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尿素流量計的優點（diǎn）及設計（jì）選型時考慮因素
點擊次數（shù）：2169 發（fā）布時（shí）間：2020-08-13 08:09:25
摘要：介紹了尿（niào）素流量計主要的優點和（hé）不足；工程設計中需要考慮（lǜ）的主要因素，主要是從被測介質的電導率，被測介質的溫度，當被測液體為（wéi）酸、堿、鹽等高腐蝕性介質時的情況（kuàng），當被測液體為髒汙流 (兩相，漿液等) 介質時的情況，工藝介質的流速，大口徑時尿素（sù）流量計的選（xuǎn）擇，工藝管（guǎn）道（dào）材（cái）質，安裝儀表的工藝管道段的敷設位置等方麵進行考慮；並介紹了現場應該如何接地；*後列舉了二（èr）個選型應用實例。
尿素流量計的工作原理是根據法拉*的電磁感應定（dìng）律，它由流量傳感器和轉換器兩部分組成（chéng）。廣泛應用於測量能導電液體或液固兩相介質的體積流量，也大量用於各種酸、堿、鹽等高腐蝕性、易結晶的溶液的流量，當然（rán）也可用於純水、汙水等（děng）相對簡單的導電介質的流量，是一種應用非常廣泛的流量測量儀表。
1、尿素流量計的優點
(1) 傳感器沒有阻礙（ài）流體流動的節流件（jiàn），不（bú）會堵塞，非常適合用在含有固（gù）體顆粒、結晶物、泥漿或汙水（shuǐ）等的測量。
(2) 沒有附加（jiā）壓力損失，對於管道壓（yā）力不高或（huò）不允許（xǔ）降低管道壓力降的情況非（fēi）常適用，在大口徑測量中節約泵的能耗更加明顯。
(3) 僅測（cè）量管襯裏和電*與被（bèi）測介（jiè）質接觸，易（yì）選用相應材料測量腐蝕性及磨蝕性介質。用於各種酸、堿、鹽等高腐蝕（shí）性、易（yì）結晶（jīng）的溶液的流量（liàng）測量有很大的優勢。
(4) 是一（yī）種（zhǒng）真實的體積流（liú）量（liàng）測量（liàng）儀（yí）表，儀表係（xì）數不受流體組分及物性參數(密度、粘度)、工作狀態(壓力、溫度)及電導率變化(隻要在閾（yù）值以上)等的影（yǐng）響，它可在一種典型介質（zhì）(一（yī）般為水)下校準，而用於其他介質(液體)時無需附加修正。
(5) 測量範圍大，量程（chéng）比一般大於10∶1，*高可達100∶1。流速範圍一般為1～6m/s，也可擴展到0.5～10m/s。
(6) 儀表口徑係（xì）列齊全（quán），可（kě）從幾毫米到幾米(目前已有（yǒu）3m產品（pǐn）)。對於大口徑還可采用（yòng）探（tàn）頭型(或叫插入式)。
(7) 安裝方便，可水平、垂直或傾（qīng）斜任意角度安裝，對上遊（yóu）側直管段長度要（yào）求較低(一般從電*中心至上遊側阻流件距離隻要5倍管徑)，下（xià）遊（yóu）側隻要3倍管徑。
2、尿素流量計（jì）的不足
(1) 不能用（yòng）於低（dī）導電率液體，如石油製品、有機溶劑等（děng），亦（yì）不（bú）能測量氣體、蒸（zhēng）汽以及含有較多鐵磁性介質或大量氣泡的（de）液體。
(2) 由於內襯材料和電絕緣（yuán）材料的溫度限製，不能用於較高溫度工況；如未采取特殊（shū）處理，因測量管外結霜，也不能用（yòng）於低溫介質測量。
3、工程設計中需要考慮的主要因素
3.1 被測（cè）介質電導率
尿素（sù）流量計測量的流體必須是導電的，一（yī）般隻要電導率超過（guò）閾值，即使變化也不影響測量值，但低於閾值將（jiāng）會增大測量（liàng）誤（wù）差；通常要求液體電導（dǎo）率不小於5μS/cm，去（qù）離子水電（diàn）導（dǎo）率不小於20μS/cm。
