1、第11章 计量与投药设备,第一页，共一百二十页。,课程内容：1.计量设备2.投加设备,第二页，共一百二十页。,课程要求：1.掌握常用计量设备名称、工作原理及选用条件；2.掌握常用投加设备的原理及适用条件。,第三页，共一百二十页。,投药设备定义：向水中投加处理药剂和消毒剂的设备。,药液调制设备药剂净化设备计量设备:流量计、计量泵稳压设备投加设备:水射器、干式投加设备其他控制附件,机械搅拌气体搅拌,混合与搅拌设备,投药设备组成,第四页，共一百二十页。,11.1 计量设备,第五页，共一百二十页。,流量瞬时流量：单位时间内流过管道某一截面的流体的数量。累积流量总流量：某一时段内流过的流体的总合。瞬时流
2、量在某一时段的累积量。,一、流量计1、概述,第六页，共一百二十页。,质量流量(M)：单位时间内流过某截面的流体的质量。单位：(kg/s)体积流量(Q)：单位时间内流过某截面的流体的体积。工作状态下单位：m3/s,第七页，共一百二十页。,流量测量与仪表的分类 根据伯努利能量方程，在流体中安装节流件产生差压，通过测量差压来间接确定流体流量。如孔板流量计、文丘利流量计、转子流量计等。,敞开管道流量计,封闭管道流量计,第八页，共一百二十页。,工业上常用的流量计，按其测量原理分四类：(1)差压式流量计：主要利用管内流体通过节流装置时，其流量与节流装置前后的压差有一定的关系。属于这类流量计的有标准节流装置
3、等。(2)速度式流量计：主要利用管内流体的速度来推动叶轮旋转，叶轮的转速和流体的流速成正比。属于这类流量计的有叶轮式水表和涡轮式流量计等。,第九页，共一百二十页。,(3)容积式流量计：主要利用流体连续通过一定容积之后进行流量累积的原理。属于这类流量计的有椭圆齿轮流量计和腰轮流量计。(4)其它类型流量计：如基于电磁感应原理的电磁流量计、涡街流量计等。,第十页，共一百二十页。,流量仪表的主要技术参数,(1)流量范围 流量范围指流量计可测的最大流量与最小流量的范围。,(2)量程和量程比 流量范围内最大流量与最小流量值之差称为流量计的量程。最大流量与最小流量的比值称为量程比，亦称流量计的范围度。,第十
4、一页，共一百二十页。,(3)允许误差和精度等级 流量仪表在规定的正常工作条件下允许的最大误差，称为该流量仪表的允许误差，一般用最大相对误差和引用误差来表示。,流量仪表的精度等级是根据允许误差的大小来划分的，其精度等级有：0.02、0.05、0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5等。,第十二页，共一百二十页。,(4)压力损失,压力损失是流量仪表选型的一个重要技术指标。压力损失小，流体能消耗小，输运流体的动力要求小，测量本钱低。反之那么能耗大，经济效益相应降低。故希望流量计的压力损失愈小愈好。,第十三页，共一百二十页。,2.差压式流量计DPF),节流式流量计,1-节流元件 2-引压管路3-
5、三阀组 4-差压计,节流式流量计组成与实物图,基于流体在通过设置于流通管道上的流动阻力件时产生的压力差与流体流量之间确实定关系，通过测量差压值求得流体流量。,第十四页，共一百二十页。,应用动压能和静压能转换的原理检测流量,原理：当流体流经管道内的节流件时，流速将在节流件处形成局部收缩，因而流速增加，静压力降低，于是在节流件前后便产生了压差。流体流量愈大，产生的压差愈大，可依据压差来衡量流量的大小。根底：流体连续性方程质量守恒定律和伯努利方程能量守恒定律。压差影响因素：流量、节流装置形式、管道内流体的物理性质密度、粘度,1根本原理,第十五页，共一百二十页。,差压式流量计组成,节流装置：安装于管道
6、中产生差压，节流件前后的差压与流量成开方关系。引压导管：取节流装置前后产生的差压，传送给差压变送器。差压变送器：产生的差压转换为标准电信号4-20mA。,第十六页，共一百二十页。,差压式流量计 DPF),测量对象：流体方面，单相、混相、洁净、脏污；工作状态：常压、高压、真空、常温、高温、低温；管径方面：从几毫米到几米；流动条件：亚音速流、临界流、脉动流,历史悠久、技术成熟、应用最广泛。,节流式特点：结构简单、使用寿命长，适应能力强，几乎能测量各种工况下的流量。,差压式流量计,孔板,引压管,差压计,第十七页，共一百二十页。,差压式也称节流式流量变送器外形图,第十八页，共一百二十页。,流量根本方程
