泥浆流量计在选型时应关注的相关产品参数及工况条件
点击次数：2053 发布时间：2020-08-12 15:52:58
1、应用概况
泥浆流量计应用领域广泛。泥浆流量计不受温度、压力、粘度等外界因素的影响，测量管内部无收缩或凸出部分的造成的压力损失，另外，流量元件检测出的*初信号，是一个与流体平均流速成精确线性变化的电压，它与流体的其他性质无关，具有很大的优越性。大口径仪表较多应用于给排水工程。中小口径常用于固液双相等难测流体或高要求场所，如测量造纸工业纸浆液和黑液、有色冶金业矿浆、选煤厂煤浆、化学工业强腐蚀液以及钢铁工业高炉风口冷却水控制和监漏，长距离管道煤水力输送流量测量和控制。小口径、微小口径常用于医药工业、食品工业、生物工程等有卫生要求场所。
2、精度等级和功能
市场上通用型性能有较大差别，有些精度高、功能多，有些精度低、功能简单。精度高仪表基本误差为（±0.5%～±1%）R，精度低仪表则为（±1.5%～±2.5%）FS，两者价格相差1～2倍。测量精度要求不很高场所（例如非贸易核算仅以控制为目，求高可*性和优良重复性场所）选用高精度仪表经济上是不合算。
有些型号泥浆流量计声称有更高精确度，基本误差仅（±0.2%～±0.3%）R，但有严格安装要求和参比条件，例如环境温度20～22℃，前后置直管段长度要求分别大于10D,3D（通常为5D,2D）提出流量传感器要与前后置直管组成一体流量标准装置上作实流校准，以减少夹装不善影响。多种型号选择比较时不要单纯只看高指标，要详细阅读制造厂样本或说明书做综合分析。市场上泥浆流量计功能差别也很大，简单就测量单向流量，只输出模拟信号带动后位仪表；多功能仪表有测双向流、量程切换、上下限流量报警、空管和电源切断报警、小信号切除、流量显示和总量计算、自动核对和故障自诊断、与上位机通信和运动组态等。有些型号仪表串行数字通信功能可选多种通信接口和专用芯片（ASIC），以连接HART协议系统、PROFTBUS、Modbus、CONFIG、FF现场总线等。
3、流速、满度流量、范围度和口径 选定仪表口径不一定与管径相同，应视流量而定。流程工业输送水等粘度不同液体，管道流速一般是经济流速1.5～3m/s。泥浆流量计用这样管道上，传感器口径与管径相同即可。
满度流量时液体流速可1～10m/s范围内选用，范围是比较宽。上限流速原理上是不受限制，通常建议不超过5m/s，衬里材料能承受液流冲刷，实际应用很少超过7m/s，超过10m/s则更为罕见。满度流量流速下限一般为1m/s，有些型号仪表则为0.5m/s。有些新建工程运行初期流量偏低或流速偏低管系，从测量精度角度考虑，仪表口径应改用小于管径，以异径管连接之。用于有易粘附、沉积、结垢等物质流体，选用流速不低于2m/s，*好提高到3～4m/s或以上，起到自清扫、防止粘附沉积等作用。用于矿浆等磨耗性强流体，常用流速应低于2～3m/s ，以降低对衬里和电*磨损。 测量接近阈值低电导液体，尽可能选定较低流速（小于0.5～1m/s），因流速提高流动噪声会增加，而出现输出晃动现象。 EMF范围度是比较大，通常不低于20，带有量程自动切换功能仪表，可超过50～100。国内可以提供定型产品口径从10mm到3000mm，随然实际应用以中小口径居多，但与大部分其他原理流量仪表（如容积式、涡轮式、涡街式或科里奥利质量式等）相比，大口径仪表占有较大比重。某企业近万台仪表中，50mm以下小口径、65～250mm中口径、300～900mm大口径、1000mm以上超大口径分别占37%、45%、15%和3%。
4、液体电导率
