弯管流量计作为近20年来出现的新型流量计量产品,由于具有高精度(实流标定可实现0.5级)、大量程比,双向测量,无压损,无可动部件、耐磨损、耐腐蚀、一次元件长期运行稳定等优点迅速在国内推广,深受用户的好评。
为了使大家更好使用弯管流量计,总结十几年来现场应用情况,本文列出几种现场应用中可能遇到的一些典型工况的实用解决方案,供大家参考。
1、如何解决小流量的计量问题
小流量计量是所有流量计共同的难题。但是在工业现场由于设计、工艺等环节的问题,小流量计量的出现又是会经常发生的。
弯管流量计在低于流量测量下限的小流量工作时会发生:
1、测量精度低,
2、流量时有时无(小信号切除大和差压变送器零点偏低),
3、管道阀门关闭后会依然有流量显示(小信号切除小和差压变送器零点偏高)等现象发生。
究其原因是由于弯管传感器管径选择阶段对小流量运行工况估计不足而选择流量计管径偏大造成的。在新建工程中由于考虑扩容(如供热的热水和蒸汽管道)和在压损要求很严的场合(如钢铁厂的煤气管道),往往选择大的管道管径,流体流速低,而弯管传感器的管径按照管道的相同管径选择,这样就造成了流速低于弯管流量计允许使用的下限流速(通常液体0.3米/秒和气体7米/秒)。
方法一:局部缩颈。根据流体介质类别、最小流量、工作温度、工作压力和弯管流量计最小流速要求,确定弯管传感器管径。如果确定的传感器管径显著小于工艺管道的管径,则应局部缩径处理,如图1所示:

例如:某公司现场,测量介质为煤气,原管道管径DN600,工艺最小流速2.71m/s;局部缩颈后弯管传感器管径DN350,最小流速7.95m/s,缩径处理后既可以满足弯管流量计测量要求,同时经计算也满足工艺压损要求。
方法二:双套差压配置。有些工艺管道的实际需求是,流量大小变化频繁,且没有固定的规律。最大流量和最小流量的比值远远大于10(最大流量时,压损大,但工艺允许)。例如:中国石化中原油田某天然气产销厂,文留4号集气站注气计量系统的流量计量就属于这种情况,注气过程从开始到结束流量变化范围有30倍之多。这种情况下可采用双差压变送器技术,即一台弯管传感器配接两台差压变送器,其中一台量程大,另外一台量程小,流量大时采用大量程的,流量小时采用小量程的,两台差压变送器同时在线测量,二次表根据采集结果自动判断当前差压值,这样既可以发挥弯管传感器大量程比的优点,又可以避免由于差压变送器测量误差造成系统超差的现象。

方法三:双套传感器配置。最大流量和最小流量的比值远远大于10,但大流量和小流量分时段运行,有固定的规律。(如果采用既照顾大流量又照顾小流量的折衷方案不是最优方案)。例如:某企业是热电厂的热用户,蒸汽管道夏季时只满足生产需要,冬季时既满足生产需要,同时还要满足供暖需要。这种情况下可以采用双弯管传感器技术(如图3所示),大流量测量时,打开3、5,关断4、6,相应的在二次表中设定弯管传感器管径为大口径值,此时大口径弯管传感器投入计量使用。小流量测量时,操作相反。在经济允许的情况下,可以配置两台差压变送器,同时进入二次表中,减少二次表参数的更改和弯管传感器一次阀的开和关等操作;再进一步,如果管道阀门为电动阀,二次表控制,系统可实现全自动计量。

2、不同测量介质、不同安装状态应注意的安装方法
2.1 蒸气测量且垂直安装时,盘式冷凝器的正确安装方法
盘式冷凝器是我公司的一项专利技术,它在蒸汽测量中是非常实用的。遇到现场弯管传感器垂直向下转水平安装时,现场技术人员把两侧的盘式冷凝器人为的安装到同一高度,如图5所示,正压侧盘式冷凝器抬高至与负压侧的平行,认为这样安装即可消除取压体不同高度造成的附加压差,从而省去了差压迁移的工作。结果是好心办了错事。这样安装测量的流量要比实际值小,小流量时仪表甚至不显示流量。