3.2 被（bèi）測介質溫度
尿素流量計一般隻（zhī）能用於工（gōng）藝（yì）介質溫度不高於180℃的場合。選型時，要根據被測工藝介質的溫度範圍，選擇測量管內襯材料（liào）及傳感器線圈的漆包線的耐溫等級。常（cháng）用測量管襯裏材料有聚四氟乙烯(PTFE)，適用溫度範圍-40～+180℃；氯丁橡膠(Neoprene)，適用溫度＜65℃；聚氨（ān）酯橡膠(Polyurethane)，適用溫度＜65℃；
3.3 當被測液體為酸（suān）、堿、鹽等高腐蝕性介質時因為尿素流量計僅測量（liàng）管襯裏和電*與被測介質接觸，所以隻要選好這兩者的材質（zhì）即可。耐酸、堿等強腐（fǔ）蝕（shí）性介（jiè）質的襯裏常選用聚四氟乙烯（xī）(PTFE)，耐磨損類如礦漿、結晶類介（jiè）質的（de）襯裏可選用聚氨酯橡膠(Polyurethane)。對（duì）於電*材質的選擇，一般可查有關防腐蝕手冊（cè），對於混酸等成份複雜的介質，應做掛片試驗。
3.4 當被測液體為髒汙流(兩相（xiàng），漿液等)介質時
(1)當介質含有固體顆粒時，水平安裝（zhuāng）易使下半（bàn）部內襯及電*磨損嚴重，這時（shí）選用垂直安裝較好；襯（chèn）裏要選用（yòng）高耐磨性材（cái）料，如陶瓷或聚氨酯橡膠；電*則采取一些結構措施以防磨損漏液。
(2)測量會在管壁（bì）附著（zhe）和沉澱的（de）物質的流體時，應注意電（diàn）*的汙染。可選用刮刀（dāo）式、可更換式。管壁的附著則（zé）可用提高流速以（yǐ）起到自清洗作用（yòng），或采取比較方便易清洗管道的連接方法。
(3)含有非磁性（xìng）顆粒或纖維的固液兩相流（liú）時，如漿（jiāng）液擦（cā）過電*表（biǎo）麵會產生尖峰（fēng）噪聲，使信號不穩，可選用市電交流激磁或雙頻激磁（cí）儀（yí）表。
3.5 工藝介（jiè）質的流速
儀表口徑是根據管道內平均流速而定的，通常選用與管道相同的口徑或略小些。一（yī）般工業輸水管道經濟流速為1.5～3m/s，易粘附沉（chén）積結垢（gòu）物質則提（tí）高到3～4m/s或更高，礦（kuàng）漿等磨蝕性強的為2～3m/s。尿素流量計的液體（tǐ）流速範圍可在1～10m/s之間選用。原理上，上限流速並沒有限製，滿度流量的流速下限一般為1m/s，有（yǒu）些產品為0.5m/s，低於（yú）此流速，從測量準（zhǔn）確度出發應改（gǎi）用小管（guǎn）徑，以異徑管（guǎn）連接（jiē）到管道。但加裝異徑管要注意壓力損失的問題。圖1為流量計口徑、流速與（yǔ）流量關係的曲線圖，計算儀表口徑時可（kě）參照。
3.6 大口徑時尿素流量計的選擇
尿素流量計按安裝（zhuāng）形式可分為管道式（shì）和探（tàn）頭（tóu）式。一（yī）般優先選用管道式尿素流量計；當（dāng）工（gōng）藝管徑較大且（qiě）考慮設備費用時，或安（ān）裝時不（bú）允許（xǔ）管道停流的情況下，可選用探頭式尿素流量計(精（jīng）度可達0.5級)。
(1) 探頭式可裝配（pèi）球閥，可在管道不停（tíng）流情（qíng）況下拆、裝，利於儀表的在線安（ān）裝和維護。
(2) 探頭插入深度隻需很（hěn）短，對管道阻力小。一般在（zài）直管段足（zú）夠（gòu）長（zhǎng）時，采用平均流速點測量法，這種（zhǒng）方（fāng）法的測量精度基本不受雷諾係數（shù）變化的影響（xiǎng），探頭（tóu）的插入深度僅為R=0.121D；當直管段較短時，一般采用中心流速點測量法，插入深度（dù）R=0.5D(其中D為管道（dào）直徑)。
3.7 工藝管道材質