使用泥浆流量计前提是被测液体必须是导电，不能低于阈值（即下限值）。电导率低于阈值会产生测量误差直至不能使用，超过阈值变化也可以测量，示值误差变化不大，通用型EMF阈值10-4～（5×10-6）S/cm之间，视型号而异。使用时还取决于传感器和转换器间流量信号线长度及其分布电容，制造厂使用说明书中通常规定电导率相对应信号线长度。非接触电容耦合大面积电*仪表则可测电导率低至5×10-8S/cm液体。 工业用水及其水溶液电导率大于10-4S/cm，酸、碱、盐液电导率10-4～10-1S/cm之间，使用不存问题，低度蒸馏水为10-5S/cm存问题。石油制品和有机溶剂电导率过低就不能使用。表1列出若干液体电导率。从资料上查到有些纯液或水溶液电导率较低，认为不能使用，实际工作中会遇到因含有杂质而能使用实例，这类杂质对增加电导率有利。水溶液，资料中电导率是用纯水配比实验室测，实际使用水溶液可能用工业用水配比，电导率将比查要高，也有利于流量测量。表1 若干液体20℃时电导率 液体名称 电导率 液体名称 电导率液体名称 电导率 石油 （3～5）×10-13 丙酮 （2～6）×10-8 纯水，高度蒸馏水4×10-8 苯 7.6×10-8 液氨 1.3×10-7 甲醇 (4.4～7.2)×10-7 饮用水 ≈10-4 海水 ≈4×10-2 硫酸（5%～99.4%）（2.1×10-1）～（8.5×10-3）氨水（4%～30%） （1×10-3）～（2×10-4）氢氧化钠（4%～50%）（1.6×10-1）～（8×10-2）食盐水（2.5%） 2×10-1 使用经验，实际应用液体电导率*好要比仪表制造厂规定阈值至少大一个数量级。制造厂仪表规范规定下限值是各种使用条件较好状态下可测量*低值。是受到一些使用条件限制，如电导率均匀性、连接信号线、外界噪声等，否则会出现输出晃动现象等。我们就多次遇到测量低度蒸馏水或去离子水，其电导率接近阈值5×10-6S/cm，使用时出现输出晃动。
5、液体中含有混入物
混入成泡状流微小气泡仍可正常工作，但测是含气泡体积混合体积流量；如气体含量增加到形成弹（块）状流，因电*可能被气体盖住使电路瞬时断开，出现输出晃动不能正常工作。含有非铁磁性颗粒或纤维固液双相流体同样可测二相体积流量。固体含量较高流体，如钻井泥浆、钻探固井水泥浆、纸浆等实际上已属非牛顿流体。固体载体液中一起流动，两者之间有滑动，速度上有差别，单相液体校验仪表用于固液双相流体会产生附加误差。还未见到EMF应用于固液双相流体中固形物影响系统实验报告，但国外有报告称固形物含量有14%时误差3%范围以内；我国黄河水利委员会水利科学研究所实验报告称，测量高沙含量水流量，含沙量体积比17%～40%（沙中值粒径0.35mm），仪表测量误差小于3%。 浆液内有较大颗粒擦过电*表面，频率较低矩形激磁泥浆流量计中会产生尖峰状浆液噪声，使流量信号不稳，就要选用较高频率仪表或有较强抑制浆液噪声能力泥浆流量计，也可选用市电交流激磁仪表或双频激磁仪表。含有铁磁性物质流体对于泥浆流量计，因测量管内磁导率受铁磁体不同含量而变化，会产生测量误差。但磁路中置有磁通检测线圈补偿EMF，可减小混入铁磁体影响。水中含有液固重量比约4：1，颗粒度≤0.15mm铁精矿石矿浆，以80mm口径仪表作清水和浆液对比流量试验，通常仪表示值变化7%～10%，装有磁通检测线圈仪表，示值误差±2%FS以内。 对含有矿石颗粒矿浆应用，应注意对传感器衬里磨损程度，测量管内径扩大会产生附加误差。这种场合应选用耐磨性较好陶瓷衬里或聚氨酯橡胶衬里，同时建议传感器安装垂直管道上，使管道磨损均匀，消除水平安装下半部局部磨损严重缺点。也可以传感器进口端加装喷嘴形护套，相对延长使用期。
