進(jìn)而測得流量。該流量計(jì)內(nèi)部無活動(dòng)部件,對多種粘稠介質(zhì)適應(yīng)性強(qiáng),測量精度可達(dá) ±1% 。靶式流量計(jì)則是利用流體沖擊靶片產(chǎn)生的沖擊力,通過力傳感器將力信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)來測量流量。在高粘度流體測量中,因流體粘性大,對靶片沖擊力作用更穩(wěn)定,精度能較好地控制在 ±2% 左右,能以較低成本滿足一般精度測量需求。

(二)測量范圍確定

  1. 小流量測量

實(shí)驗(yàn)室研究或精細(xì)生產(chǎn)過程中,常涉及小流量粘稠流體測量,像微量添加劑注入環(huán)節(jié),流量范圍可能低至每小時(shí)幾升甚至更低。橢圓齒輪流量計(jì)因結(jié)構(gòu)緊湊、測量精度高,在小流量測量領(lǐng)域表現(xiàn)出色,其測量范圍下限可低至 0.04m3/h(如 DN4 口徑) 。在實(shí)驗(yàn)室研發(fā)新配方,需精確控制微量高粘度試劑添加量時(shí),橢圓齒輪流量計(jì)能精準(zhǔn)計(jì)量,為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性提供保障。
  1. 大流量測量

石油、化工等大型工業(yè)生產(chǎn)中,原油輸送管道等場景流量巨大,可達(dá)每小時(shí)數(shù)千立方米。腰輪(羅茨)流量計(jì)采用一對 8 字形腰輪在流體作用下相互嚙合轉(zhuǎn)動(dòng),每轉(zhuǎn)一周排出固定體積流體,其設(shè)計(jì)使其測量范圍極寬,可達(dá) 140:1 。面對大流量、高粘度的原油輸送,腰輪流量計(jì)不僅能穩(wěn)定測量,還能適應(yīng)高溫等復(fù)雜工況,確保生產(chǎn)過程中流量數(shù)據(jù)可靠獲取,為工業(yè)生產(chǎn)調(diào)度提供關(guān)鍵依據(jù)。

二、考慮流體特性

(一)流體粘度

  1. 高粘度流體(粘度>1000cP)

重油、樹脂、瀝青等高粘度流體,流動(dòng)阻力大,對流量計(jì)選型要求特殊。容積式流量計(jì)憑借自身結(jié)構(gòu)優(yōu)勢,成為此類流體測量。除橢圓齒輪流量計(jì)外,刮板流量計(jì)也十分適用。刮板流量計(jì)內(nèi)部刮板在流體推動(dòng)下,沿著特殊軌跡運(yùn)行,始終與測量腔室壁緊密貼合,即便流體粘度高、流動(dòng)性差,也能順暢測量。并且其采用雙室結(jié)構(gòu),有效避免因管線熱脹冷縮產(chǎn)生的變形對測量結(jié)果的干擾,在高粘度、工況復(fù)雜環(huán)境下測量穩(wěn)定性好。
  1. 中低粘度流體(10 - 1000cP)

對于該粘度范圍的粘稠流體,渦輪流量計(jì)和渦街流量計(jì)是不錯(cuò)選擇。渦輪流量計(jì)通過流體推動(dòng)內(nèi)部葉輪旋轉(zhuǎn),葉輪轉(zhuǎn)速與流體流速成正比,借助轉(zhuǎn)速傳感器精確測量葉輪轉(zhuǎn)速,進(jìn)而準(zhǔn)確計(jì)算出各種粘稠液體流量,測量精度較高。渦街流量計(jì)利用流體流經(jīng)漩渦發(fā)生體產(chǎn)生的渦街效應(yīng)測量流量,由于其內(nèi)部無活動(dòng)部件,不易受中低粘度粘稠流體粘附、堵塞影響,安裝方便,日常維護(hù)也僅需檢查傳感器及線路,十分簡單,在中低粘度流體測量場景中應(yīng)用廣泛。

(二)流體腐蝕性

  1. 強(qiáng)腐蝕性流體

當(dāng)粘稠流體具有強(qiáng)腐蝕性,如含強(qiáng)酸、強(qiáng)堿的化工物料,電磁流量計(jì)成為優(yōu)選。正交式電磁流量計(jì)基于法拉第電磁感應(yīng)定律,測量管采用耐腐蝕的絕緣材料,電極選用耐腐蝕性強(qiáng)的特殊材質(zhì),可精準(zhǔn)測量具有導(dǎo)電性的液體流量,涵蓋一些特殊粘稠液體,如果漿、膠狀物等。此外,部分容積式流量計(jì)可內(nèi)襯耐腐蝕材料來應(yīng)對強(qiáng)腐蝕性流體,但在實(shí)際選用時(shí),必須充分考量內(nèi)襯材料與流體的兼容性,以及長期使用過程中內(nèi)襯是否會(huì)出現(xiàn)脫落、腐蝕等問題,以確保流量計(jì)長期穩(wěn)定運(yùn)行。
  1. 無腐蝕性或弱腐蝕性流體

