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熱式氣體質量流量計選用考慮要點

2019-9-5 10:27:02來源:作者:admin

熱式氣體質量流量計(TMF)目前絕大部分用于測量氣體,只有少量用于測量微小液體流量。熱分布式儀表使用口徑和流量均較小,較多應用于半導工業外延擴散、石油化工微型反應裝置、鍍膜工藝、光導纖維制造、熱處理淬火爐等各種場所的氫、氧、氨、燃氣等氣體流量控制,以及固體致冷中固體氬蒸發等累積量和閥門制造中泄漏量的測量等。在氣體色譜儀和氣體分析儀等分析儀器上,用于監控取樣氣體量。分流型熱分布式儀表應用于30~50mm以上管徑時,通常在主流管道上裝孔板等節流裝置或均速管,分流部分氣體到流量傳感器進行測量。

冷卻效應的插入式TMF國外近10年在環境保護和流程工業中應用發展迅速,例如:水泥工業豎式磨粉機排放熱氣流量控制,煤粉燃燒過程粉/氣配比控制,污水處理發生的氣體流量測量,燃料電池工廠各種氣體流量測量等等。大管道用還有徑向分段排列多組檢測元件組成的插入檢測桿,應用于鍋爐進風量控制以及煙囪煙道排氣監測SO2和NOX排放總量。

液體微小流量TMF應用于化學、石油化工、食品等流程工業實驗性裝置,如液化氣流量測量,注入過程中控制流量;高壓泵流量控制的反饋量;藥液配比系統定流量配比控制;直接液化氣液態計量后氣化,供給工業流程或商業銷售。還有在色譜分析等儀器上用作定量液取樣控制以及用于動物實驗麻醉液流量測量。還未見到液體微小流量TMF國內定型產品。

一、儀表性能考慮

(1)流量范圍、流速和范圍度

TMF的流量應以單位時間流過的質量來表示,但測量氣體時習慣上亦常以計算到標準狀態下單位時間流過的體積表示。流速亦以標準狀態下單位時間流過距離的長度表示。與其他流量計相比,TMF適用于低流速范圍,特別是小口徑熱分布式;帶測量短管浸入檢測桿式可選上限(滿度)流速范圍較寬,上限范圍度(最大上限流量/最小上限流量)在10~30(TH1200型)和60~80(TH1300型)之間。

插入式TMF的上限流速選擇范圍較寬,可在0.5~100m/s,但較多用于3~60m/s之間,視儀表結構設計而異。插入式TMF適用于低流速煙道氣測量。

液體用TMF的上限流量很小,國外現有產品上限流量范圍在10-1~102g/min數量級之間;流量范圍度在10:1~50:1之間。

(2)精確度和重復性

TMF具有中等測量精確度。熱分布式的基本誤差通常在±(2~2.5)%FS之間。國外設計優良的產品則有較高精確度,基本誤差為±1%FS,重復性則在0.2%~0.5%FS之間。帶測量短管浸入式的基本誤差相仿,亦在±(2~2.5)%之間,設計優良的產品可達±2%R。插入式除儀表本身基本誤差外,還應加上流速分布系數變化影響等,單點測量影響較大,多點或多檢測桿則影響較小,合計約在±(2.5~5)%FS之間。插入式儀表檢測的點數視流通面積和流動狀況而定,有制造廠在正常流速分布流動狀況下,推薦檢測點數為:;圓管直徑在200mm以下為單位單點,200~300mm為雙點,350~700mm為3~4點,750~1200為5點,1250mm以上為6點。矩形管面積0.05m2以下為單點,0.1~0.2m2為2~4點,0.2~2.5mm2為4~12點,2.5m2以上為12~20為點。

(3)響應性

在流量儀表中TMF的響應時間是比較長的,時間常數一般為2~5s,響應較快者為0.5s,有些型號長達數秒、十幾秒甚至幾十秒者。若應用于控制系統不能選用響應時間長的儀表。

(4)流體溫度,環境溫度和環境溫度影響量

流體使用溫度一般為0~500C,范圍較寬者為─10~1200C,應用于窯爐或煙道的高溫高粉塵型則可高達5500C。加熱熱源溫度高于氣體數十度(K)。

測量氣體時流體溫度變化,不像體積流量儀表那樣氣體體積變化改變所測(體積)流量,并不影響質量流量,然而如前文所述若溫度變化過大,比熱容的變化會導致量程變化。這種影響因氣體種類而異,如空氣、氮氣、氧氣、氫氣等影響量不大;但有些氣體例如甲烷壓力在0.1MPa,溫度從300K升高到400K定壓比熱容要增加11.1%。此外還有零點偏移影響。

環境溫度適用范圍通常為(0~50)0C。較寬者為(─10~+80)0C。環境溫度激烈變化將影響經外殼散失的熱量,導致測量值的變化,包括零點偏移和量程變化。環境溫度影響量一般為±(0.5~1.5)%/10K,但也有一些制造廠聲稱無環境溫度影響。

(5)壓力損失

氣體用儀表壓力損失很小,滿量程流量時熱分布式壓力損失均在10kpa以下,其中帶層流分流部件(或無分流部件)的小管型,如LDG-1DB、LDG-2DB型僅數十帕;浸入式亦僅數十帕。

二、安裝方向

1)熱分布式大部分熱分布式TMF的流量傳感器可任何姿勢(水平、垂直或傾斜)安裝,有些儀表只要安裝好后在工作條件壓力、溫度下作電氣零點調整。然而有些型號儀表對安裝姿勢具有敏感性,大部分制造廠會對此就安裝姿勢影響和安裝要求作出說明。例如LDG-DB系列為減少環境氣氛對流傳熱影響,只能水平安裝,水平度允差±20。應用于高壓氣體時流量傳感器則寧可選擇水平安裝,因為這樣便于做到調零的零偏置。

2)浸入式大部分浸入式TMF性能不受安裝姿勢影響。然而在低流速測量時因受管道內氣體對流的熱流影響,使安裝姿勢顯得重要。因此在低和非常低流速流動時要獲得精確測量,必須遵循制造廠依據儀表設計結構而定的安裝建議。

三、直管段要求

1)熱分布式本類儀表對上下游配管布置不敏感,通常認為無上下游直管段長度要求。國際標草案ISO/DIS11451認為流量測量不受旋轉流和流速場剖面畸變影響。然而BS7405卻認為;①上下游直管段長度可小至2D;②在進口端置一金屬(或塑料)網,可有效地改善流速分布畸變,得到分布均勻的氣流;③要防止從小管徑突然擴大進入較大口徑儀表,要緩慢過渡。

2)浸入式帶測量管的浸入式流量傳感器和插入式儀表需要一定長度前置直管段,ISO/DIS14511對此未作具體規定,而按制造廠建議的值。BS7405建議對于在管道中用插入熱絲流速計時,需要(8~10)D的上游直管段和(3~5)D的下游直管段。表4列舉Sierra公司對帶測量管浸入式TMF所規定的上直管段長度;若在其進口端裝一塊或二快多孔板式流動調整器(整流器)后,則其長度可大為縮短。

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