丁烷流量計在測量*低溫液體時影響因素分析
點擊次數（shù）：2149 發布時間：2020-11-06 08:08:50
所（suǒ）謂工（gōng）業上的*低溫流（liú）體，一般指在大氣壓下沸點為－50℃以下的流體。
代表性的*低溫流體有LNG(液化天然氣（qì）)、LN2(液氮)、LO2(液氧)、液化乙烯、液氫、液氯以及這些低溫氣體，L PG(液化（huà）石油氣)不包括在*低溫流體中。
在論述*低溫流體的（de）流量測量方法時，特別要了解（jiě）的是在工業過程中使用這些流體時，它與常溫或（huò）高溫相比有哪些（xiē）不同?容易發生什麽樣的問題?因此，*先列舉*低溫（wēn）流體和過（guò）程的特征加以說（shuō）明。
(1)容易（yì）引（yǐn）起狀態變化
構成*低溫流體的物質具有表1、表2所（suǒ）示的物理常數。這些流體通常（cháng）以飽和狀態儲存在（zài）絕熱的儲存容器裏。用泵升壓、送出，開始過程處理，並反複（fù）進行加壓、減壓。在此過程中，飽（bǎo）和（hé）狀態（tài）的*低溫（wēn）流體一會兒變為過冷狀態，一會兒變為沸騰狀態，狀態容易變化。因此，配管設計和流量計設計需要（yào）采取（qǔ）措施。
表1 低沸（fèi）點物質的物理常數（shù）
表2 液化天然氣成（chéng）分物質的物理常數
(2)有因濃縮而出現的物態變化
液化天然氣（qì）是由（yóu）表2所示的物質而組成（chéng）的混合物（wù）。由於從外部向儲存容器或配管內加（jiā）熱（rè），所以，先從甲烷開始蒸發，發生稱為濃縮的如圖1所示那樣的成分（fèn）變化。液化天然氣的成分物質（zhì）甲烷、乙烷、丙烷、丁烷的液態密度如圖2所示。由於濃縮，液化天然氣的液態密度變大，所以，測量流量時，必須修正密度。
(3)對材（cái）料有限製
金（jīn）屬材料在*低溫下的屈服點（diǎn）、拉伸強度、延伸率、節流（liú）、衝擊試驗值等機械性質與（yǔ）常溫下有很大不同，在（zài）*低溫下，金屬材料的拉伸強度上升，但延展性降低，衝（chōng）擊值也隨材料而顯著下降。因此，在*低溫下所使用的儀器的材料，應是有充分抗破壞韌性的材（cái）料，使（shǐ）之不引起脆性破（pò）壞，這些（xiē）材料就叫做（zuò）低溫材料（liào）。但是，現在使用的*一般的材料有（yǒu）：不（bú）鏽鋼（gāng）、鋁合金、90％的鎳鋼、35％的鎳鋼(鎳鐵合金)。表3示出了低溫材料的機械性質。圖3還示出了不（bú）鏽鋼的恰貝遷（qiān）移溫（wēn）度曲線。
圖1液化天然氣的濃縮
圖2 液化天然氣成分的液態密度
圖3不鏽鋼的恰貝遷（qiān）移溫度（dù）遷（qiān）移曲（qǔ）線
表3低（dī）溫材料的機械性質（zhì）
(4)要求考慮因冷縮而產生的應力、間隙的變（biàn）化後進行（háng）設計。
低溫材料的物理性質如表4所示。用這些材料設計測量儀器時，必須充分考慮（lǜ）冷縮的影響（xiǎng）。
(5)需要預冷
如果使*低溫流體急劇地流入處於溫暖狀態的配管和儀器的局部，則不能控製從法蘭漏出*低溫流體，這樣，配管和儀（yí）器會產生異常應力，有被破（pò）壞的危險。因此，必須（xū）進行預冷（lěng）作業，冷卻到所（suǒ）定的溫度狀態然後（hòu）開始（shǐ）使（shǐ）用（yòng）。
(6)必須注意因高凝固點物質的（de）凝固而產（chǎn）生故障
開始使（shǐ）用前（qián）．如果（guǒ）不消除空氣、油分（fèn），那麽，在*低溫下，固化的水分，油分，二氧（yǎng）化（huà）碳（tàn）等會增大可動部分的摩擦，使過濾器堵塞，發生效（xiào）障。
表4低溫材料的物理性質
(7)在氣液分界麵（miàn）引起對流
在氣液分界麵內產生的對流，會出現微弱的脈動現（xiàn）象，發生因煙霧而產生的故障。