針對無腐蝕性或弱腐蝕性的粘稠流體,多數(shù)流量計(jì)都具備適用性。從成本和維護(hù)便利性角度權(quán)衡,渦街流量計(jì)、渦輪流量計(jì)因結(jié)構(gòu)相對簡單,無需像應(yīng)對強(qiáng)腐蝕性流體那樣進(jìn)行特殊耐腐蝕處理,既降低了設(shè)備采購成本,又減少了后續(xù)維護(hù)難度。在日常運(yùn)行中,常規(guī)的檢查和保養(yǎng)就能保證其穩(wěn)定工作,因此在這類流體測量場景中應(yīng)用更為普遍。

(三)流體溫度

  1. 高溫流體(溫度>100℃)

在熱媒油輸送、高溫瀝青加工等工業(yè)過程中,流體溫度常超 100℃。腰輪(羅茨)流量計(jì)部分型號(hào)采用耐高溫材料制造,可承受高達(dá) 300℃的高溫,在高溫、高粘度介質(zhì)測量中表現(xiàn)較好。同時(shí),部分科氏質(zhì)量流量計(jì)通過優(yōu)化傳感器散熱結(jié)構(gòu)、選用耐高溫電子元件等方式,也能在高溫環(huán)境下穩(wěn)定工作,精準(zhǔn)測量高溫粘稠流體質(zhì)量流量,滿足特殊工業(yè)場景嚴(yán)苛需求。
  1. 常溫及低溫流體(溫度<100℃)

常溫及低溫粘稠流體測量的流量計(jì)可選范圍更廣。橢圓齒輪流量計(jì)使用溫度范圍一般在 - 30℃ - 160℃ ,可滿足大部分常溫及低溫場景需求。渦輪流量計(jì)、渦街流量計(jì)同樣在該溫度區(qū)間內(nèi)性能穩(wěn)定,無論是日常的常溫流體輸送,還是一些低溫冷藏、冷凍工藝中的流體測量,都能正常工作,可靠輸出流量數(shù)據(jù)。

三、安裝與維護(hù)因素

(一)安裝空間與位置

  1. 空間受限場景

在一些老舊工廠改造或特殊設(shè)備配套中,安裝位置空間可能極為有限。渦街流量計(jì)因體積小巧、結(jié)構(gòu)緊湊,在這種場景下優(yōu)勢盡顯。其安裝方式極為靈活,可水平、垂直或傾斜安裝,只需保證安裝位置前后有一定直管段,滿足測量要求即可,能輕松適應(yīng)各種復(fù)雜安裝空間條件。反觀部分容積式流量計(jì),如橢圓齒輪流量計(jì)、腰輪流量計(jì),由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜,整體體積相對較大,在空間受限情況下,安裝時(shí)可能面臨管道布局困難、難以操作等問題,安裝難度較大。
  1. 特殊安裝位置

對于需要垂直安裝或?qū)Π惭b方向有特殊要求的場合,電磁流量計(jì)優(yōu)勢明顯。其測量原理決定了它不受安裝方向影響,只要確保測量管內(nèi)始終充滿流體,就能準(zhǔn)確測量流量。此外,轉(zhuǎn)子流量計(jì)也可垂直安裝,流體自下而上流經(jīng)轉(zhuǎn)子,推動(dòng)轉(zhuǎn)子葉片旋轉(zhuǎn),通過轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角度與流量的對應(yīng)關(guān)系測量流量,對高粘度液體具有較好適應(yīng)性,能在特殊安裝位置穩(wěn)定工作。

(二)維護(hù)難度與成本

  1. 易于維護(hù)的流量計(jì)

渦街流量計(jì)內(nèi)部無復(fù)雜活動(dòng)部件,日常維護(hù)主要聚焦于檢查傳感器是否正常工作、信號(hào)傳輸線路有無破損或接觸不良等問題,維護(hù)內(nèi)容相對單一,成本較低。渦輪流量計(jì)雖有葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)部件,但只要所測流體較為清潔,葉輪磨損速度較慢,定期進(jìn)行簡單清潔、潤滑等保養(yǎng)工作,就能維持良好運(yùn)行狀態(tài),維護(hù)也相對容易。這兩種流量計(jì)在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛,大量的實(shí)際應(yīng)用案例積累了豐富的維護(hù)經(jīng)驗(yàn),市面上也容易獲取對應(yīng)的維護(hù)配件,進(jìn)一步降低了維護(hù)難度和成本。
  1. 維護(hù)要求較高的流量計(jì)

