对于水泵测试,综合考虑其水力特性、试验介质、仪表特性、自动化程度、环境条件及经济性等因素,电磁流量计的应用最为普遍,其次是涡轮流量计(小流量测试领域)。
电磁流量计的选型需要考虑的因素如下表所示:
项目 |
考虑因素 |
仪表性能方面 |
精确度、重复性、范围度、流速、流量范围、与流体接触体材质、信号输出特性、响应时间 |
流体特性方面 |
电导率、流体工况(压力、温度)、异相(固/气)含量、流动脉动状况、化学性质(腐蚀性)、电化学特性、磨蚀性、污脏结垢 |
安装条件方面 |
管道布置、流动方向、上下游阻、流体状况和直管段、管道振动、维护空间、接地 |
环境条件方面 |
湿度、温度、防爆要求、安全性、管道杂散电流、电磁干扰 |
经济方面 |
仪表购置费、安装调试费、维修费、校验(准)费、使用寿命(折旧费)、运行费(能耗)、备件 |
电磁流量计的精度确定至关重要。目前市面上较通用的电磁流量计精度为0.5级和1级,有些型号仪表声称精度等级为0.2级或0.3级,德国科隆电磁流量计甚至能做到0.15级,但保持这一精度往往有严格的安装要求和较窄的参比条件,因此电磁流量计选型时,不能单纯看指标。此外,根据GB/T 3216-2005标准的规定,对于1级试验精度要求的水泵试验系统,其流量测量的系统不确定度保证±1.5%即可。因此,选用0.5级精度的电磁流量计是水泵测试领域的较普遍做法。
电磁流量计选型时,其次是确定其量程范围。量程范围的确定与流速的选择及口径大小有关,一般电磁流量计满度流量时的液体流速可在0.5~12m/s内选用。电磁流量计的上限流速因仪表阻力损失很小,所以原理上是不受限制的,而且流速较大时,其测流精度更高。下限流速则需综合考虑电磁流量计的测量精度,一般电磁流量计测量介质流速小于1m/s时,其测量精度急剧下降。对于水泵测试领域而言,管道内的实际流速还需综合考虑待测泵的水力特性及试验管路的阻力损失情况。大致可参照HG/T 20570.6《管径选择》标准中对于工业流程中水及粘度相似液体的常用流速范围,如下表所示。
工作条件或管径范围 |
常用流速,m/s |
P=0.1~0.3MPa(表压) |
0.5~2 |
P≤1MPa(表压) |
0.5~3 |
P≤8MPa(表压) |
2~3 |
P≤20~30MPa(表压) |
2~3.5 |
因此,对于水泵测试领域,试验介质为水或者粘度不高的流体时,一般设计经济流速取1~5m/s。确定了介质流速,即可根据管径系列确定每个口径规格的电磁流量计的测量范围。
电磁流量计的衬里和电极直接与被测介质接触,在选择材料时,应从介质的腐蚀性、磨损性和介质的温度等几个方面加以考虑。对于水泵清水试验,由于工业用水通常苯含量较高,因此选择化学性能稳定的聚四氟乙烯更安全稳定。对于电极材料,大部分采用的是304/316不锈钢电极。
电磁流量计的正确安装、以及安装过程中有意识采取措施提高信号的抗干扰能力,对于获取高精度的流量测量数据也至关重要。电磁流量计安装时,应注意管内介质的流向,同时,前后直管段分别要求至少5D和3D。电磁流量计水平安装时,要使电极轴线平行于地平线,并且最好不要安装在管系的高点或顶部等易积聚气体的部位。电磁流量计安装时,考虑转换器的抗共模干扰能力,需要对电磁流量计进行接地。如果电磁流量计安装于导电材料制成的管道上,则通过管道法兰即可引出接地线。如果管道是非导电材料,或是金属材料但是内部衬有绝缘材料衬套时,则需要连接接地环以消除干扰。接地环的材料可以与电极材料相同。
另外,考虑电磁流量计的信号比较弱,外界略有干扰就能影响测量的准确度。因此,电磁流量计变送器的外壳、屏蔽线、测量导管以及变送器两端的管道都要接地,并且要求单独设置接地点,绝对不要连接在电机、其他电器等公用地线上。
电磁流量计在应用过程中受到的外界干扰主要是管道的杂散电流干扰以及空间电磁波干扰等。管道的杂散电流干扰一般采取上述良好单独接地保护即可解决。空间电磁干扰则一般经过信号电缆引入,因此信号电缆应采用屏蔽线缆,并单独穿在接地钢管内,不要与其他电源电缆布置在同一钢管内。