流量測量儀器（qì）的種類
目前使（shǐ）用*多的*低（dī）溫（wēn）流體的流量測量儀器有孔板（bǎn）、丁烷流（liú）量計、渦輪流量計三種。但是，各種流量計，根據其用途、測量（liàng）範圍，也研製了很多不（bú）同的結構。因此，希望選擇儀器時，一定要在充分掌握各種儀器的特征的基礎上考慮價格。維護性能、要求精度、過程中測量（liàng）場所的特征。
*低溫流體（tǐ）以液體和氣（qì）體兩種狀態存在，但幾乎所有的問（wèn）題都發生在流體的流量測量過程中。因此．這裏（lǐ）主要說明*低溫液體的流量測（cè）量。
用孔板（bǎn）測量流體的方法是根據德國工業標準、美國機械工程師學會、日本工業標準等的標（biāo）準確定的。由於其使用效果好，所以，*低溫流體在以上述（shù）標準定義的物性值的範圍內，如果測量時沒有異常的物（wù）性值變化，就能進行（háng）圓滿的測量。
實際上在*低溫流體的流量測（cè）量中，孔板應用得*多，可靠性也高。但是，在進（jìn）行儀表設計（jì）時（shí）有（yǒu）幾個重要的事項（xiàng）需要注意，下麵就加以敘述。
材料（liào）和（hé）結構
1.材料采用SUS316L。焊（hàn）接噴嘴使用低炭焊接棒是安全的。
2.*低溫流體在飽和狀態下流動時，為把（bǎ）容易引起（qǐ）差壓的擺動平滑化後（hòu）進行測量，希望取壓型（xíng）式用角接取壓。
3.為了減少由於冷縮而引起的孔板漏濁，可將孔板和（hé）環室作成一（yī）體。
4.對於（yú）測量高壓配管或泵流用的孔板，難以用夾緊的辦法來控製安（ān）裝處的漏濁，有時甚至需要停（tíng）止（zhǐ）設（shè）備運行。因此，要按照配管等級來提高（gāo）孔板安裝位置的法蘭和螺（luó）絲的（de）等級，這種方法比（bǐ）通常（cháng）用的過盈量要大（dà），以防漏泄。同時，要將熱傳導（dǎo）率好的金屬（shǔ）插入螺絲的空間，使配管的冷縮不產生時間差。根據情況，也有選擇螺絲的冷縮率比孔板大的。
5.在口徑較大的（de）配管上安裝孔板時，用上述的薄片式的，有時不能控製漏泄。要使用帶有（yǒu）法蘭的孔板或（huò）焊（hàn）接（jiē）式孔扳。
2)孔板設計
丁烷（wán）流量計
特征
丁烷流量計用於*低溫流（liú）體的流量測量時，一般特（tè）征如下：
1.壓力損失比較小。即使是*低溫的（de）流體，其蒸發（fā）量也少，可以高精度測量。
2.量程範圍大。
3.由於是（shì）檢測流速，所以，流（liú）量和輸出的關係為線（xiàn）性。
4.由於可以脈衝輸出，容易（yì）累（lèi）積（jī）計算（suàn）。
5.很容易安裝導壓管。
結構和材料
為了減少熱收縮等原因產生的漏（lòu）液的可能性，主體一般裝有法蘭（lán）盤，而不用螺紋接頭。
為了避免（miǎn）冷熱的影響，前置放大（dà）器部分采用加長管來安裝。但是，有時也可根據情況安裝散熱片。本體、三角柱、法蘭盤（pán）需使用低溫（wēn）材料SUS316。
流量測量範圍
通常希望流量計的口徑與普通配管（guǎn）直徑一致（zhì）。但是，往往是根據將來的計劃來設計配管。當（dāng）配（pèi）管直徑很大或使用量增加之後，會出現測（cè）量精度變差、甚至不能測量的情況。在這種情況下，必須按測量範圍選用丁烷流量計以及前後安裝（zhuāng）的（de）整流器以使口（kǒu）徑一致。一般（bān）地說，可按照下麵幾點（diǎn）來選定。
1.*小流量（liàng）的*限是這樣選取的：當流量低於這個*限時，流量信號變弱。按雷諾數劃分的話，雷諾數大約是（shì）2000。
2.*大流量。換算為流速的話，取6米／秒。取該值的原（yuán）因（yīn）是一方麵在流量計（jì）的（de）檢測部分（fèn）壓力損失增加，流（liú）體在該（gāi）處急（jí）劇蒸發，另一方麵它是渦街流量測量的*限值。
