在流量測量時氣穴和汽蝕形成原因及如何防止流體汽化對策

2021-01-09 電子產品世界

在測量液體流量時,流量計流量檢測部位產生氣穴將導致錯誤的測量。氣穴產生的原因是流量計內部壓力低於液體蒸汽壓所致。應提高工作壓力或在流量計下遊裝背壓閥以提高儀表內部壓力,勿使其低於標準規範或製造廠規定的值。

流量計內部最低壓力點的部位因儀表測量原理和結構而異,且有些流量計的最低壓力低於背壓很多,例如孑L板鄰近其下遊側,RZ-LWGQ蒸汽渦輪流量計的渦輪處,渦街流量計的旋渦發生體處。防止流量計產生氣穴所需背壓是多少?對於節流差壓式流量計的檢測件應不低於它們的初始氣穴數;其他流量計按式(2.39)計算最小背壓,例如對渦輪流量計和渦街流量計式中A、B兩常數分別是3和1.5。這是較保守的估計值,欲知所選用流量計的允許實際值應向製造廠查詢。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201612/334555.htm

流量計上遊管線配件產生的氣穴是常被忽視的—個禍源,特別是燃料、石油製品和有機溶劑產生的氣穴形成雲霧狀氣泡,在其下遊會保持相當長的距離,極易造成儀表測量誤差。流量控制閥在接近關閉狀態時最易發生氣穴;某些三通閥和四通閥在改變流通方向時也容易產生強烈的氣穴。

在液體流動的管路中,如果某一區域的壓力降低到液體飽和蒸氣壓力之下,那麼在這個區域內液體將會產生氣泡,這種氣泡聚集在低壓區域附近,就會形成氣穴,發生氣穴現象。在裝有透明管道的試驗裝置上,能觀察到氣穴的存在,它表現為在管道內一個基本不變的區域出現一個氣團。

在水流管路中,這種氣泡所包含的主要是水蒸氣,但是由於水中溶解有一定量的氣體,所以氣泡中還夾帶有少量從水中析出的氣體。這種氣泡隨著水流達到壓強高的區域時,氣泡中的蒸氣會重新凝結為液體,此時氣泡會變形破裂,四周液體流向氣泡中心,發生劇烈的撞擊,壓力急劇增高,其值可達幾百個大氣壓,不斷破裂的氣泡會使流道壁面的材料受到不斷的衝擊,從而使材料受到侵蝕。如果管路上裝有流量計,則汽蝕現象將引起測量誤差增大,並能損壞一次裝置。氣泡從形成、增長、破裂以及造成材料侵蝕的整個過程就稱為汽蝕現象。

汽蝕現象與熱力學中的沸騰現象有所不同,兩者雖然都有氣泡產生,但是汽蝕起因是由於壓強降低,而沸騰則是由於溫度升高。

液氨同其他飽和蒸氣壓較高的流體一樣,在流量測量中,流量一次裝置內或出口端極易出現氣穴現象。

處於汽液平衡狀態的流體,在溫度升高或壓力降低時,必然有部分液體發生相變。例如液氨在10℃條件下,平衡壓力為O.595lMPa,如果將壓力降低一些(例如將液氨中間槽中的氣態氨排掉一些),必然引起一定數量的液氨汽化,升騰到氣相中。由於這一蒸發過程是從液相中吸取汽化熱,所以汽化現象發生的同時,液相溫度下降,一直降低到與槽中新的壓力相對應的平衡溫度。

同樣,如果為槽中的氣相提供一定的冷量,則有一部分氣態氨變成液態氨,槽中氣相壓力相應下降。

處於汽液平衡狀態的氨,在輸送過程中,如果溫度不變而將其壓力升高(例如用泵加壓),或者壓力不變而將其溫度降低(例如用冷卻器將液氨冷卻),則液氨進入過冷狀態。

處於過冷狀態的液氨,如果壓力降低一些,只要不低矛當時液氮溫度相對應的平衡壓力,液氨不會出現汽化現象。

液氨儲槽或中間槽總有一定高度,在穩態情況下,處於汽液平衡狀態的液氮,僅僅是氣液兩相分界面處的那一部分,如果槽中無冷卻管之類的附件,槽中液體的溫度可看作是均勻一致的。因此,分界面以下液位深處的液氨,由於液柱的作用使靜壓升高,所以進入過冷狀態。離分界面越遠,液氮過冷深度越深。

為了避免液氮流量測量時出現汽化現象,選用下面的設計和安裝方法將是有效的。

①選用壓力損失較小的儀表。例如有一液氨流量測量對象的最大流量為40m3/h,選用DN50渦街流量計時的最大壓力損失為0.02MPa,比選用DN50渦輪流量計的壓力損失(為0.025MPa)小。

②合理選擇安裝位置。流量傳感器RZ-LWGQ蒸汽渦輪流量計安裝位置應選擇在槽的底部出口管道上。在保證直管段的前提下,與槽的出口處應儘量近些。這樣,液氨在輸送過程中,可減少經輸送管道從大氣中吸收熱量。同時,安裝位置應儘量低些,這樣可提高過冷深度。

③將調節閥安裝在流量計後面。圖3.52所示的流程中,氨中間槽與氨分離器之間有較大壓差,此壓差絕大部分降落在調節閥上。液氨流過此閥時,壓力突然降低,一定數量的液體汽化,從而出現氣液兩相流。為了避免流過流量計的流體中存在兩相流,節流閥必須裝在流量計下遊。如果氨分離器的液相出口配有切斷閥,則正常測量時必須將切斷閥開足。在現場曾經發生過切斷閥逐漸關小的同時,流量計示值不僅不下降反而大幅度升高的情況,就是因為切斷閥關小時,液氨迅速汽化,體積膨脹數十倍到數百倍,從而使輸出與體積流量成正比的速度式流量計輸出突然升高,出現短時間的虛假指示。

④提高過冷深度。潤中儀表科技有限公司提出了該公司生產的RZ-LUH型渦街流量計壓力損失和不發生氣穴現象的管道壓力計算公式,即

式中 Δρ——壓力損失, MPa;

ρ——液體的密度, kg/m3;

V——流速, m/s;

p——最低管道壓力(絕對壓力), MPa;

ρ——流體的飽和蒸氣壓(絕對壓力), MPa。

如果能滿足式(3.102)的要求,肯定能不產生氣穴,但是在使用現場往往滿足不了這一要求,幸運的是該公式的第二項提供了解決問題的另一個方法,即降低液體的飽和蒸氣壓。從前面分析可知,對於一種確定的液體,其飽和蒸氣壓ρ0是其溫度的函數,溫度越低P0越低。液氮在進流量計前,經適度冷卻,使溫度降低,從而如降低,這樣,儘管流量計進口壓力不變,也能收到不產生氣穴的效果。

冷卻進流量計的液氮在氨廠不是一件難事,只要將流量計前一定長度的管道改為夾套管,並引入少量的液氨經節流膨脹,汽化後的氨溫度降低,為管中的液氨提供冷量,汽化後的氨放出冷量後進回收系統。流程示意如圖3.53所示。


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