6、附着和沉淀
测量易管壁附着和沉淀物质流体时，若附着是比液体电导率高导电物质，信号电势将被短路而不能工作，若是非导电层则*先应注意电*污染，譬如选用不易附着尖形或半球形突出电*、可更换式电*、刮刀式清垢电*等。刮刀式电*可传感器外定期手动刮出沉垢。国外产品曾有电*上装超声波换能器，以清除表面垢层，但现已少见。也有暂时断开测量电路，电*简短时间内流过低压大电流，焚烧清除附着油脂类附着层。易产生附着场所可提高流速以达到自清扫目，还可以采取较方便易清洗管道连接，可不拆卸清洗传感器。非接触型电*泥浆流量计附着非导电膜层，仪表仍能工作，但若为高导电层则同样不能工作。
7、与流体接触零部件材料选择 与流体接触传感器零部件有衬里（或绝缘材料制成测量管）、电*、接环和密封垫片，其材料耐腐蚀性、耐磨耗性和使用温度上限等影响仪表对流体适应性。零部件少，形状简单，材料选择灵活，电磁流量传感器对流体适应性强。
（1）泥浆流量计的 衬里材料（或直接与介质接触测量管）常用衬里材料有氟塑料、聚氨酯橡胶、氯丁橡胶和陶瓷等。近年有采用高纯氧化铝999.7%AI2O3)陶瓷制成衬里，但只限中小口径传感器。 氯丁橡胶和玻璃钢用于非腐蚀性或弱腐蚀性液体，如工业用水、废污水及弱酸碱，价格*为低廉。氟塑料具有优良耐化学腐蚀性，但耐磨性差，不能用于测量矿浆液。氟塑料中*早应用是聚四氟乙烯，因与测量管间仅*压贴，无粘结力，不能用于负压管道，后开发各种改性品种，实现注塑成形，与测量管有较强结合力，可用于负压，聚氨酯橡胶有*好耐磨耗性，但耐酸碱腐蚀性较差。它耐磨性相当于天然橡胶10倍，适用于煤浆、矿浆等；介质温度要低于40～60/70℃。氧化铝陶瓷有*好耐磨耗性和对强酸碱耐磨腐蚀性，耐磨性约为聚氨酯橡胶10倍，适用于具有腐蚀性矿浆；但性脆，安装夹紧时疏忽易碎，可用于较高温度（120～140/180℃）但要防止温度剧变，如通蒸汽灭菌，一般温度突变不能大于100℃，升温150℃ 要有10min时间。 通用型泥浆流量计几种材料压力温度大体适用范围可参阅图4。
（2）泥浆流量计的 电*和接环材料 电*对测量介质耐腐是选择材料*先考虑因素，其次考虑是否会产生钝化等表面效应和所形成噪声。
1）选择耐腐蚀材料泥浆流量计电*耐腐蚀性要求很高，常用金属材料有含钼耐酸钢Icr18Ni12Mo2Ti，哈氏合金（耐蚀镍基合金）B、C、钛、钽、铂铱合金，几乎可覆盖全部化学液。此外还有适用于浆液等低噪声电*，它们是导电橡胶电*、导电氟塑料电*和多孔性陶瓷电*，或包覆这些材料金属电*。原则上电*材料选择应从使用者借鉴该介质其他设备应用实际和经验来确定。后要做必要实验，如现场取液体样品实验室做待用材料腐蚀性试验。*好实验是现场挂片，这是*接近实际应用条件腐蚀性试验，可以出比较可*能否适用结论。
2）避免电*表面效应 电*耐腐蚀性是选择材料重要因素，但候电*材料对被测介质有很好耐腐蚀性，却不一定就是适用材料，还要避免产生电*表面效应。电*表面效应分为表面化学反应、电化学和*化现象以及电*触媒作用三个方面。化学反应效应如电*表面与被测介质接触后，形成钝化膜或氧化层。他们对耐腐蚀性能可能起到积*保护作用，但也有可能增加表面接触电阻。例如钽与水接触就会被氧化，生成绝缘层。避免或减轻电*表面效应介质------电*材料匹配，还没有像腐蚀性那样有充足资料可查，一些有限经验，尚待实践中积累。 接环连接塑料管道或衬绝缘衬里金属管道流量传感器两端，他们耐腐蚀要求比电*低，充分有一定腐蚀，定期更换。通常选用耐酸钢或哈氏合金。因体积大从经济上考虑较少采用钽铂等贵重金属。如金属工艺管道直接与流体接触就不需要接环。