結構和（hé）材料
渦輪流量計中裝有轉子和軸承等以高速轉動的（de）可動部分、摩擦部分。因此，應充分（fèn）了解其結構和處（chù）理方法，否則，使（shǐ）用時就不會發揮其特性。
一般使用的材料是大家（jiā）所知道的SUS304L低溫材料。如能進行奧（ào）氏體化處（chù）理（lǐ），SUS304也可使用。
軸承是渦輪流量計的*重要部分，達部分決定其特性、耐（nài）久性。如果被測（cè）流體是沒有潤滑性的液體，在選澤軸承時，要（yào）十（shí）分注意。通過實驗證明，測量液化天然氣用的渦輪（lún）流量計可以（yǐ）使用AISI 440C不鏽鋼的滾珠軸承。
流量範圍
用渦輪流量計測量*低溫流體時，*容易發生的故（gù）障是因儀表的壓力損失而引起的急劇蒸發。儀（yí）表中形成急劇蒸發後，轉（zhuǎn）子將以比（bǐ）通常轉速（sù）快數十倍的速度旋轉。這樣軸承會在很短的時間（jiān）內就被徹底磨壞。防止蒸發的*好方（fāng）法是適當加大儀表的（de）尺寸。渦輪流量計的壓力損失與流量的平方成正比，如能將被測*大流量限製在儀表容量的1／2時，壓力損（sǔn）失（shī）可下降到額（é）定的1／4。
一股地說，在（zài）間斷使用（yòng）時，如將被測*大流量控製在儀表容（róng）量的70％以（yǐ）下，基本上不會（huì）產生因儀表本身的壓（yā）力損失而出現的故障。連續使用時，要將常用流量限（xiàn）製在儀表容量的50％以下。這就需要將軸承的檢查（chá）周期取為一年以上。
粘度的影響
當流體是紊（wěn）流時，轉子的轉速不受（shòu）粘度和（hé）密度的（de）影響。但是，當是層流時，就要受影響（xiǎng）。因此（cǐ），在流量小的地方，可測量的流體的密度和流量之間存在一定的*限。液化天然氣等*低溫流體和汽油相比，粘度小一（yī）個數量級。因（yīn）此，就可以用汽油檢定，保證得（dé）到量程以上的值。
代表性的*低溫流體有LNG(液化天然氣（qì）)、LN2(液氮)、LO2(液氧)、液化乙烯、液氫、液氯以及這些低溫氣體，L PG(液化（huà）石油氣)不包括在*低溫流體中。
在論述*低溫流體的（de）流量測量方法時，特別要了解（jiě）的是在工業過程中使用這些流體時，它與常溫或（huò）高溫相比有哪些（xiē）不同?容易發生什麽樣的問題?因此，*先列舉*低溫（wēn）流體和過（guò）程的特征加以說（shuō）明。
(1)容易（yì）引（yǐn）起狀態變化
構成*低溫流體的物質具有表1、表2所（suǒ）示的物理常數。這些流體通常（cháng）以飽和狀態儲存在（zài）絕熱的儲存容器裏。用泵升壓、送出，開始過程處理，並反複（fù）進行加壓、減壓。在此過程中，飽（bǎo）和（hé）狀態（tài）的*低溫（wēn）流體一會兒變為過冷狀態，一會兒變為沸騰狀態，狀態容易變化。因此，配管設計和流量計設計需要（yào）采取（qǔ）措施。
表1 低沸（fèi）點物質的物理常數（shù）
表2 液化天然氣成（chéng）分物質的物理常數
(2)有因濃縮而出現的物態變化
液化天然氣（qì）是由（yóu）表2所示的物質而組成（chéng）的混合物（wù）。由於從外部向儲存容器或配管內加（jiā）熱（rè），所以，先從甲烷開始蒸發，發生稱為濃縮的如圖1所示那樣的成分（fèn）變化。液化天然氣的成分物質（zhì）甲烷、乙烷、丙烷、丁烷的液態密度如圖2所示。由於濃縮，液化天然氣的液態密度變大，所以，測量流量時，必須修正密度。
(3)對材（cái）料有限製