若連接儀表的管道是(相對於被測介質)金屬導電性的，不需要接電環，若（ruò）是絕緣性的，則要用接（jiē）地環，可用普通型，它的（de）材質應（yīng）與（yǔ）被（bèi）測介質的腐蝕性（xìng）相適應（yīng）。若被測介質是磨損性的，則（zé）宜選用（yòng）帶頸接地環，以保（bǎo）護（hù）進、出口端的襯（chèn）裏，延長使用壽命。
3.8 安裝儀表的工藝（yì）管道段的敷設位置
尿素流量計的安裝形式可分為三（sān）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（liú）量計的傳感部分（fèn）和轉換部分(表頭)裝於（yú）一（yī）體，便於安裝使（shǐ）用；當（dāng）管道（dào）敷設的（de）位置較高不便（biàn）觀察或安裝在環境差的場合，可（kě）采用分離型，分離長度一般不超過（guò）30m；當傳感（gǎn）器需要安裝（zhuāng）在井下（xià）、水下的被測現場管道（dào）上時，需要選用潛（qián）水分離型。
4、接 地
為了使尿素流量計不受外界寄生電勢（shì）的幹（gàn）擾，傳感器應有良好的單獨接地線，接地電阻＜10Ω。接地方法要根據廠家的資料或技術人員指導認真執行，常規的接法是：
(1) 當尿素流量計安裝在已（yǐ）接地的金屬管道上，通（tōng）過尿素（sù）流（liú）量計（jì）變（biàn）送器上的接地端子實（shí）現係統電勢平（píng）衡，即通過截（jié）麵積不小於6mm2的銅芯電線連接至接地端（duān）子上。
(2) 當尿素流量計安裝在未接（jiē）地的金（jīn）屬管道上，2個法蘭均（jun1）通過截麵積不（bú）小於（yú）6mm2的銅芯電線與管道法（fǎ）蘭相連接，並接地；將變送（sòng）器或傳感器接（jiē）線（xiàn）盒連接至接地端子上，實現係統電勢平衡。
(3) 當尿素流量計安（ān）裝在（zài）塑料管道或帶絕緣內襯的管（guǎn）道上，通過附加接地環實現係（xì）統電勢平衡，接地環（huán）通過截麵積（jī）不小於（yú）6mm2的（de）銅芯電線（xiàn）連接（jiē）至接地端子（zǐ）上。
5、應用實例
5.1 管（guǎn）道式尿素流量計在93%濃硫酸中的應用
工況條件如表1所（suǒ）示。
選型情況：*先，根據管線尺（chǐ）寸、操（cāo）作流量和操作密度值，可算出操作情況下的流（liú）速為：0.53m/s。這個值比較小，至少要縮徑至流速值為1m/s以上，試選用DN65的流量計，可算出流速為：1.26m/s，這個值合適（shì），故（gù）通（tōng）徑縮二檔選用DN65檔。由於（yú）管（guǎn）徑不大，管道敷設位置也不特（tè）殊，故選用一體型管道式尿（niào）素流（liú）量計。根據介質的腐蝕性和操（cāo）作溫度，可選擇電*材（cái）質為哈氏合金B，襯裏材（cái）質為（wéi）PTFE。
5.2 探頭式尿素（sù）流（liú）量計在高含鹽廢水中（zhōng）的應用
工況條件如表2所示
選型情況：根據管線尺寸、操作流量和操作密（mì）度值，可算出操（cāo）作情況下的*小流速（sù）為：0.56m/s，*大流速為：1.32m/s。由於*小流速運行（háng）的情況很少，這個流速範圍基本能滿足尿素流量計的（de）測量範（fàn）圍要求。由於管徑（jìng）較大，考慮到費用問題，選用探頭式尿素流量計。由於流（liú）量計（jì）要安裝在室外儀表井內管道上，故（gù）選用潛水分離型(IP68)尿素流量計，專用連接（jiē）電纜10m，變送器（qì）安裝在地麵1.4m高的2'管上。根據（jù）介質的腐蝕性和操作溫度，可選（xuǎn）擇儀表本體材質為304SS，電*材（cái）質為316LSS，襯裏材質為PTFE。