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泥浆流量计应用领域广泛。泥浆流量计不受温度、压力、粘度等外界因素的影响，测量管内部无收缩或凸出部分的造成的压力损失，另外，流量元件检测出的*初信号，是一个与流体平均流速成精确线性变化的电压，它与流体的其他性质无关，具有很大的优越性。大口径仪表较多应用于给排水工程。中小口径常用于固液双相等难测流体或高要求场所，如测量造纸工业纸浆液和黑液、有色冶金业矿浆、选煤厂煤浆、化学工业强腐蚀液以及钢铁工业高炉风口冷却水控制和监漏，长距离管道煤水力输送流量测量和控制。小口径、微小口径常用于医药工业、食品工业、生物工程等有卫生要求场所。
2、精度等级和功能
市场上通用型性能有较大差别，有些精度高、功能多，有些精度低、功能简单。精度高仪表基本误差为（±0.5%～±1%）R，精度低仪表则为（±1.5%～±2.5%）FS，两者价格相差1～2倍。测量精度要求不很高场所（例如非贸易核算仅以控制为目，求高可*性和优良重复性场所）选用高精度仪表经济上是不合算。
有些型号泥浆流量计声称有更高精确度，基本误差仅（±0.2%～±0.3%）R，但有严格安装要求和参比条件，例如环境温度20～22℃，前后置直管段长度要求分别大于10D,3D（通常为5D,2D）提出流量传感器要与前后置直管组成一体流量标准装置上作实流校准，以减少夹装不善影响。多种型号选择比较时不要单纯只看高指标，要详细阅读制造厂样本或说明书做综合分析。市场上泥浆流量计功能差别也很大，简单就测量单向流量，只输出模拟信号带动后位仪表；多功能仪表有测双向流、量程切换、上下限流量报警、空管和电源切断报警、小信号切除、流量显示和总量计算、自动核对和故障自诊断、与上位机通信和运动组态等。有些型号仪表串行数字通信功能可选多种通信接口和专用芯片（ASIC），以连接HART协议系统、PROFTBUS、Modbus、CONFIG、FF现场总线等。
3、流速、满度流量、范围度和口径 选定仪表口径不一定与管径相同，应视流量而定。流程工业输送水等粘度不同液体，管道流速一般是经济流速1.5～3m/s。泥浆流量计用这样管道上，传感器口径与管径相同即可。
满度流量时液体流速可1～10m/s范围内选用，范围是比较宽。上限流速原理上是不受限制，通常建议不超过5m/s，衬里材料能承受液流冲刷，实际应用很少超过7m/s，超过10m/s则更为罕见。满度流量流速下限一般为1m/s，有些型号仪表则为0.5m/s。有些新建工程运行初期流量偏低或流速偏低管系，从测量精度角度考虑，仪表口径应改用小于管径，以异径管连接之。用于有易粘附、沉积、结垢等物质流体，选用流速不低于2m/s，*好提高到3～4m/s或以上，起到自清扫、防止粘附沉积等作用。用于矿浆等磨耗性强流体，常用流速应低于2～3m/s ，以降低对衬里和电*磨损。 测量接近阈值低电导液体，尽可能选定较低流速（小于0.5～1m/s），因流速提高流动噪声会增加，而出现输出晃动现象。 EMF范围度是比较大，通常不低于20，带有量程自动切换功能仪表，可超过50～100。国内可以提供定型产品口径从10mm到3000mm，随然实际应用以中小口径居多，但与大部分其他原理流量仪表（如容积式、涡轮式、涡街式或科里奥利质量式等）相比，大口径仪表占有较大比重。某企业近万台仪表中，50mm以下小口径、65～250mm中口径、300～900mm大口径、1000mm以上超大口径分别占37%、45%、15%和3%。
4、液体电导率
