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 流量仪表 >> 弯管流量计  

 

 

JY系列智能弯管流量计

 


一、概述

   弯管流量计作为一种既年轻又古老的计量产品,它的优点已经得到计量界的认可,并且逐渐广泛应用于工业,公用事业等多个领域。弯管流量计的优点主要体现在原理可靠、结构简单、节能降耗、维护量少等方面,弯管流量计的一次传感元件——弯管传感器适用于恶劣的工业环境,对于高温、高压、潮湿、粉尘、震动等各种恶劣现场条件有很好的适用性,可对Ф 20-Ф2000mm,甚至更大的管道进行精确的流量测量(通过变径整流器)。在专用智能仪表或转换模块的配合下,可满足电力,热力,冶金,化工,城市供水供热,楼宇空调等不同行业的各种测量,输出等需求。其应用及发展前景广阔。

二、弯管传感器的工作原理

    流体在某一温度某一压力条件下流过一个管道,当其流经弯头时,该流体将做相应的圆周旋转运动。根据流体强制旋流等理论,流体在管道内作圆周运动与固体在空间状态下作圆周运动类似,因此流体必然会产生惯性离心力,该离心力的大小与流体的流速、流体的密度以及作圆周运动的曲率半径(也就是弯管传感器的曲率半径)等因素有关。

    由于弯管传感器曲率半径是已知的,流过弯管传感器的流体密度又可通过对流体的温度、压力等参数的测定利用主机的计算机准确地求得,因此在弯管传感器上产生的离心力的大小就只是流体流速的函数。只要测出离心力的大小(通过差压变送器间接测得),就可测出流体在管道内的流速,将流速乘以管道的截面积和流体的密度,流体的流量即可计算确定。

三、弯管传感器的分类

弯管流量计的一次传感元件——弯管传感器依安装管线上的不同分为如下三种:

•  90 ° 弯管传感器——用于工艺管线 90 ° 转弯连接处,替代原弯头

•  180 °弯管传感器——用于直管线上,替代部分直管段

•  135 °弯管传感器——用于工艺管线 135 ° 转弯连接处,替代原弯头

不同弯管传感器上焊接的两小段直管称之为取压体,弯管弧长较大的一方位正压测,具体见图 1(以水平弯管结构图为例):

 图1 不同弯管传感器示意图

90 °和 135 °弯管传感器 依据安装工艺管线转弯所形成的平面细分为如下三种:

•  正压测在上垂直安装弯管传感器——转弯形成的平面为铅垂面且转弯的弯头弧长大的一方在上面。

•  负压测在上垂直安装弯管传感器——转弯形成的平面为铅垂面且转弯的弯头弧长大的一方在下面

水平安装弯管传感器——转弯形成的平面为水平面
180 ° 弯管传感器只有水平安装形式,其它安装形式无意义。

具体见图 2(180 ° 水平安装图略)

图片点击可在新窗口打开查看 图片点击可在新窗口打开查看 图 2 垂直安装示意图

四、弯管传感器的安装尺寸

    对于 90 ° 和 135 ° 转弯处,只要原来连接的弯头采用的为弯经比为 1.5 的标准弯头, 90 °和 135°弯管传感器都可以很好地替换,其安装尺寸略。对于180 ° 弯管传感器需要替代部分直管线,其安装尺寸见下表1:

表 1 180 ° 弯管传感器安装尺寸表

图片点击可在新窗口打开查看

φ( mm )

89

108

159

219

273

325

377

426

478

529

630

720

L ( mm )

382

463

680

934

1163

1385

1605

1814

2035

2250

2680

3065

说明:安装尺寸 L 由于外径尺寸φ与工程尺寸的偏离而有所误差,应以产品的实际尺寸为准。

五、弯管流量计的基本特点

•  弯管传感器的特点

•  无附加阻力 损失 (对于90°和135°弯管传感器)、 节省流体输送的动力消耗、降低运行费用

•  安装方便、无泄漏、免维护、耐磨损、可 直接焊接安装在管道上

•  耐高温、耐腐蚀、抗震动、抗冲击、抗磁性能好

•  适应性强、量程范围宽、直管段要求低

•  测量精度高,重现性好; 测量精度可达± 1%以上,重现性则高达0.2%

•  使用寿命长

•  JY 系列主机的特点

•  多回路、多参数显示

•  先进的触摸式按键 ,外形和结构设计新颖,操作方便

•  掉电保护功能,保护掉电后重要数据不丢失

•  完备的实时运算补偿和数字滤波功能,提高了系统测量精度和稳定性。

•  智能逻辑判断和自诊断功能

•  RS-232(或485)串行接口输出,可直接与其他仪表或计算机系统通讯联网,满足用户和外部设备之间的实时通讯,或者外部控制、打印功能。

•  标准( 4-20mA)模拟量输出(可以根据用户需要选择)

