壓縮空氣流量測量
壓縮空氣是企事業(yè)單位重要的二次能源，大多由電能或熱能經(jīng)壓縮機轉化而來(lái)。當空氣壓力值要求較低時(shí)，則由鼓風(fēng)機產(chǎn)生。
在化工等生產(chǎn)過(guò)程中，有一種重要的工藝過(guò)程—氧化反應，它是以空氣作原料，和另外某種原料在規定的條件下進(jìn)行化學(xué)反應?？諝赓|(zhì)量流量過(guò)大和過(guò)小，都會(huì )對安全生產(chǎn)、產(chǎn)品質(zhì)量和貴重原料的消耗產(chǎn)生關(guān)鍵影響。在這種情況下，空氣流量測量精確度要求特別高，多半還配有自動(dòng)調節。
鍋爐和各種工業(yè)爐窯中的燃燒過(guò)程，其本質(zhì)也是氧化反應，對助燃空氣流量的測量，雖然準確度要求不像化工生產(chǎn)中的氧化反應那樣高，但對環(huán)境保護和經(jīng)濟燃燒、節約燃料也有重要意義。
(1)壓縮空氣流量測量的特點(diǎn)
①振動(dòng)大
安裝在壓縮廠(chǎng)房和鼓風(fēng)機房的空氣流量計都得考慮振動(dòng)問(wèn)題。這種振動(dòng)主要來(lái)自壓縮機和鼓風(fēng)機，機器的振動(dòng)通過(guò)空氣管道或風(fēng)管可以傳到很遠的地方。其中振動(dòng)最大的要數往復式壓縮機，大型往復式壓縮機運行時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)往往帶動(dòng)廠(chǎng)房和周?chē)孛嬉黄鹫駝?dòng)，對相關(guān)空氣流量計的準確而可靠的運行帶來(lái)威脅。它引發(fā)杠桿式差壓變送器支點(diǎn)移動(dòng)而使儀表產(chǎn)生示值漂移。振動(dòng)導致渦街流量傳感器產(chǎn)生同振動(dòng)頻率相對應的干擾信號，引起流量示值大幅度偏高。
②氣體帶水
壓縮空氣取自大氣，而大氣中總是含有一定數量的水蒸氣。水蒸氣的含量用水蒸氣分壓ps表示。大氣中的水蒸氣飽和分壓是大氣溫度的函數(見(jiàn)表3.5)。在雨天和霧天，室外大氣中的水蒸氣分壓達到飽和程度，即相對濕度達到100%，這時(shí)將大氣壓縮就如同壓迫吸足水的海綿，隨著(zhù)體積的縮小，就有相應數量的水析出。這是壓縮空氣所以帶水的簡(jiǎn)單原理。在晴好的天氣，大氣相對濕度較低，但隨著(zhù)其被壓縮，體積縮小到原來(lái)的幾分之一后，水蒸氣分壓會(huì )相應升高，也有可能進(jìn)入飽和狀態(tài)而析出水滴。
用來(lái)測量壓縮空氣流量的較大口徑孔板流量計，孔板前常有積水，要影響測量準確度。引壓管線(xiàn)中常有一段水，導致差壓變送器測到的差壓同節流裝置所產(chǎn)生的差壓不一致。這些都是空氣帶水引起誤差的常見(jiàn)原因。除此之外，由于城區大氣中氮氧化物含量較高，使得壓縮空氣所含水滴呈酸性，引起環(huán)室表面腐蝕、管道內壁腐蝕，使其表面變得粗糙。腐蝕產(chǎn)生的氧化鐵在一定條件下變干燥時(shí)，很容易從管內壁脫落而被氣流帶到孔板前，這也會(huì )對流量示值產(chǎn)生影響。所以在停車(chē)檢修時(shí)，應將這些粉狀和塊狀的垃圾予以清除。
③脈動(dòng)流
壓縮機和鼓風(fēng)機出口流體多數包含一定的脈動(dòng)。例如往復式壓縮機，表現為半波脈動(dòng)，如圖3.14所示。在現場(chǎng)可觀(guān)察到壓縮機和鼓風(fēng)機的出口壓力有明顯擺動(dòng)。其中正(定)排量鼓風(fēng)機出口脈動(dòng)頻率較高，一般有幾十赫茲，而往復式壓縮機出口脈動(dòng)頻率較低，一般為幾赫茲。流動(dòng)脈動(dòng)引起差壓式流量計、渦街流量計等多種流量計示值偏高，引起浮子式流量計中的浮子上下跳動(dòng)。消除和減弱流動(dòng)脈動(dòng)對流量計示值影響的常用方法有兩個(gè)：一是在壓縮機出口設置一只緩沖罐濾除脈動(dòng)，而將流量計安裝在緩沖器后面，實(shí)際上往復式壓縮機的系統都是這樣設計的；二是將流量計安裝在遠離脈動(dòng)源的地方，這樣可利用工藝管道的氣容同其管阻構成低通濾波器衰減脈動(dòng)。
(2)儀表選型
能夠用來(lái)測量空氣流量的儀表有多種，但是在現場(chǎng)實(shí)際使用的空氣流量計，按其原理分，種類(lèi)并不多。最主要的有玻璃浮子流量計、節流式差壓流量計、渦街流量計和均速管流量計等。
