具有创新的高科技产品

Writer： admin Time：2023-01-03 Browse：68

　　德尔塔巴（Deltaflow） 一体化流量传感器探头介绍 -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 具有创新的高科技产品 德尔塔巴（Deltaflow） 一体化流量传感器探头 一、 概述 流量测量在过程变量测量中， 是相对比较复杂， 因为被测介质复杂， 测量方法多种多样， 导致出现各种原理的产品。 就流量计分类， 有： 差压式、 浮子式、 容积式、 涡街式、 电磁式、 超声波式和科里奥利式等； 按流量原理分类有： 力学原理、 动量守恒原理、 电学原理和声学原理等； 按安装方式有封闭管道， 插入式等。 这里将要介绍的流量传感器是运用差压式的工作原理， 插入式的安装方法， 设计生成的一种流量传感器。 就工作原理， 这是一种特殊的节流装置， 其输出是差压、 压力和温度（如需要温压补偿）一体化测量信号； 取压方式是通过一直径约为 25 毫米的探头（或探针）， 探头前后有二排不均匀分布的、 若干个 8 毫米的引压孔。 通过该二排孔将管道从上到下（/从左到右） 的不同压力（/流速）在孔内取平均， （因为管道两侧流速慢， 中间快） 构成了 差压， 进而可以计算出质量流量或体积流量， 从这意义上讲， 故定义这种传感器为均速管。 该产品是由德国思科（Systec-Controls） 公司与德国埃尔朗根（Erlangen） 大学在 1994 年合作研发， 后经德国 TV 三个多月全面的第三方测试， 颁发相应的证书。 1995 年开始批量生产， 目前已在世界 16 个国家销售和应用， 趋于成熟。 该系列产品可以满足各种通径（小到 3 毫米， 大到 15米）、 各种腐蚀介质（使用 1.4528 或者哈氏 C4 合金）、 各种高低温介质（-200℃~1240℃ ）、 各种高压介质（高达 69mpa）、 各种安装管道材料以及各种孔板能够测量的介质（过热蒸汽、 液体、 干燥气体或者潮湿气体） 等， 当然， 缺省的探头材料是常用的 316 不锈钢。 二、 产品结构（如图） 探头其长度精确的等于管道内径； 探头上的孔径为 8 毫米， 位置为不均匀分布， 前后各有一排孔， 分别为高压孔和低压孔。 在安装时， 高压孔始终面向流体流动方向。 探头材料可根据介质情况选择。 安装支架： 它是与管道焊接的部件， 其材料可以根据管道材质选择， 以保证有效焊接， 它的长度与保温层高度有关， 与探头部分的连接方式有多种方式， 若压力小于 40bar（4mpa） 时， 可以使用螺纹连接， 否则， 使用各种规格的法兰连接。 与变送器连接部件： 无论是何种介质(包括过热蒸汽)， 均可以实现一体化连接或分体连接（指探头与差压变送器）。 同时可以选择球阀或者截止阀， 或者选择 R1/2 或者 1/2 NPT 外螺纹（实现分体）， 或者选择直接与变送器连接的椭圆转换器等； 同时针对过热蒸汽， 具有一体化的冷凝器， 使 德尔塔巴（Deltaflow） 一体化流量传感器探头介绍 -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 400℃多度的过热蒸汽迅速降温到 100℃以下和形成低压的液体， 实现一体化结构， 避免高温高压的接头泄漏。 另外还可以选择一体化的温度和压力的测量装置， 避免传统的方法， 不需要再开孔测量压力或者温度。 一体化的温度和压力测量， 可以选择 250℃以下的 pt100， 或者 500℃以下的 K 型热电偶测温度，具有保护管和二线制的温度变送器。 压力测量与探头也是一体化的， 可以测量表压或绝压， 可以选择是否带截止阀， 输出为二进制的 4~20mA。 微差压变送器， 大家知道探头与其它节流装置一样， 提供差压信号给变送器， 经开方和其它计算进而产生质量（或体积） 流量。 由于探头引起的管道压损很小， 产生的压差相对于孔板小得多，故需要使用微差压变送器， 至于选择哪一家的变送器， 是否需要具备多变量的功能（温压补偿），目前市场中具备许多选择， 只要精度和量程能满足要求即可。 三、 德尔塔巴探头（以 DF25 为例） 的主要特点 1、 运用广泛： 可以用于测量干燥气体， 潮湿气体， 液体或蒸汽的介质， 不受介电常数限制。