•  热量累计功能,可用于测量水蒸气、供暖热水的累计热量

•  时钟功能,不受主机电源影响,能为用户提供准确的时间

•  体积小、低功耗、运行稳定、测量精度高

六、 JY 系列主机的基本结构

JY系列弯管流量计主机主要包括机箱、前面板、后面板、液晶显示模块和开关电源组成。

•  前面板

前面板主要由显示屏和按键组成。显示屏为八位码段式液晶显示屏。在显示屏左右两侧分别有4个工作参数标志,当液晶显示屏中的▲符号亮时,显示屏内显示的参数值为▲所指单位的此时刻对应量。左侧由上到下分别为实时时钟(T)、累计时间(∑T)、累计流量(t)、累计热量(GJ);右侧由上到下分别为温度(℃)、压力(MPa)、瞬时流量(t/h)、瞬时热量(GJ/h)。实时时间的显示格式为: XX:DD:HH:MM(月:日:时:分);累计时间显示格式为: XX.DD.HH.MM表示共运行了XX月DD天HH小时MM分钟。

•  后面板 :

后面板有一块+对接线柱的接线板, ZWRY主机为两路流量测量。第一对接AC220V交流电源,上面接电源的零线,下面接点接电源火线;第二对接线柱为接地端,上端标有GND端子为接地点,要良好的接地;第三对接线柱标注为TXD,RXD为RS232总线输出端;第四对接线柱标注为模出,表示为主机4~20mADC标准信号输出端,其正负号标志表示输出的正负极;后六对为信号输入接线柱,分别接差压变送器2(ΔP 2)、压力变送器2(P2)、温度变送器2(T2);差压变送器1(ΔP 1)、压力变送器1(P1)、温度变送器1(T1),标有(-)号表示接变送器的负端、标有(+)号表示接变送器的正端;如图4

图片点击可在新窗口打开查看

图 4 后面板示意图

•  主机板

主机板是整个系统的中枢,它主要采用了 PIC系列功能最强的PIC16F8xx单片机作为核心部件,再辅以外部时钟RAM芯片DS1302、MAX232(485)等串行口等信号输入、4-20mA模拟信号输出的电路AD420、码段式液晶显示模块等组成的具有较强的运算、逻辑分析、存储、显示、通讯等功能的微机系统。

•  开关电源

此电源为整个系统的供电电源,其输入为 220V,AC,输出2种直流电压。

+5V.DC: 供主机板电压使用

+24V.DC: 供外部变送器使用

七、主机参数设置

Enter 键为参数设置确认键;

>> 键为移位键;

•  键为加一键;

参数设置操作步骤:

•  按下 enter键,进入参数设置状态。此时主机显示屏将显示输入密码参数状态和它对应的标志码;按移位键“>>”和加一键“>”来输入密码,密码由厂家出厂时已设定好。密码输入正确,则可以进行参数修改,否则只能查看参数,不能对其进行修改。

•  进入参数修改状态的时候 ,对于不修改的参数,可以直接按确认键“enter”通过,此时显示屏依次显示下一个参数及参数标志代码,其显示顺序见表2;

•  对于需要进行修改的参数可进行如下操作,反复按移位键“ >>”,它可移动闪动的数字位(只有光标闪动的数字才能修改),需要修改的数字闪动时,即可以按加一键“>”进行“加一”操作,将该位数字调整无误后,按移位键“>>”,使闪动数字移位,进行下一位数字的修改;该参数全部修改完毕后,再按移位键“>>”移动光标到不闪烁的位置时,按确认键“enter”确认,并进入下一个参数的设定状态。否则,在还有闪动的数字位闪烁时按确认键“enter”,则对此参数的修改失效,系统将对该参数没有进行任何修改直接进入下一个参数设定状态。

•  所有参数设置完毕后, 主机自动返回到显示测量值的正常运行状态 。

•  清累积量:按“ enter”键,使显示屏显示“1CXXXXX”;此时第一位X数字将闪动,如果闪动的不是第一位数据,则按移位键“>>”,使闪动的光标移到第一位数字上;按加一键“>”,第一位闪动的“X”置为“1”,然后按移位键“>>”移动光标到不闪烁的位置时,按确认键“enter”确认,累积量清完。

