江蘇偉屹電子有限公司
Wv-i系列插入式抗振型渦街流量計(jì)在低密度、低壓力、低流速、脈動(dòng)流氫氣流量檢測(cè)中的成功案例
山東聊城某著名化工集團(tuán)，氯堿化工分公司年產(chǎn)10萬(wàn)噸隔膜燒堿裝置，每年產(chǎn)生氫氣約3120萬(wàn)m3。除少量氫氣和氯氣反應(yīng)合成氯化氫氣體外，其余氫氣全部放空處理，既浪費(fèi)了能源，又污染了環(huán)境。為提高園區(qū)的綜合經(jīng)濟(jì)效益，2009年下半年，氯堿化工分公司開(kāi)始向合成氨分廠輸送氫氣。2010年初為了加強(qiáng)兩個(gè)企業(yè)的成本核算，要求在氫氣輸送管道上增加氫氣計(jì)量裝置。
該測(cè)點(diǎn)使用條件如下：
流體類型：電解產(chǎn)生的氫氣
管徑：DN400 流量：1800～4000m3/h，常用溫度：42 ℃，常用壓力：0.015 MPa。直管段長(zhǎng)度足夠，無(wú)明顯振動(dòng)，防爆等級(jí)要求ⅡC T6。
根據(jù)以上條件，可以看到，此測(cè)點(diǎn)的困難在于二點(diǎn)：
1.流體密度極低：常用密度僅為0.1 kg/m3，將直接導(dǎo)致流量信號(hào)微弱，易于湮沒(méi)于各類干擾之中，導(dǎo)致測(cè)量失敗。
2.流速不高，僅為4m/s～9m/s間，進(jìn)一步減弱流量信號(hào)，但因防爆要求最高流速不允許超過(guò)15m/s，常規(guī)采用縮徑提升流速，進(jìn)而增強(qiáng)流量信號(hào)的常規(guī)措施不可采用。
由于該測(cè)點(diǎn)條件苛刻，普通流量計(jì)難以計(jì)量，于是將該測(cè)點(diǎn)情況提交給所有跨國(guó)公司，各跨國(guó)公司經(jīng)過(guò)測(cè)算后均表示無(wú)法測(cè)量。
由于我公司產(chǎn)品之前在此企業(yè)某蒸汽測(cè)點(diǎn)的試用中給對(duì)方留下的誠(chéng)信印象，同時(shí)聽(tīng)說(shuō)我們公司拿到儀表領(lǐng)域的一等獎(jiǎng)，用戶在多方尋求無(wú)果之下，嘗試向我公司尋求解決方法。
我公司在詳細(xì)了解現(xiàn)場(chǎng)情況后，進(jìn)行了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)氖褂脳l件核算，確定我產(chǎn)品中Wv-i系列插入式抗振型渦街流量計(jì)有可能解決此測(cè)點(diǎn)問(wèn)題，但為避免未知因素的不良影響對(duì)用戶儀表人員可能帶來(lái)的困擾，主動(dòng)提出：無(wú)需付款，成功后支付。
下圖為我產(chǎn)品安裝于現(xiàn)場(chǎng)的照片:
開(kāi)車后發(fā)現(xiàn)以下問(wèn)題：
1.流量信號(hào)極其微弱，對(duì)我產(chǎn)品的抗振能力提出極限挑戰(zhàn)。
我公司產(chǎn)品有經(jīng)過(guò)國(guó)家職能部門認(rèn)證的國(guó)際先進(jìn)抗振能力為：在精確檢測(cè)低至4m/s流速、密度1.2kg/m3氣體流量的高靈敏度前提之下，免疫頻率在10～110Hz，各頻點(diǎn)振動(dòng)強(qiáng)度不低于2g的全向振動(dòng)干擾，并且在規(guī)定的測(cè)量范圍之內(nèi)，系統(tǒng)誤差符合標(biāo)稱的準(zhǔn)確度等級(jí)。
但由于此測(cè)點(diǎn)流體工況密度僅為0.1 kg/m3，要求的流速測(cè)量下限僅為4 m/s，基于渦街流量計(jì)原理：流量信號(hào)的幅度與流體密度呈正比、同時(shí)與流體流速的平方呈正比，此測(cè)點(diǎn)的流量信號(hào)與我產(chǎn)品認(rèn)證條件相比，強(qiáng)度僅為1/6，抗振能力將下降至1/6，即：僅可免疫強(qiáng)度低于0.17g的管道機(jī)械振動(dòng)，而如此微弱的振動(dòng)，在現(xiàn)場(chǎng)，人手已難以感知。但現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際振動(dòng)強(qiáng)度已達(dá)到0.2 g，好在我產(chǎn)品指標(biāo)余量，仍可免疫此強(qiáng)度的振動(dòng)，可正確識(shí)別流量信號(hào)，流量信號(hào)微弱的問(wèn)題得以解決。