原因分析:盘式冷凝器的主要作用是使导压管中的水位始终维持在一个固定的高度,无论蒸汽的压力温度如何变化,保持水位高度不变,为差压测量创造一个稳定的条件。盘式冷凝器的正常工作状态为:在其入口水平导压管内部应为饱和蒸汽,压力与管道中的压力相同,温度通常应在100℃以上,压力越高温度越高;而在盘式冷凝器的出口前应为较高温度的水,一般在30至50℃左右。盘式冷凝器的抬高势必造成取压体和盘式冷凝器之间安装一段较长的的导压管,且倾斜向上抬高,散热量极大,造成在倾斜部位就形成饱和状态,从而在倾斜导压管内的上部是水,下部是蒸汽,且分界点随管道中蒸汽的压力温度变化而变化,并且该水位在倾斜导压管中不稳定,盘式冷凝器没有起到应有的平衡液位作用,出现上述现象是必然的。
正确安装方式见图4所示,检测出高差造成的附加压差,在差压变送器或二次表中迁移,即可消除影响,保证正常计量。
2.2 测量含水量高的气体(如压缩空气、水煤气等)的正确安装方法
在测量含水量高的气体流量时,如果按图6错误方式安装,负压侧导压管进入大量水,造成系统无法测量。正确安装方法应注意以下5点:
1、取压体倾斜向上;
2、安装三通阀后,导压管应引向上方,避免大量水进入导压管;
3、差压变送器应该安装在传感器的上方,如图7所示;
4、如现场条件所限,差压变送器需安装在弯管传感器下方时,导压管应先上后下,导压管的最低点应加装集液罐,避免饱和气体凝结出水影响正常导压,如图8所示;
5、传感器尽量选择水平转水平安装,同时要保证传感器部位是管道的高点。这一点往往容易被忽略。见下面的实例。


实例:长春东郊煤气厂,测量介质为焦炉煤气,管道管径DN250;温度30℃;压力0.14MPa;流量范围300~1000Nm3/h,差压变送器量程500Pa,安装位置为水平转水平,经计算采用DN150弯管传感器局部缩径安装在管道上。在下游约250米处又安装了一台已经过实流检定的腰轮流量计,进行比对实验。
在比对的前5天时间内,两台流量计的比对非常理想,两者相差保持在1%以内。双方都很满意,但是随后弯管流量计的流量逐渐升高,最后比腰轮流量计高出20~30%,经过检查,未发现弯管流量计的软硬件有问题。
是什么原因造成了弯管流量计测量值升高?管道中有水?弯管传感器安装的位置距地面8米高,水会积聚在这么高的水平管道中吗?即使有水,弯管传感器的管径是DN150,而管道管径是DN250,水怎么会淹没过弯管传感器部位呢?后经现场反复勘察和比对分析,确认这条架空的煤气管道在弯管流量计安装的转弯位置水平高度低于其前后的管道,由于管道较长并且是架空的,没有参照物比对很难发现,在管道排水阀已堵死的情况下,多日运行累积的水逐渐淹没了弯管流量计的下部,造成弯管流量计通过面积的减小,过流速度提高,差压值增大,流量增大。经局部抬高弯管传感器安装高度后,弯管流量计与腰轮流量计比对误差回到1%左右,至此问题解决。
建议:
1、含水量高的气体测量中,弯管传感器安装位置一定避免水的积聚;
2、不可避免的情况下,一定要安装疏水阀,自动排水。保证流量计正常运行。

2.3 在测量含气量高的水流量时的正确安装方法
在测量含气量高的水流量时,按图10方式安装,现象是:正压侧排污时出现大量气泡,排污后流量显示正常,过一段时间后,流量显示值缓慢下降,有时甚至显示零流量,再次排污又恢复正常,如此反复。