•  设置弯管传感器的空间安装状态:

•  参照上面的步骤,使主机进入参数设定状态;

•  连续按“ enter”键,使显示屏显示“1C×××××”;

•  按移位键“ >>”,使闪动的光标移到第二位“×”处;

•  按加一键“ >”,使第二位闪动的“×”置为“0、1或2或3”;(具体0、1、2、3的含义见表3)

•  按移位键“ >>”移动光标到不闪烁的位置时,按确认键“enter”确认;

表 2:参数代码表

序号

标志代码

参数名称

单位

有效数字表示

1

Pd

密码

XXXXX

2

D

管径

mm

XXXX.X

3

Dp

差压量程

Pa

XXXXX

4

图片点击可在新窗口打开查看

温度量程

XXXX.X

5

T_

温度量程下限

XXXX.X

6

P 图片点击可在新窗口打开查看

压力量程

Mpa

XX.XXX

7

P_

压力量程下限

Mpa

XX.XXX

8

1C

第一组控制参数选择

XXXXX

9

2C

第二组控制参数选择

XXXXX

10

Ty

时钟年月

XX :XX

11

Td

时钟时日

XX :XX

12

Tu

时钟分秒

XX :XX

13

F 图片点击可在新窗口打开查看

流量输出最大值

T/h

XXXXX.

14

d_

小信号切除

pa

XXXX. X

15

d

零点迁移

pa

XXXX. X

16

图片点击可在新窗口打开查看

密度

Kg/m 3

X.XXXX

图片点击可在新窗口打开查看 图片点击可在新窗口打开查看

八、正常工作状态时显示功能及操作

Enter 键为参数设置检查键;

>> 键为自动循环显示键;

•  键为定点显示键;

1 . 多参数循环显示:

按一下循环键“ >>”,主机就会进入循环显示模式,其循环显示的次序是:介质温度→介质压力→瞬时流量→瞬时热量→实时时间→运行累计时间→积累流量→积累热量→介质温度。循环显示时每个参数的显示时间为五秒钟。对于空气、煤气等则根据需要没有热量显示。

2 . 定点显示:

当主机处于循环显示状态时,为了更好地观察某个参数,可以在显示屏显示这个参数时,按一下定点显示键“ >”,则主机变循环显示为定点显示,如果不在进行其它操作,主机将一直保持定点显示模式,这一设计将有利于该表作为过程流量计使用时长期检测瞬时流量的操作需要。在定点显示模式下要想重新恢复循环显示模式,只要再按一下循环键“>>”即可。

3. 检查设置参数值:

所谓检查设置参数值就是在显示屏上循环显示各参数的预设值,一个循环结束后主机自动返回到显示测量值的正常运行状态。

具体操作解释如下:按一下参数设置检查键 enter,主机即进入密码参数输入状态,按enter键略过密码,进入参数查看状态。这时显示屏前两位将显示参数的标志符,后五位则是该参数的设置值,其循序显示的次序见表一。然后,继续按enter键显示下一个参数。当所有参数的设置值按次序全部显示一遍后,主机返回到显示测量值的正常运行状态。

九、JY 系列主机主要技术指标

•  测量范围:

管径:Φ 20~Φ2000mm;

流速: 0.2~12.0米/秒(液体介质);

7~120 米/秒(蒸汽或其他气体);

温度: 0~500℃;

压力: 0~5.5MPa;

•  精度 :

温度测量误差: 0.2%;

压力测量误差: 0.2%;

瞬时热量测量误差:小于 2.0%F.S;

瞬时流量测量误差:小于 1.5%F.S。

•  主机功耗 :

工作电源为 220V时小于25W;

•  主机工作环境要求 :

温度:- 10~45℃;

湿度:小于 85%;

•  显示方式 :

液晶显示,可显示实时时钟( T)、累计时间(∑T)、累计流量(Kt)、累计热量(GJ);右侧由上到下分别为温度(℃)、压力(MPa)、瞬间流量(t/h)、瞬时热量(GJ/h)。还可根据具体要求进行相应的显示。

6. 输出模式(订货时选择,没有说明时仪表不具备输出功能) :

A)RS-232或RS-485串行接口输出;

B)4~20mA标准信号输出。

7. 报警功能(订货时选择, 没有说明时仪表不具备报警功能 ):