6、結 論（lùn）
尿素流量（liàng）計因其獨（dú）特的優點，在（zài）石化行業得到了廣泛的應用。設計選（xuǎn）型時需要考慮的因素，除了上麵介（jiè）紹的主要因素，還有儀表的防爆等（děng）級、防護等級，工藝連接法（fǎ）蘭（lán）標準、壓力等級、供電電壓、儀表（biǎo）精度等。另外，做好現（xiàn）場安裝（zhuāng）和現場接地也是提高尿素流量計準確性和（hé）穩定性的（de）重要因素。
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1、尿素流量計的優點
(1) 傳感器沒有阻礙（ài）流體流動的節流件（jiàn），不（bú）會堵塞，非常適合用在含有固（gù）體顆粒、結晶物、泥漿或汙水（shuǐ）等的測量。
(2) 沒有附加（jiā）壓力損失，對於管道壓（yā）力不高或（huò）不允許（xǔ）降低管道壓力降的情況非（fēi）常適用，在大口徑測量中節約泵的能耗更加明顯。
(3) 僅測（cè）量管襯裏和電*與被（bèi）測介（jiè）質接觸，易（yì）選用相應材料測量腐蝕性及磨蝕性介質。用於各種酸、堿、鹽等高腐蝕（shí）性、易（yì）結晶（jīng）的溶液的流量（liàng）測量有很大的優勢。
(4) 是一（yī）種（zhǒng）真實的體積流（liú）量（liàng）測量（liàng）儀（yí）表，儀表係（xì）數不受流體組分及物性參數(密度、粘度)、工作狀態(壓力、溫度)及電導率變化(隻要在閾（yù）值以上)等的影（yǐng）響，它可在一種典型介質（zhì）(一（yī）般為水)下校準，而用於其他介質(液體)時無需附加修正。
(5) 測量範圍大，量程（chéng）比一般大於10∶1，*高可達100∶1。流速範圍一般為1～6m/s，也可擴展到0.5～10m/s。
(6) 儀表口徑係（xì）列齊全（quán），可（kě）從幾毫米到幾米(目前已有（yǒu）3m產品（pǐn）)。對於大口徑還可采用（yòng）探（tàn）頭型(或叫插入式)。
(7) 安裝方便，可水平、垂直或傾（qīng）斜任意角度安裝，對上遊（yóu）側直管段長度要（yào）求較低(一般從電*中心至上遊側阻流件距離隻要5倍管徑)，下（xià）遊（yóu）側隻要3倍管徑。
2、尿素流量計（jì）的不足
(1) 不能用（yòng）於低（dī）導電率液體，如石油製品、有機溶劑等（děng），亦（yì）不（bú）能測量氣體、蒸（zhēng）汽以及含有較多鐵磁性介質或大量氣泡的（de）液體。
(2) 由於內襯材料和電絕緣（yuán）材料的溫度限製，不能用於較高溫度工況；如未采取特殊（shū）處理，因測量管外結霜，也不能用（yòng）於低溫介質測量。
3、工程設計中需要考慮的主要因素
3.1 被測（cè）介質電導率
尿素（sù）流量計測量的流體必須是導電的，一（yī）般隻要電導率超過（guò）閾值，即使變化也不影響測量值，但低於閾值將（jiāng）會增大測量（liàng）誤（wù）差；通常要求液體電導（dǎo）率不小於5μS/cm，去（qù）離子水電（diàn）導（dǎo）率不小於20μS/cm。
3.2 被（bèi）測介質溫度
尿素流量計一般隻（zhī）能用於工（gōng）藝（yì）介質溫度不高於180℃的場合。選型時，要根據被測工藝介質的溫度範圍，選擇測量管內襯材料（liào）及傳感器線圈的漆包線的耐溫等級。常（cháng）用測量管襯裏材料有聚四氟乙烯(PTFE)，適用溫度範圍-40～+180℃；氯丁橡膠(Neoprene)，適用溫度＜65℃；聚氨（ān）酯橡膠(Polyurethane)，適用溫度＜65℃；