金（jīn）屬材料在*低溫下的屈服點（diǎn）、拉伸強度、延伸率、節流（liú）、衝擊試驗值等機械性質與（yǔ）常溫下有很大不同，在（zài）*低溫下，金屬材料的拉伸強度上升，但延展性降低，衝（chōng）擊值也隨材料而顯著下降。因此，在*低溫下所使用的儀器的材料，應是有充分抗破壞韌性的材（cái）料，使（shǐ）之不引起脆性破（pò）壞，這些（xiē）材料就叫做（zuò）低溫材料（liào）。但是，現在使用的*一般的材料有（yǒu）：不（bú）鏽鋼（gāng）、鋁合金、90％的鎳鋼、35％的鎳鋼(鎳鐵合金)。表3示出了低溫材料的機械性質。圖3還示出了不（bú）鏽鋼的恰貝遷（qiān）移溫（wēn）度曲線。
圖1液化天然氣的濃縮
圖2 液化天然氣成分的液態密度
圖3不鏽鋼的恰貝遷（qiān）移溫度（dù）遷（qiān）移曲（qǔ）線
表3低（dī）溫材料的機械性質（zhì）
(4)要求考慮因冷縮而產生的應力、間隙的變（biàn）化後進行（háng）設計。
低溫材料的物理性質如表4所示。用這些材料設計測量儀器時，必須充分考慮（lǜ）冷縮的影響（xiǎng）。
(5)需要預冷
如果使*低溫流體急劇地流入處於溫暖狀態的配管和儀器的局部，則不能控製從法蘭漏出*低溫流體，這樣，配管和儀（yí）器會產生異常應力，有被破（pò）壞的危險。因此，必須（xū）進行預冷（lěng）作業，冷卻到所（suǒ）定的溫度狀態然後（hòu）開始（shǐ）使（shǐ）用（yòng）。
(6)必須注意因高凝固點物質的（de）凝固而產（chǎn）生故障
開始使（shǐ）用前（qián）．如果（guǒ）不消除空氣、油分（fèn），那麽，在*低溫下，固化的水分，油分，二氧（yǎng）化（huà）碳（tàn）等會增大可動部分的摩擦，使過濾器堵塞，發生效（xiào）障。
表4低溫材料的物理性質
(7)在氣液分界麵（miàn）引起對流
在氣液分界麵內產生的對流，會出現微弱的脈動現（xiàn）象，發生因煙霧而產生的故障。
流量測量儀器（qì）的種類
目前使（shǐ）用*多的*低（dī）溫（wēn）流體的流量測量儀器有孔板（bǎn）、丁烷流（liú）量計、渦輪流量計三種。但是，各種流量計，根據其用途、測量（liàng）範圍，也研製了很多不（bú）同的結構。因此，希望選擇儀器時，一定要在充分掌握各種儀器的特征的基礎上考慮價格。維護性能、要求精度、過程中測量（liàng）場所的特征。
*低溫流體（tǐ）以液體和氣（qì）體兩種狀態存在，但幾乎所有的問（wèn）題都發生在流體的流量測量過程中。因此．這裏（lǐ）主要說明*低溫液體的流量測（cè）量。
用孔板（bǎn）測量流體的方法是根據德國工業標準、美國機械工程師學會、日本工業標準等的標（biāo）準確定的。由於其使用效果好，所以，*低溫流體在以上述（shù）標準定義的物性值的範圍內，如果測量時沒有異常的物（wù）性值變化，就能進行（háng）圓滿的測量。
實際上在*低溫流體的流量測（cè）量中，孔板應用得*多，可靠性也高。但是，在進（jìn）行儀表設計（jì）時（shí）有（yǒu）幾個重要的事項（xiàng）需要注意，下麵就加以敘述。
材料（liào）和（hé）結構
1.材料采用SUS316L。焊（hàn）接噴嘴使用低炭焊接棒是安全的。
2.*低溫流體在飽和狀態下流動時，為把（bǎ）容易引起（qǐ）差壓的擺動平滑化後（hòu）進行測量，希望取壓型（xíng）式用角接取壓。
3.為了減少由於冷縮而引起的孔板漏濁，可將孔板和（hé）環室作成一（yī）體。
4.對於（yú）測量高壓配管或泵流用的孔板，難以用夾緊的辦法來控製安（ān）裝處的漏濁，有時甚至需要停（tíng）止（zhǐ）設（shè）備運行。因此，要按照配管等級來提高（gāo）孔板安裝位置的法蘭和螺（luó）絲的（de）等級，這種方法比（bǐ）通常（cháng）用的過盈量要大（dà），以防漏泄。同時，要將熱傳導（dǎo）率好的金屬（shǔ）插入螺絲的空間，使配管的冷縮不產生時間差。根據情況，也有選擇螺絲的冷縮率比孔板大的。