使用泥浆流量计前提是被测液体必须是导电，不能低于阈值（即下限值）。电导率低于阈值会产生测量误差直至不能使用，超过阈值变化也可以测量，示值误差变化不大，通用型EMF阈值10-4～（5×10-6）S/cm之间，视型号而异。使用时还取决于传感器和转换器间流量信号线长度及其分布电容，制造厂使用说明书中通常规定电导率相对应信号线长度。非接触电容耦合大面积电*仪表则可测电导率低至5×10-8S/cm液体。 工业用水及其水溶液电导率大于10-4S/cm，酸、碱、盐液电导率10-4～10-1S/cm之间，使用不存问题，低度蒸馏水为10-5S/cm存问题。石油制品和有机溶剂电导率过低就不能使用。表1列出若干液体电导率。从资料上查到有些纯液或水溶液电导率较低，认为不能使用，实际工作中会遇到因含有杂质而能使用实例，这类杂质对增加电导率有利。水溶液，资料中电导率是用纯水配比实验室测，实际使用水溶液可能用工业用水配比，电导率将比查要高，也有利于流量测量。表1 若干液体20℃时电导率 液体名称 电导率 液体名称 电导率液体名称 电导率 石油 （3～5）×10-13 丙酮 （2～6）×10-8 纯水，高度蒸馏水4×10-8 苯 7.6×10-8 液氨 1.3×10-7 甲醇 (4.4～7.2)×10-7 饮用水 ≈10-4 海水 ≈4×10-2 硫酸（5%～99.4%）（2.1×10-1）～（8.5×10-3）氨水（4%～30%） （1×10-3）～（2×10-4）氢氧化钠（4%～50%）（1.6×10-1）～（8×10-2）食盐水（2.5%） 2×10-1 使用经验，实际应用液体电导率*好要比仪表制造厂规定阈值至少大一个数量级。制造厂仪表规范规定下限值是各种使用条件较好状态下可测量*低值。是受到一些使用条件限制，如电导率均匀性、连接信号线、外界噪声等，否则会出现输出晃动现象等。我们就多次遇到测量低度蒸馏水或去离子水，其电导率接近阈值5×10-6S/cm，使用时出现输出晃动。
5、液体中含有混入物
混入成泡状流微小气泡仍可正常工作，但测是含气泡体积混合体积流量；如气体含量增加到形成弹（块）状流，因电*可能被气体盖住使电路瞬时断开，出现输出晃动不能正常工作。含有非铁磁性颗粒或纤维固液双相流体同样可测二相体积流量。固体含量较高流体，如钻井泥浆、钻探固井水泥浆、纸浆等实际上已属非牛顿流体。固体载体液中一起流动，两者之间有滑动，速度上有差别，单相液体校验仪表用于固液双相流体会产生附加误差。还未见到EMF应用于固液双相流体中固形物影响系统实验报告，但国外有报告称固形物含量有14%时误差3%范围以内；我国黄河水利委员会水利科学研究所实验报告称，测量高沙含量水流量，含沙量体积比17%～40%（沙中值粒径0.35mm），仪表测量误差小于3%。 浆液内有较大颗粒擦过电*表面，频率较低矩形激磁泥浆流量计中会产生尖峰状浆液噪声，使流量信号不稳，就要选用较高频率仪表或有较强抑制浆液噪声能力泥浆流量计，也可选用市电交流激磁仪表或双频激磁仪表。含有铁磁性物质流体对于泥浆流量计，因测量管内磁导率受铁磁体不同含量而变化，会产生测量误差。但磁路中置有磁通检测线圈补偿EMF，可减小混入铁磁体影响。水中含有液固重量比约4：1，颗粒度≤0.15mm铁精矿石矿浆，以80mm口径仪表作清水和浆液对比流量试验，通常仪表示值变化7%～10%，装有磁通检测线圈仪表，示值误差±2%FS以内。 对含有矿石颗粒矿浆应用，应注意对传感器衬里磨损程度，测量管内径扩大会产生附加误差。这种场合应选用耐磨性较好陶瓷衬里或聚氨酯橡胶衬里，同时建议传感器安装垂直管道上，使管道磨损均匀，消除水平安装下半部局部磨损严重缺点。也可以传感器进口端加装喷嘴形护套，相对延长使用期。