3.3 當被測液體為酸（suān）、堿、鹽等高腐蝕性介質時因為尿素流量計僅測量（liàng）管襯裏和電*與被測介質接觸，所以隻要選好這兩者的材質（zhì）即可。耐酸、堿等強腐（fǔ）蝕（shí）性介（jiè）質的襯裏常選用聚四氟乙烯（xī）(PTFE)，耐磨損類如礦漿、結晶類介（jiè）質的（de）襯裏可選用聚氨酯橡膠(Polyurethane)。對（duì）於電*材質的選擇，一般可查有關防腐蝕手冊（cè），對於混酸等成份複雜的介質，應做掛片試驗。
3.4 當被測液體為髒汙流(兩相（xiàng），漿液等)介質時
(1)當介質含有固體顆粒時，水平安裝（zhuāng）易使下半（bàn）部內襯及電*磨損嚴重，這時（shí）選用垂直安裝較好；襯（chèn）裏要選用（yòng）高耐磨性材（cái）料，如陶瓷或聚氨酯橡膠；電*則采取一些結構措施以防磨損漏液。
(2)測量會在管壁（bì）附著（zhe）和沉澱的（de）物質的流體時，應注意電（diàn）*的汙染。可選用刮刀（dāo）式、可更換式。管壁的附著則（zé）可用提高流速以（yǐ）起到自清洗作用（yòng），或采取比較方便易清洗管道的連接方法。
(3)含有非磁性（xìng）顆粒或纖維的固液兩相流（liú）時，如漿（jiāng）液擦（cā）過電*表（biǎo）麵會產生尖峰（fēng）噪聲，使信號不穩，可選用市電交流激磁或雙頻激磁（cí）儀（yí）表。
3.5 工藝介（jiè）質的流速
儀表口徑是根據管道內平均流速而定的，通常選用與管道相同的口徑或略小些。一（yī）般工業輸水管道經濟流速為1.5～3m/s，易粘附沉（chén）積結垢（gòu）物質則提（tí）高到3～4m/s或更高，礦（kuàng）漿等磨蝕性強的為2～3m/s。尿素流量計的液體（tǐ）流速範圍可在1～10m/s之間選用。原理上，上限流速並沒有限製，滿度流量的流速下限一般為1m/s，有（yǒu）些產品為0.5m/s，低於（yú）此流速，從測量準（zhǔn）確度出發應改（gǎi）用小管（guǎn）徑，以異徑管（guǎn）連接（jiē）到管道。但加裝異徑管要注意壓力損失的問題。圖1為流量計口徑、流速與（yǔ）流量關係的曲線圖，計算儀表口徑時可（kě）參照。
3.6 大口徑時尿素流量計的選擇
尿素流量計按安裝（zhuāng）形式可分為管道式（shì）和探（tàn）頭（tóu）式。一（yī）般優先選用管道式尿素流量計；當（dāng）工（gōng）藝管徑較大且（qiě）考慮設備費用時，或安（ān）裝時不（bú）允許（xǔ）管道停流的情況下，可選用探頭式尿素流量計(精（jīng）度可達0.5級)。
(1) 探頭式可裝配（pèi）球閥，可在管道不停（tíng）流情（qíng）況下拆、裝，利於儀表的在線安（ān）裝和維護。
(2) 探頭插入深度隻需很（hěn）短，對管道阻力小。一般在（zài）直管段足（zú）夠（gòu）長（zhǎng）時，采用平均流速點測量法，這種（zhǒng）方（fāng）法的測量精度基本不受雷諾係數（shù）變化的影響（xiǎng），探頭（tóu）的插入深度僅為R=0.121D；當直管段較短時，一般采用中心流速點測量法，插入深度（dù）R=0.5D(其中D為管道（dào）直徑)。
3.7 工藝管道材質
若連接儀表的管道是(相對於被測介質)金屬導電性的，不需要接電環，若（ruò）是絕緣性的，則要用接（jiē）地環，可用普通型，它的（de）材質應（yīng）與（yǔ）被（bèi）測介質的腐蝕性（xìng）相適應（yīng）。若被測介質是磨損性的，則（zé）宜選用（yòng）帶頸接地環，以保（bǎo）護（hù）進、出口端的襯（chèn）裏，延長使用壽命。
3.8 安裝儀表的工藝（yì）管道段的敷設位置