适用通径广， 从 3 毫米到 15 米， 只是有三种规格， DF8 用于超小口径（3~25 毫米） , DF10用于小口径 （15~100 毫米）， 它们均为管道连接； DF25 用于常用口径 （65 毫米~3 米）； DF25D用于蒸汽； DF25HD 用于高压（69Mpa， 双面支撑）； DF25 Qicklock 用于满足快速拆卸的要求； DF50 用于大口径（1000~15000 毫米）； 对于高温， 腐蚀的介质， 具有特殊的探针材料和管道连接材料； 对于具有高密度的尘埃物质的介质， 可以使用在线吹扫装置， 以保障多种工况下的灵活运用。 2、 管道动力损失小（压损小）： 通常的均速管的压力损失比孔板要小得多， 只有孔板的 5~10％； 另一方面， 由于压损小， 会带来差压小（高压与低压的压差）， 使得对选择差压变送器的要求提高， 成本增加， 否则会使变送器的输出精度下降， 因为量程无法做到满量程。 所以一个好的探头必须兼顾到压损和差压二方面。 德尔塔巴的曲面设计充分考虑到了该因素， 截面本身是对称的， 曲面分为三部分（如下图）， 迎面部分为平滑段， 使探头平滑地与介质接触； 第二部分为加速段， 将介质的流速平均加速三倍， 通过增加与介质的接触面， 提高迎面段的压力； 第三部分为高低压分界尖峰， 突然阻力消失， 在探头后面形成低压区， 实际的彩色速谱(下右图)可以充分反映介质流速的变化。 所以说， 德尔塔巴探头的设计满足了压损小和差压大的要求。 在山东海化项目中， 直径为380 毫米， 压力 2.2Mpa, 最大流量 90t/h，使用德尔塔巴时最大压损为 7.89 毫巴， 同时最大的差压达到 13.62196kpa, 而其它产品分别为 9.7/12.7 Kpa。 德尔塔巴（Deltaflow） 一体化流量传感器探头介绍 -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 德尔塔巴探头 德尔塔巴探头的彩色速谱 3、 精度高： 经过第三方（德国 TUV） 测试， 以及根据最新的数据表明， 尽管在相当短的直管段下， 也能达到 2％的精度。 达到 1%精度的直管段比一般的产品要短得多， 如下图。 重复性为 0.1％。 在满足直管段的条件下， 可以达到 0.5%F.S.。 由于压损小， 对探头的磨损小， 只要安装合适， 可以长时间维持高精度。 直管段与精度的关系（A 为上流长度， B 为下流长度， D 为管道直径） 4、 运行成本低： 由于压损小， 使管道中的动力损失就小， 通常意义上讲， 均速管的运行成本只有孔板的十分之一。 如山东海化项目中， 管道的工作压力为 2.2Mpa, 最大压损为 0.78 kpa, 可见探头对压力的影响很小。 所以它的使用将大大降低运行成本， 时间愈长， 效果愈明显。这是大量用户使用德尔塔巴的主要原因之一。 5、 安装工作量小： 因为该传感器是插入式工作方式， 具备安装方使， 简单的特点。 对于大多数的通径只是在管路中开一小孔。 德尔塔巴 DF25, 孔径为 28 毫米， DF50 为 54 毫米， 然后将探头导管与管道进行焊接， 就基本完成了 现场安装， 工作量是安装孔板的 40%。 据思科多年安装经验， 开孔需要 5 分钟， 焊接探头套管 20 分钟， 插入固定探头 10 分钟， 安装三阀组 5 分钟， 装差压变送器 10 分钟， 接线 分钟， 整个过程大约只需 60 分钟（一体化）。 6、 一体化/分体安装自由选择， 德尔塔巴的探头是整整意义上的一体化探头， 无论被测介质是气体还是液体， 或是高温的过热蒸汽， 可以将差压探头、 温度和压力的测量以及差压变送器在一根探头上安装， 在探头与差压送器之间的连接方式有 10 多种（选择）， 有专门为过热蒸汽的冷凝器， 有用于直接连接变送器的椭圆法兰， 也有简单的 R1/2外螺纹， 提供分体/一体化安装的各种连接， 能够满足各种需求。 对于过热蒸汽， 大多数产品均要求分体安装， 用户必须自己配冷凝器和其它配件。 而德尔塔巴连同冷凝器， 截止阀或者球阀均一并提供， 安全可靠， 简单可行， 是线、 质量流量计算： 德尔塔巴的流量计算基本是按照 ENISO 5167-1 标准（前 DIN952 标准， 计算孔板的方法）中指定的方法计算。 具体是下列各计算公式： 其中： Qm : 质量流量， 量纲为 kg/s; 德尔塔巴（Deltaflow） 一体化流量传感器探头介绍 -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- : 探头的阻力参数（阻断系数）， 无量纲； （每个探头有一个值， 在计算报告中） d： 管道的内径， 单位为米； dp： 差压， 实测参数、 单位为 pa=n/㎡=kg/s2m B ： 运行条件时的介质密度， 单位为 kg/m3 所以， 根据差压、 内径、 探头自身提供的阻断系数和介质工作密度就可以计算质量流量。