原因是:在管道的最上方积聚了大量的气体,流体的流动造成气体进入正压侧取压体和导压管中,使得流量下降,小流量时不显示流量。
解决的办法:在管道的最高处加装排气阀,彻底排气即可解决。
2.4 水和蒸汽测量时保温措施的正确选择
测量水或蒸汽,安装在室外,管道较高,差压变送器的保温箱安装在地面上,导压管采用自恒温伴热电缆和保温层防冻。出现的问题:不使用伴热电缆时,流量显示正常,启动伴热电缆,流量变化,小流量时变化极大。原因分析:正负压侧的导压管分别伴热保温,保温效果不一致,造成导压管内水的温度和密度不等,系统产生了一定的附加压差,例如,管道距差压变送器高度h=4米,正压侧水温度为50℃,对应密度ρ50=988.5kg/m3,负压侧水温度为30℃,对应密度ρ30=996.2kg/m3,则产生的附加压差为△P=(ρ30-ρ50)×h×g=(996.2-988.8) ×4×9.8=290Pa,对于小流量计量,该误差影响是非常大的。
正确的做法是将正负压侧取压体后的导压管以最短的距离合并在一起,再向下引至差压变送器,导压管外先做一薄层保温,然后再铺设伴热电缆,最后共同保温,尽量做到两个导压管的温度相同,问题即可解决。
3、供热系统供回水流量测量点的正确选择
在供热系统中的首站和热力站的二次网经常涉及到供水和回水流量的测量,目的是为了考察失水量和更精确的计量热量。如果流量点选择在供水和回水管道上,利用供水减去回水间接获得补水量,在失水量小或断续补水的情况下,有时甚至出现回水流量大于供水流量的现象。如果失水量在2%左右,那么应用1%准确度等级的流量计通过供水减去回水间接获得补水量就很困难。对于这种情况失水量的多少应通过单独测量补水量确定。
4、仔细分析,排除假象干扰的经典案例分析
通辽开发区热力公司,测量介质为蒸汽,管道管径DN250;温度198℃;压力1.4MPa;差压变送器量程3kPa,工艺管线如图11所示:

调试中的现象:
1、关死主管道阀门,调节差压变送器静态零点至4mA输出,关闭三阀组平衡阀,打开两侧阀,差压变送器输出5.2mA,约为225Pa,这个数值应为正负压侧盘式冷凝器高度差造成的压差;但经测量该高度差为190mm,计算理论压差为1860Pa,相差太大,为什么?
2、在上述状态下,将差压变送器的5.2 mA输出调为4mA,即认为差压动态迁移完成,可是当主管道阀门略开启,流量迅速增长至24吨/小时,而此时工艺用汽量约只有3吨/小时,为什么?
3、正负压侧排污,排气均正常;排污时,首先短时间喷出水,后变为蒸汽,正常。
问题分析:
1、根据管道中的蒸汽温度198℃、压力1.4MPa,判断为湿饱和状态,在主管道阀门关闭一段时间后,阀前管道(包括横管道)可能积聚大量的198℃、1.4MPa的饱和水,在此情况下,正负压侧盘式冷凝器高度差应产生差压值为:“高温水”和“常温水”因密度的不同在盘冷高差之间产生的差压:(998-866.7)×(0.707×250÷1000)×9.816=227Pa,接近实测的225 Pa;由此可以认为管道中积聚了大量的高温水,并且至少淹没过了正压侧取压口的位置。
2、差压变送器动态零点是由5.2mA调为4mA,迁移量只有225Pa,这个动态迁移是虚假的;而由盘式冷凝器高度差190mm计算的差压迁移量为1860 Pa,实际少迁移1860-225=1635 Pa;当主管道阀门打开时,管道中积聚的水流走,作用在差压变送器上的附加压力差即为+1635 Pa;而流量24吨/小时对应的压差为1666 Pa,即实际流动产生的压差为1666-1635=31Pa,对应的流量为3.27吨/小时,与实际用汽量基本相符。
3、排污时,首先短时间喷出水,后变为蒸汽,这一现象似乎管道中均为蒸汽,但若为温度198℃、压力1.4MPa的饱和水,也会出现上述现象,压力突降,温度变化很小,饱和水会变为饱和蒸汽。所以第三个现象也是可以解释的。
解决方法:在管道阀的上方加装疏水阀,减少管道中的积水量,再次进行差压迁移,就不会出现上述问题。
以上案例提醒我们,一台流量计能够正常的使用需要正确的安装、使用和维护保养、是准还是不准,不一定就是流量计的问题,它仅是工艺链条上的一个点,是和前后的工艺紧密关联的,因此我们希望在选择弯管流量计时,应尽可能提供详实的工艺信息,以便我们把服务工作做得更到位。