主机可对流量、温度、压力、差压四种被测参数进行高、低限位报警,并有一对输出接点可供用户外接声、光报警用。

8. 外形尺寸 : 160×80×200(mm);
9. 仪表主机重量 :2kg

十、 JY 系列测量系统的组成

弯管流量计的基本组成除弯管传感器和主机之外,还需要配置差压变送器(必须配置)、压力变送器和温度变送器(可以根据被测对象的要求选配)以及其他配件。(参见附图)

•  差压变送器是用来检测弯管传感器产生的差压值,因此它是弯管流量计测量系统不可缺少的配件

•  系统是否配置压力和温度变送器,这要依具体的测量对象来决定。对于测量蒸汽或者其他气体介质的系统,在测量弯管传感器差压的时候,必须同时测量介质的温度、压力,以便能对蒸汽或者气体进行必要的实时温、压密度补偿,以保证系统的测量精度。因此,原则上必须配置温度和压力变送器;在测量液体介质的时候,只要介质的温度,压力不是太高或者太低,波动范围不大,液体的密度变化不是很大,系统可以不配置温度变送器和压力变送器及相应装置。

•  系统的其他构成组件

差压变送器配套使用的三阀组

•  测量蒸汽或者其他高温可凝性气体时增加的盘式冷凝器

•  弯管传感器上配套的针阀和旋塞阀

•  温度变送器配套的安装台、保护套管的温度传感器( Pt100)

•  压力测量口的截止阀和差压变送器的排污阀

•  其他安装材料:导压管(φ 14×2的无缝钢管)和信号线(0.5左右的双芯屏蔽线)等(用户自备)

十一、系统的安装

对于压力、差压、温度变送器、温度传感器的安装,原则上只要是符合常规的安装规范就可以满足本系统的要求。具体的安装要求可以参看压力、差压、温度变送器及温度传感器的安装说明书,在这不作详细的介绍。

•  弯管传感器的安装要求

弯管传感器采用焊接法安装在测量管道的九十度转弯处,其空间安装状态原则上可以是任意的,也就是说弯管传感器在安装时没有严格的方位或方向要求,总体来说有以下四种安装状态可供选择:

●水平转水平;

● 正压测在上垂直安装 ;

● 正压测在下垂直安装 ;

●任意空间状态。

以上四种状态在弯管传感器安装时原则上都可以使用,但对于有些被测介质,选择适当的安装状态,既可以大大简化安装、调试工作,又对提高系统测量精度大有好处。因此如何正确选择弯管传感器的安装状态是十分重要的。具体表现为以下几个原则和方法:

•  对于测量一般液体介质的弯管传感器,它可以以任意状态的形式进行安装,这是因为管内液体与导压管内的液体几乎处于同样的工况条件下,无论弯管传感器两个引压口处于什么样的相对位置上(指上下关系),都不需要对差压变送器进行迁移和补偿,因此弯管传感器的安装方位与系统的测量精度无关。

•  对于测量热水或冷水(指管道内的液体温度与环境温度相差较大)的系统,如果这时弯管传感器不是采用水平转水平的安装状态,那么弯管传感器的两个引压口之间必然会有一高度差 H值存在 ,由于主管道内液体与导压管内液体处于不同的温度条件下,其密度有一定的差别,为了提高系统的测量精度,必须对这一高差和温差所共同造成的差压变送器的偏差值进行迁移补偿。其迁移量可用下式计算:

Δ P= H(ρ 1 -ρ 2 )*g

其中:

ΔP---差压变送器的迁移量;

H---两个取压口的高度差;

ρ 1 ---导压管内液体密度;

ρ 2 ---管道内液体密度;

g---重力加速度

具体采用正向迁移还是负向迁移要看管道安装的方位和管道内是热水还是冷水来决定。弯管流量计中采用计算机自动迁移补偿技术,根据固定高差 H值和实测温度值实时计算导压管和主管道中流体密度差值,直接从差压变送器测量差压值中消除该差压误差。

•  测量蒸汽或其他可凝性气体的弯管传感器的安装,这里主要考虑的安装要点是这些介质在常温下会冷凝为液体,致使导压管内最终会积满液体。因此当弯管传感器不是采用水平转水平的安装状态时,就必须对由两个引压口的高差所造成的引压管内液柱的高差进行迁移补偿。这一迁移补偿的精度是保证该测量系统精度的最重要的条件之一。由于工艺管道内介质的密度很小(因为它们是汽、气体状态),而导压管内的介质密度很大(它们是液体状态),这两种介质的密度相差极大,因此差压变送器的迁移量相对来说是比较大的,而弯管传感器又是一种低差压传感器,在正常工作范围内它所能产生的差压值比较小,于是如何保证差压变送器的迁移精度就十分重要。