容積式流量計(jì)如橢圓齒輪流量計(jì),內(nèi)部齒輪長期處于嚙合轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài),對流體潔凈度有著要求。一旦流體中含有雜質(zhì),極易造成齒輪磨損,嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)?dǎo)致齒輪卡死,使流量計(jì)無法正常工作。為保障其穩(wěn)定運(yùn)行,需在流量計(jì)上游安裝高精度過濾器,這無疑增加了維護(hù)工作量和成本。并且,由于其多為金屬材質(zhì),不同溫度下會(huì)出現(xiàn)熱脹冷縮現(xiàn)象,影響齒輪嚙合間隙,進(jìn)而干擾測量精度,維護(hù)時(shí)需密切關(guān)注溫度變化對流量計(jì)的影響。科氏質(zhì)量流量計(jì)雖測量精度高,但內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜,融合了先進(jìn)的傳感器技術(shù)和精密的信號(hào)處理系統(tǒng),一旦出現(xiàn)故障,對維修人員技術(shù)水平有所要求,維修過程往往需要專業(yè)設(shè)備輔助檢測,維修成本較大。

四、成本因素

(一)采購成本

  1. 低成本選擇

在滿足測量需求的基礎(chǔ)上,若預(yù)算有限,靶式流量計(jì)、轉(zhuǎn)子流量計(jì)是較為經(jīng)濟(jì)的選擇。靶式流量計(jì)結(jié)構(gòu)簡單,主要由測量管、靶片、力傳感器等核心部件構(gòu)成,制造成本較低,在一些對測量精度要求不是特別高、注重成本控制的工業(yè)場景中應(yīng)用廣泛。轉(zhuǎn)子流量計(jì)價(jià)格親民,其工作原理直觀易懂,通過轉(zhuǎn)子在錐形管內(nèi)的位置變化反映流量大小,適用于對成本敏感且測量要求相對寬松的場合,能以較低采購成本實(shí)現(xiàn)基本流量測量功能。
  1. 高成本設(shè)備

科氏質(zhì)量流量計(jì)憑借其高精度測量性能和復(fù)雜精妙的測量原理,內(nèi)部集成了先進(jìn)的傳感器技術(shù)和信號(hào)處理系統(tǒng),從研發(fā)到生產(chǎn),各環(huán)節(jié)投入成本高,導(dǎo)致采購價(jià)格昂貴。一些容積式流量計(jì),如高精度橢圓齒輪流量計(jì),為確保在高粘度流體測量,采用了精密制造工藝,選用優(yōu)質(zhì)耐磨、耐腐蝕材料,這也使得其價(jià)格相對高昂,適用于對測量精度有著要求、對成本敏感度較低的行業(yè)領(lǐng)域。

(二)運(yùn)行成本

  1. 低功耗流量計(jì)

渦輪流量計(jì)整機(jī)功率消耗較低,部分型號(hào)可配備內(nèi)部電池,無需外接電源,依靠電池供電便能長期穩(wěn)定工作,作為無源顯示儀表,有效降低了運(yùn)行成本,特別適用于一些難以接入外部電源或?qū)╇姺€(wěn)定性要求高的偏遠(yuǎn)、特殊安裝環(huán)境。渦街流量計(jì)在運(yùn)行過程中,除了維持信號(hào)處理和傳輸功能所需電能外,無其他額外能耗,其內(nèi)部無活動(dòng)部件相互摩擦損耗,運(yùn)行成本也處于較低水平,在長期連續(xù)運(yùn)行的工業(yè)生產(chǎn)場景中,能顯著節(jié)省用電成本。
  1. 高運(yùn)行成本設(shè)備

部分電磁流量計(jì)對工作環(huán)境要求較為苛刻,需要穩(wěn)定可靠的電源供應(yīng),同時(shí)良好的接地條件也是保障其測量精度的關(guān)鍵。若電源不穩(wěn)定,出現(xiàn)電壓波動(dòng)、斷電等情況,或者接地不良,產(chǎn)生漏電、干擾等問題,不僅可能影響測量精度,導(dǎo)致流量數(shù)據(jù)偏差,嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)p壞設(shè)備,增加維修成本,大幅提高了整體運(yùn)行成本。


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