①浮子流量計
浮子流量計在中型和小型實(shí)驗裝置上使用很廣泛，這是因為浮子式流量計簡(jiǎn)單、直觀(guān)、價(jià)格低廉，適合作一般指示。浮子流量計有玻璃錐管型和金屬錐管型兩大類(lèi)，玻璃錐管型的不足之處是耐壓不高和玻璃錐管易碎，另外，流體溫度壓力對示值影響大。一般可根據流體實(shí)際溫度和壓力按式(3.31)進(jìn)行人工換算。式中由于引入ρn，在被測氣體不為空氣時(shí)，也可利用該公式進(jìn)行換算。
②節流式差壓流量計
節流式差壓流量計在空氣流量測量中有著(zhù)悠久的歷史。節流式差壓流量計盡管有范圍度窄、安裝維護麻煩以及壓力損失大等重大缺點(diǎn)，但在振動(dòng)較明顯的壓縮機房、鼓風(fēng)機房，它仍然是可靠性高、穩定性好、抗干擾能力強的首選儀表。
用節流式差壓流量計測量空氣流量最重要的是要處理好節流件前積水、變送器高低壓室內積水以及引壓管線(xiàn)中積水問(wèn)題。
a.節流件前積水問(wèn)題
解決節流件前積水最簡(jiǎn)單的方法是在節流件的下部開(kāi)疏液孔。但是空氣管道不像蒸汽管道那樣清潔。在蒸汽管道中因為與管道內壁接觸的是水蒸氣，而水蒸氣在發(fā)生過(guò)程中一般都經(jīng)過(guò)除氧工序，因此蒸汽中基本不含氧，經(jīng)長(cháng)期使用的蒸汽管，其內壁可能僅沉積微量的灰色粉末，除此之外不會(huì )有鐵銹。而空氣管道內則全然不同，灰塵和氧化鐵難以避免，有時(shí)疏液孔被堵死。在停車(chē)檢修時(shí)拆下節流裝置，發(fā)現節流件正端平面上有積水的痕跡，就是證據。
徹底消除節流件前積水的方法是將節流裝置安裝在垂直工藝管上，或改用圓缺孔板或偏心孔板。其中，偏心孔板不確定度較小，優(yōu)于圓缺孔板。
b.差壓變送器高低壓室內積水問(wèn)題。
圖3.15(a)所示是典型的節流式差壓流量計信號管路安裝圖，在被測流體為濕氣體時(shí)，冷凝液理應不會(huì )進(jìn)入差壓變送器高低壓室，但從現場(chǎng)反饋信息來(lái)看，實(shí)際情況是有時(shí)還會(huì )有微量水滴進(jìn)入高低壓室。變送器差壓范圍較低時(shí)，此微量水滴會(huì )引起儀表零點(diǎn)的明顯漂移。有些差壓變送器設計有兩個(gè)排放口，打開(kāi)下排放口就可將凝液順利排出。但是早期變送器只有中部的一只排放口，打開(kāi)此口無(wú)法將高低壓室內的凝液排凈，最后只得將變送器拆下，將凝液從信號輸入口中傾倒出來(lái)。
高低壓室內積液的現象，經(jīng)進(jìn)一步分析，應該是變送器上方的一段管路由于環(huán)境溫度變化將信號管中的水蒸氣冷凝而沿著(zhù)信號管往下流入高低壓室。
防止冷凝液流入高低壓室最簡(jiǎn)單易行的方法是消除變送器上方的一段信號管路，將信號管路從下方引入變送器，如圖3.15(b)所示，這樣，即使高低壓室內有微量冷凝液，也能依靠其自身重力沿著(zhù)管路自動(dòng)流回母管或沉降器。實(shí)踐證明，這一方法是有效的。
c.引壓管路內積水問(wèn)題
在測量濕氣體時(shí)，雖然安裝信號管路已按照規程的要求保持坡度，可以避免冷凝液在信號管路內聚集，但在某些情況下，積水現象仍難以避免，其原因如下所述。
圖3.16是環(huán)室取壓節流裝置安裝在垂直工藝管道上時(shí)信號管路的規定安裝方法。假定工藝管道中氣體自下而上流動(dòng)，那么負壓信號管路中可以保證沒(méi)有凝液，因為信號管路內的凝液能暢通無(wú)阻地流回工藝管道，而正壓信號管情況就不同了。因為正壓信號是從均壓環(huán)引出的，被測濕氣體中的凝液充滿(mǎn)節流裝置的正端均壓環(huán)空腔是毫無(wú)問(wèn)題的(如圖3.17所示)，在正壓管內氣體壓力同節流件正壓端完全相等時(shí)，U形管兩邊液位高度相等。在此基礎上，如果節流件正端壓力上升，則將均壓環(huán)空腔中的水壓向信號管路，按照流體力學(xué)關(guān)系式可知，正壓管內的壓力比節流件正端壓力低一些，其數值同U形管兩邊液位高度差相等，從而引起差壓信號的傳遞失真。
清除信號管內積水的臨時(shí)方法是掃線(xiàn)，依靠工藝管中的壓力足夠高的氣體將積水沖走排到管外。但不久又依然如此。
徹底清除上面所述管路內積水的方法是將節流裝置取壓方法改為法蘭lin（lin=0.0254m）取壓或D-D/2徑距取壓。