5.在口徑較大的（de）配管上安裝孔板時，用上述的薄片式的，有時不能控製漏泄。要使用帶有（yǒu）法蘭的孔板或（huò）焊（hàn）接（jiē）式孔扳。
2)孔板設計
丁烷（wán）流量計
特征
丁烷流量計用於*低溫流（liú）體的流量測量時，一般特（tè）征如下：
1.壓力損失比較小。即使是*低溫的（de）流體，其蒸發（fā）量也少，可以高精度測量。
2.量程範圍大。
3.由於是（shì）檢測流速，所以，流（liú）量和輸出的關係為線（xiàn）性。
4.由於可以脈衝輸出，容易（yì）累（lèi）積（jī）計算（suàn）。
5.很容易安裝導壓管。
結構和材料
為了減少熱收縮等原因產生的漏（lòu）液的可能性，主體一般裝有法蘭（lán）盤，而不用螺紋接頭。
為了避免（miǎn）冷熱的影響，前置放大（dà）器部分采用加長管來安裝。但是，有時也可根據情況安裝散熱片。本體、三角柱、法蘭盤（pán）需使用低溫（wēn）材料SUS316。
流量測量範圍
通常希望流量計的口徑與普通配管（guǎn）直徑一致（zhì）。但是，往往是根據將來的計劃來設計配管。當（dāng）配（pèi）管直徑很大或使用量增加之後，會出現測（cè）量精度變差、甚至不能測量的情況。在這種情況下，必須按測量範圍選用丁烷流量計以及前後安裝（zhuāng）的（de）整流器以使口（kǒu）徑一致。一般（bān）地說，可按照下麵幾點（diǎn）來選定。
1.*小流量（liàng）的*限是這樣選取的：當流量低於這個*限時，流量信號變弱。按雷諾數劃分的話，雷諾數大約是（shì）2000。
2.*大流量。換算為流速的話，取6米／秒。取該值的原（yuán）因（yīn）是一方麵在流量計（jì）的（de）檢測部分（fèn）壓力損失增加，流（liú）體在該（gāi）處急（jí）劇蒸發，另一方麵它是渦街流量測量的*限值。
結構和（hé）材料
渦輪流量計中裝有轉子和軸承等以高速轉動的（de）可動部分、摩擦部分。因此，應充分（fèn）了解其結構和處（chù）理方法，否則，使（shǐ）用時就不會發揮其特性。
一般使用的材料是大家（jiā）所知道的SUS304L低溫材料。如能進行奧（ào）氏體化處（chù）理（lǐ），SUS304也可使用。
軸承是渦輪流量計的*重要部分，達部分決定其特性、耐（nài）久性。如果被測（cè）流體是沒有潤滑性的液體，在選澤軸承時，要（yào）十（shí）分注意。通過實驗證明，測量液化天然氣用的渦輪（lún）流量計可以（yǐ）使用AISI 440C不鏽鋼的滾珠軸承。
流量範圍
用渦輪流量計測量*低溫流體時，*容易發生的故（gù）障是因儀表的壓力損失而引起的急劇蒸發。儀（yí）表中形成急劇蒸發後，轉（zhuǎn）子將以比（bǐ）通常轉速（sù）快數十倍的速度旋轉。這樣軸承會在很短的時間（jiān）內就被徹底磨壞。防止蒸發的*好方（fāng）法是適當加大儀表的（de）尺寸。渦輪流量計的壓力損失與流量的平方成正比，如能將被測*大流量限製在儀表容量的1／2時，壓力損（sǔn）失（shī）可下降到額（é）定的1／4。
一股地說，在（zài）間斷使用（yòng）時，如將被測*大流量控製在儀表容（róng）量的70％以（yǐ）下，基本上不會（huì）產生因儀表本身的壓（yā）力損失而出現的故障。連續使用時，要將常用流量限（xiàn）製在儀表容量的50％以下。這就需要將軸承的檢查（chá）周期取為一年以上。
粘度的影響
當流體是紊（wěn）流時，轉子的轉速不受（shòu）粘度和（hé）密度的（de）影響。但是，當是層流時，就要受影響（xiǎng）。因此（cǐ），在流量小的地方，可測量的流體的密度和流量之間存在一定的*限。液化天然氣等*低溫流體和汽油相比，粘度小一（yī）個數量級。因（yīn）此，就可以用汽油檢定，保證得（dé）到量程以上的值。