问题是工作密度， 可能需要温压补偿， 通过查表的方式（ B =f（t， P））， 或者调用（使用）大多数 PLC 或者 DCS 中内置的标准计算密度子程序。 对于气体， 需要确定具体的膨胀系数。 8、 孔大不易堵： 对于烟气测量或者带有颗粒的气体/液体测量， 堵的问题是大多数用户关心的问题。 思科（SYSTEC） 公司保证， 若介质中尘埃不大于 130mg/m3, 对于德尔塔巴的探头不需要进行任何维护和吹扫。 从流体力学角度出发， 在流体中的任何形状的楔物， 在前端会出现流体堆积， 使压力增高， 在楔后压力减小， 在运动中的尘埃无论高压有多大， 低压有多小，都会有可能进入楔中的孔。 在流体静止时， 由于布朗运动， 尘埃更会进入楔内孔里。 所以问题不在于压力高低， 也不于任种截面， 而在于如何能让这些尘埃出来， 不堆积。 无疑， 定时吹扫是一个解决方案。 思科（Systec） 在探头上孔的分布和孔径上做了大量研究， 孔径大（8毫米） 异物容易进， 也容易出； 上下二个孔接近探头边缘(管道边缘)， 异物不易堆积。 孔径小， 无疑会造成不容易进， 也不容易出， 而进是绝对的， 多少只是时间问题。 其它产品的孔要比德尔塔巴小得多。 9、 吹扫装置（LSP）： 就严重的尘埃， 可以使用在线吹扫设备。 思科提供的吹扫装置是由一个PLC 和五个电动阀组成， 是串联在探头和变送器之间。 吹扫间隔可以自行选择（0.5/ 1/ 2/ 4/ 8/ 12/ 24 小时）， 每次吹扫持续为 5~20 秒不等， 基本不影响差压的测量。 若担心吹扫会影响闭环控制， 也可以选择压力保持系统。 万讯公司已经将吹扫设备国产化， 使用进口的电磁阀和国产的定时控制器。 有良好的性能价格比和灵活的处理方式， 10、 在线积算处理器（Flowcom）： 思科提供专业化的流量积算、 瞬时流量和质量流量的计算设备， 提供各种介质的补偿公式和密度计算表格， 该设备经 TV 的严格检测和考核。 四、 分析和小结 德国思科（Systec） 公司的德尔塔巴（Deltaflow） 产品是一种具有创新的高科技产品， 产品外形貌似简单, 隐含着高深地理论计算和大量地流体分析结论。 不敢说， 它是最佳的产品， 但综观各种同类产品， 可以说， 它是系列最全的， 运用最广的， 设计的合理性是经得起推敲的。 就探头的截面而言， 圆形探头显然是不合理的， 子弹头形状的探头并没有根本改变圆形探头的缺陷， 即没有明确的高低压分界点， 使得在不同的流速下， 其分界点势必要迁移（流速高，向后， 流速低， 向前）， 无论加上了表面粗糙处理， 也不会影响高低压点分界的迁移。 同时， 将低压孔设在侧面， 固然不易进入异物， 但差压小了， 特别在流速较大时。 菱形（钻石） 探头固然是好， 但生产工艺有一定困难， 三块元件的焊接集中在菱形的角上， 德尔塔巴（Deltaflow） 一体化流量传感器探头介绍 -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 需要焊接和打磨， 就会有加工公差（0.5mm 附近）。 “T”形探头实际上是一个微型化的插入式孔板， 高压取之二个长条缝隙， 而“T”形的“”使得压损大大增加， 因为它没有平滑段（相当于孔板是小得多）， 其好处也是显然的， 其高低压分界点固定， 产生的差压大， 设计是合理的。 而德尔塔巴（DF） 探头的曲面虽然也是三块元件， 其中间是一个实心柱， 左右二片与中间部分焊接， 是发生在曲面的加速段， 不在分界点处， 焊接形成一体， 关键的高低压分界点是一次成形， 所有的误差小于 0.05 毫米， 而焊接处的误差只会影响流体的加速。 无论流速如何， 而高低压域有明显的分界， 可以产生稳定的、 比别人大的差压。 比较的结果完全证实了这一点。 德尔塔巴除了一般均速管所具备运用范围广， 精度高， 压损小， 安装方便的基本特点外， 还在许多方面有独特的优点和强项， 如整正的一体化探头， 将温度和压力测量与探头一体化设计，将冷凝器和各种阀门以及变送器接头一体化设计。 核心竞争力的探头上， 独特的设计能够同时具备压损小而且差压大的效果， 可提供各种材料满足用户的需要， 量程比大于 1： 30， 而且可以双向测量（而大多数产品的截面不是对称的，所以只能单向测量）。 在运用方面， 它对直管段的要求要比其它产品要小； 提高了在改善恶劣工况下的运行精度；对粉尘和颗粒不灵敏； 还能提供广泛的可选产品 （如在线吹扫装置， 专业化的质量流量积算仪），无论在深度和广泛均是具有很强的竞争力。