2.氫氣由電解產(chǎn)生，當(dāng)氫氣量達(dá)到一定程度，突破上游水封，產(chǎn)生流量，因此，氫氣的流動(dòng)呈現(xiàn)強(qiáng)烈脈動(dòng)：每秒出現(xiàn)4~6次流量從零到最大，再衰減到無(wú)的過(guò)程，遠(yuǎn)超流量計(jì)的響應(yīng)速度，產(chǎn)生極大的負(fù)誤差。
原始流量信號(hào)記錄如下：
得益于核心技術(shù)均為自有，長(zhǎng)達(dá)4年的產(chǎn)品研發(fā)積累了龐大試驗(yàn)數(shù)據(jù)，我公司立即對(duì)此問(wèn)題給出解決方案：更改信號(hào)處理流程及參數(shù)，盡可能提升流量計(jì)響應(yīng)速度，主信號(hào)處理電路板照片如下：
在更換如此特制的主信號(hào)電路板后，問(wèn)題得以解決，也直接促成我后續(xù)產(chǎn)品在響應(yīng)速度方面的改進(jìn)。
經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)行，在未對(duì)流量計(jì)系數(shù)及量程進(jìn)行任何修正的前提之下，流量計(jì)示值與下游工藝核算完全吻合，至此可以確定；測(cè)量成功。
總結(jié)：
1. 在氣體測(cè)量中，由于低密度帶來(lái)的信號(hào)微弱，對(duì)所有原理的流量計(jì)來(lái)講都存在信號(hào)易被噪音淹沒(méi)問(wèn)題，對(duì)常規(guī)渦街來(lái)講，更加無(wú)法檢測(cè)，我產(chǎn)品對(duì)微弱信號(hào)的準(zhǔn)確識(shí)別直接證明了我們渦街流量計(jì)的抗振水平，為該用戶在隨后裝置中大批量使用我們產(chǎn)品提供信心，打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
2. 從整體來(lái)看，對(duì)機(jī)械振動(dòng)敏感仍然是限制渦街流量計(jì)流量計(jì)使用的最大難題，如果抗振問(wèn)題能夠解決，將徹底取代氣體檢測(cè)中所有氣體流量計(jì)
3.“2 g”抗振指標(biāo)的必要性：
a. 從實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)條件來(lái)看，高達(dá)2 g的振動(dòng)并不多見(jiàn)，常見(jiàn)的振動(dòng)強(qiáng)度在0.5 g以下，但由于渦街信號(hào)強(qiáng)度與流體密度呈正比，也與流體流速的平方值呈正比，如果流體密度下降，抗振能力隨之下降，流速下降，抗振能力更以二階關(guān)系急劇下降，從本案例即可看到：現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)已弱至通常認(rèn)識(shí)的“沒(méi)有振動(dòng)”的情況，若非我產(chǎn)品實(shí)際抗振能力超過(guò)認(rèn)證的2g，將不能抵御現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)，致使測(cè)量失敗。
b. 因此，即使我公司國(guó)際先進(jìn)的2 g抗振能力，也并不富余，我們?nèi)孕璨粩嗤度耄η髮?shí)現(xiàn)更強(qiáng)的抗振能力。
c. 由于高性能渦街的出現(xiàn)，脈動(dòng)流問(wèn)題看到了解決的手段。
此外為了防止氣體運(yùn)輸過(guò)程中產(chǎn)生靜電，該用戶將3根長(zhǎng)約2 .5m的DN50鍍鋅鋼管每隔5m左右砸進(jìn)土壤里，用鍍鋅扁鐵將其進(jìn)行連接。然后用16m㎡接地軟線連接在流量計(jì)的接地端子上，單獨(dú)制作了接地電極，解決氫氣流動(dòng)中摩擦靜電易爆問(wèn)題。
渦街流量計(jì)投人運(yùn)行后，運(yùn)行一直較為穩(wěn)定，計(jì)量數(shù)據(jù)和工藝計(jì)算的理論數(shù)據(jù)基本相符。為此，該用戶還專門寫了一篇論文《抗振型渦街流量計(jì)在氫氣測(cè)量中的應(yīng)用》發(fā)表在2010年第7期《中國(guó)氯堿》雜志上。