 

•  图片点击可在新窗口打开查看

为了尽可能避免由于迁移不当而造成测量附加误差的发生,在测量这些介质时建议采取了如下的技术措施。 在弯管传感器的引压口处一律加装盘式冷凝器,以确保导压管内冷凝液液面的稳定;

•  只要现场条件许可,弯管传、感器最好采用水平转水平的安装方式,使弯管传感器的两个引压口处于同一水平面上,从根本上消除需对差压变送器进行补偿迁移的麻烦;

•  由于弯管传感器两个引压口处于弯管的两侧,因此要想准确保证两个盘式冷凝器及取压口在同一水平面上是不容易的,我们在这里提供一个简易测量方法供用户安装时参考(如图 5所示)。取一根足够长的透明塑料管灌满水,将塑料管两端分放在弯管两侧两个测压口处,利用塑料管两端可见的管内水平液面仔细调整盘式冷凝器的高度,就可以方便地使两个盘式冷凝器处于同一水平面上。

•  无论采用哪一种安装方法,有一点是需要共同遵守的,那就是在系统正式运行之前,必须将导压管和变送器中的空气排净,这样才能保证系统的正确运行,因此,对有些测量液体的系统在导压管的最高点需要加装集气罐,用以捕集运行中可能进入导压管的微量气体。鉴于同样的原因,在设备安装时,对于水平走向的导压管必须保证其有 10:1 左右的倾斜度,倾斜的方向以有利于气体返回主体管道或有利于进入集气罐为原则。

•  弯管传感器前后直管段的要求

弯管传感器前面直管段的要求为5D,后面直管段的要求为2D。若传感器的前方为弱干扰源,其直管段还可相应减小。

•  主机的安装

主机可安装在各种仪表盘或仪表箱的面板上,要注意仪表的良好接地。同时,主机的安装也应尽可能远离强电、磁场干扰的环境,特别是主机正面方向不应有强电、磁场干扰源存在。

十二、系统的调试与投运

•  按系统配置的要求,检查所有设备、管道、阀门、接头、导线、接线端子、插头等是否安装齐全、正确、牢靠,且管道和设备没有堵塞和泄漏现象, 导线没有错接、短路和断线 。必须确认无误后方能进行系统调试工作。

•  给主机送电,在主机得电的同时主机也给各变送器供电,此时主机应该显示各变送器的相应值,由于运输等原因,可在此时对变送器进行初步调零操作。

•  温度和压力变送器投运十分简单,基本上接通导线和打开测压阀门就可以正常运行了。但对压力变送器有一点需要注意,当弯管流量计是测量蒸汽或其它可凝性气体时,如果压力变送器安装位置离取压口的垂直距离较大时,(一般变送器处于取压点的下方)导压管内的液柱会造成压力变送器示值偏高,因此必须对压力变送器的零位进行适当的修正,以保证压力测量值的准确性。

•  差压变送器的投运可按以下步骤进行(以测量蒸汽介质为例):

•  将三阀组件正负压阀关死,平衡阀打开,这时可进行差压变送器的零位调整;

•  打开弯管传感器上盘式冷凝器后的一次阀,再打开两侧两个排污阀,用蒸汽彻底吹扫导压管,其目的一是清洁导压管,二是将导压管内的空气彻底排净,直到认为满意为止。 (注意:此时三阀组件正、负阀必须关死)

•  这时关死排污阀,让蒸汽在导压管中自然冷凝,直到整个管道和盘式冷凝器内全部充满冷凝水为止。当导压管中已有足够的冷凝水时,可将三阀组件的正负压阀打开,平衡阀关死,让冷凝水分别进入差压变送器正负压室中。为保证差压变送器正负压室中的残余空气能全部排除干净,可适当打开正负压室的排气阀排气, 但决不能让蒸汽进入差压变送器的正、负压室 。

•  由于冷凝水的积累需要一定的时间,因此开始差压变送器的示值不会准确,等冷凝水完全充满整个测量系统(包括导压管、差压变送器的正负压室和盘式冷凝器)后,差压变送器的指示即会趋于正常。

•  所有变送器都投运正常后,即可进行主机的正式投运操作。其步骤如下:

•  先检查、设定或修改各有关参数值。(如:弯管传感器管径、差压、温度、压力等等),并确认与现场实际情况相符无误;

•  使主机进入正常运行状态,这时主机开始进行正常计算;
到此为止,系统进入正常运行状态。

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