尿素流量計的安裝形式可分為三（sān）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（liú）量計的傳感部分（fèn）和轉換部分(表頭)裝於（yú）一（yī）體，便於安裝使（shǐ）用；當（dāng）管道（dào）敷設的（de）位置較高不便（biàn）觀察或安裝在環境差的場合，可（kě）采用分離型，分離長度一般不超過（guò）30m；當傳感（gǎn）器需要安裝（zhuāng）在井下（xià）、水下的被測現場管道（dào）上時，需要選用潛（qián）水分離型。
4、接 地
為了使尿素流量計不受外界寄生電勢（shì）的幹（gàn）擾，傳感器應有良好的單獨接地線，接地電阻＜10Ω。接地方法要根據廠家的資料或技術人員指導認真執行，常規的接法是：
(1) 當尿素流量計安裝在已（yǐ）接地的金屬管道上，通（tōng）過尿素（sù）流（liú）量計（jì）變（biàn）送器上的接地端子實（shí）現係統電勢平（píng）衡，即通過截（jié）麵積不小於6mm2的銅芯電線連接至接地端（duān）子上。
(2) 當尿素流量計安裝在未接（jiē）地的金（jīn）屬管道上，2個法蘭均（jun1）通過截麵積不（bú）小於（yú）6mm2的銅芯電線與管道法（fǎ）蘭相連接，並接地；將變送（sòng）器或傳感器接（jiē）線（xiàn）盒連接至接地端子上，實現係統電勢平衡。
(3) 當尿素流量計安（ān）裝在（zài）塑料管道或帶絕緣內襯的管（guǎn）道上，通過附加接地環實現係（xì）統電勢平衡，接地環（huán）通過截麵積（jī）不小於（yú）6mm2的（de）銅芯電線（xiàn）連接（jiē）至接地端子（zǐ）上。
5、應用實例
5.1 管（guǎn）道式尿素流量計在93%濃硫酸中的應用
工況條件如表1所（suǒ）示。
選型情況：*先，根據管線尺（chǐ）寸、操（cāo）作流量和操作密度值，可算出操作情況下的流（liú）速為：0.53m/s。這個值比較小，至少要縮徑至流速值為1m/s以上，試選用DN65的流量計，可算出流速為：1.26m/s，這個值合適（shì），故（gù）通（tōng）徑縮二檔選用DN65檔。由於（yú）管（guǎn）徑不大，管道敷設位置也不特（tè）殊，故選用一體型管道式尿（niào）素流（liú）量計。根據介質的腐蝕性和操（cāo）作溫度，可選擇電*材（cái）質為哈氏合金B，襯裏材（cái）質為（wéi）PTFE。
5.2 探頭式尿素（sù）流（liú）量計在高含鹽廢水中（zhōng）的應用
工況條件如表2所示
選型情況：根據管線尺寸、操作流量和操作密（mì）度值，可算出操（cāo）作情況下的*小流速（sù）為：0.56m/s，*大流速為：1.32m/s。由於*小流速運行（háng）的情況很少，這個流速範圍基本能滿足尿素流量計的（de）測量範（fàn）圍要求。由於管徑（jìng）較大，考慮到費用問題，選用探頭式尿素流量計。由於流（liú）量計（jì）要安裝在室外儀表井內管道上，故（gù）選用潛水分離型(IP68)尿素流量計，專用連接（jiē）電纜10m，變送器（qì）安裝在地麵1.4m高的2'管上。根據（jù）介質的腐蝕性和操作溫度，可選（xuǎn）擇儀表本體材質為304SS，電*材（cái）質為316LSS，襯裏材質為PTFE。
6、結 論（lùn）
尿素流量（liàng）計因其獨（dú）特的優點，在（zài）石化行業得到了廣泛的應用。設計選（xuǎn）型時需要考慮的因素，除了上麵介（jiè）紹的主要因素，還有儀表的防爆等（děng）級、防護等級，工藝連接法（fǎ）蘭（lán）標準、壓力等級、供電電壓、儀表（biǎo）精度等。另外，做好現（xiàn）場安裝（zhuāng）和現場接地也是提高尿素流量計準確性和（hé）穩定性的（de）重要因素。