6、附着和沉淀
测量易管壁附着和沉淀物质流体时，若附着是比液体电导率高导电物质，信号电势将被短路而不能工作，若是非导电层则*先应注意电*污染，譬如选用不易附着尖形或半球形突出电*、可更换式电*、刮刀式清垢电*等。刮刀式电*可传感器外定期手动刮出沉垢。国外产品曾有电*上装超声波换能器，以清除表面垢层，但现已少见。也有暂时断开测量电路，电*简短时间内流过低压大电流，焚烧清除附着油脂类附着层。易产生附着场所可提高流速以达到自清扫目，还可以采取较方便易清洗管道连接，可不拆卸清洗传感器。非接触型电*泥浆流量计附着非导电膜层，仪表仍能工作，但若为高导电层则同样不能工作。
7、与流体接触零部件材料选择 与流体接触传感器零部件有衬里（或绝缘材料制成测量管）、电*、接环和密封垫片，其材料耐腐蚀性、耐磨耗性和使用温度上限等影响仪表对流体适应性。零部件少，形状简单，材料选择灵活，电磁流量传感器对流体适应性强。
（1）泥浆流量计的 衬里材料（或直接与介质接触测量管）常用衬里材料有氟塑料、聚氨酯橡胶、氯丁橡胶和陶瓷等。近年有采用高纯氧化铝999.7%AI2O3)陶瓷制成衬里，但只限中小口径传感器。 氯丁橡胶和玻璃钢用于非腐蚀性或弱腐蚀性液体，如工业用水、废污水及弱酸碱，价格*为低廉。氟塑料具有优良耐化学腐蚀性，但耐磨性差，不能用于测量矿浆液。氟塑料中*早应用是聚四氟乙烯，因与测量管间仅*压贴，无粘结力，不能用于负压管道，后开发各种改性品种，实现注塑成形，与测量管有较强结合力，可用于负压，聚氨酯橡胶有*好耐磨耗性，但耐酸碱腐蚀性较差。它耐磨性相当于天然橡胶10倍，适用于煤浆、矿浆等；介质温度要低于40～60/70℃。氧化铝陶瓷有*好耐磨耗性和对强酸碱耐磨腐蚀性，耐磨性约为聚氨酯橡胶10倍，适用于具有腐蚀性矿浆；但性脆，安装夹紧时疏忽易碎，可用于较高温度（120～140/180℃）但要防止温度剧变，如通蒸汽灭菌，一般温度突变不能大于100℃，升温150℃ 要有10min时间。 通用型泥浆流量计几种材料压力温度大体适用范围可参阅图4。
（2）泥浆流量计的 电*和接环材料 电*对测量介质耐腐是选择材料*先考虑因素，其次考虑是否会产生钝化等表面效应和所形成噪声。
1）选择耐腐蚀材料泥浆流量计电*耐腐蚀性要求很高，常用金属材料有含钼耐酸钢Icr18Ni12Mo2Ti，哈氏合金（耐蚀镍基合金）B、C、钛、钽、铂铱合金，几乎可覆盖全部化学液。此外还有适用于浆液等低噪声电*，它们是导电橡胶电*、导电氟塑料电*和多孔性陶瓷电*，或包覆这些材料金属电*。原则上电*材料选择应从使用者借鉴该介质其他设备应用实际和经验来确定。后要做必要实验，如现场取液体样品实验室做待用材料腐蚀性试验。*好实验是现场挂片，这是*接近实际应用条件腐蚀性试验，可以出比较可*能否适用结论。
2）避免电*表面效应 电*耐腐蚀性是选择材料重要因素，但候电*材料对被测介质有很好耐腐蚀性，却不一定就是适用材料，还要避免产生电*表面效应。电*表面效应分为表面化学反应、电化学和*化现象以及电*触媒作用三个方面。化学反应效应如电*表面与被测介质接触后，形成钝化膜或氧化层。他们对耐腐蚀性能可能起到积*保护作用，但也有可能增加表面接触电阻。例如钽与水接触就会被氧化，生成绝缘层。避免或减轻电*表面效应介质------电*材料匹配，还没有像腐蚀性那样有充足资料可查，一些有限经验，尚待实践中积累。 接环连接塑料管道或衬绝缘衬里金属管道流量传感器两端，他们耐腐蚀要求比电*低，充分有一定腐蚀，定期更换。通常选用耐酸钢或哈氏合金。因体积大从经济上考虑较少采用钽铂等贵重金属。如金属工艺管道直接与流体接触就不需要接环。