7、式,根据流体力学的伯努力方程和流体的连续性方程，可以推导出流量与压差之间的流量方程式，即 体积流量,质量流量,式中 流量系数 流束膨胀系数 A0节流装置的开孔截面积 流体密度 节流装置前后实际测得的压力差,流量与压力差的平方根成正比,第十九页，共一百二十页。,2差压式流量计分类表,第二十页，共一百二十页。,节流装置,按其标准化程度分：(1)标准节流装置 按照标准文件ISO 5167或GBT2624设计、制造、安装和使用，无须经实流校准即可确定其流量值并估算流量测量误差.:/baidu.ku6/watch/2193293056619515536.html?page=videoMultiNeed,
8、第二十一页，共一百二十页。,标准孔板,结构简单，安装方便，适合大流量的测量,标准喷嘴,标准文丘里管,结构复杂，压力损失比孔板小,第二十二页，共一百二十页。,成熟程度较差，尚未列入标准文件的检测件。,2)非标准节流装置,1低雷诺数：1/4圆孔板，锥形入口孔板，双重孔板，双斜孔板，半圆孔板等；2脏污介质：圆缺孔板，偏心孔板，环状孔板，楔形孔板，弯管节流件等；3低压损：罗洛斯管，道尔管，道尔孔板，双重文丘里喷嘴，通用文丘里管等；4脉动流节流装置；5临界流节流装置：音速文丘里喷嘴；6混相流节流装置。,第二十三页，共一百二十页。,3差压式流量计主要特点1应用普遍，结构易于复制，简单牢固，性能稳定可靠，使
9、用期长，价格低廉；2应用范围广泛；3检测件与差压显示仪表可分开不同制造厂生产，便于专业化形成规模经济生产，它们的结合非常灵活方便；4检测件，特别是标准型的，是全世界通用的，并得到国际标准化组织和国际法制计量组织的认可。5标准型节流式DPF无须实流校准即可投用,第二十四页，共一百二十页。,6测量的重复性，精确度在流量计中属中等水平，由于众多因素的影响错综复杂，难以精确掌握，精确度提高比较困难；7范围度窄，一般为31或41；8现场安装条件要求较高，如需较长直管段长度，一般较难满足；9检测件与差压显示仪表之间的引压管线为薄弱环节，易产生泄漏、堵塞、冻结及信号失真等故障；10压损大指孔板、喷嘴等。,第
10、二十五页，共一百二十页。,4)选用考虑要点,安装条件方面,流件前后有必要直管段长度,引压管线,仪表性能方面(1)精确度、重复性、线性度、流量范围 压力损失,流体特性方面 流体物性参数确实定(2)流体的腐蚀、磨蚀、结垢、脏污等,环境条件方面,第二十六页，共一百二十页。,3、容积式流量计positive displacement flowmeter PDF,1根本原理 利用一个标准小容积连续地定排量测量，根据标准容积的容积值和连续测量的累计次数，求得累积流量的流量计。,:/v.qq/boke/page/r/b/t/r0106t0khbt.html,第二十七页，共一百二十页。,椭圆齿轮流量计 测量本
11、体由一对相互啮合的椭圆齿轮和仪表壳体构成。,第二十八页，共一百二十页。,两个椭圆齿轮 A、B 在进出口流体压力差的作用下，交替地相互驱动，并各自绕轴作非匀角速度的转动。在转动过程中连续不断地将充满在齿轮与壳体之间的固定容积内的流体一份份地排出。齿轮的转数可以通过机械的或其他方式测出，从而可以得知流体总流量。两个齿轮每转动一圈，流量计将排出 4 个半月形容积的流体。通过椭圆齿轮流量计的流体总量可表示为：Q=4nV0,第二十九页，共一百二十页。,每转一周，两个齿轮共送出四个标准体积的流体。,:/56/u51/v_MTMzNDIyMDMy.html,第三十页，共一百二十页。,2分类 椭圆齿轮流量计、
12、刮板流量计、旋转活塞流量计等。高粘度的油类刮板式 低粘度的油类以及水的测量椭圆齿轮式、腰轮式，或采用旋转活塞式或刮板式准确度要求不高时 气体流量的测量采用转筒式或旋转活塞式 煤气皮膜式、齿轮型准确度要求较高时,刮板流量计,第三十一页，共一百二十页。,3主要特点,PDF计量精度高，根本误差一般为0.5R，特殊的可达0.2R或更高。通常在昂贵介质或需要精确计量的场合使用。在旋转流和管道阻流件流速场畸变时对计量精确度没有影响，没有前置直管段要求。PDF可用于高粘度流体的测量。范围度宽，一般为10：1到5：1，特殊的可达30：1或更大。PDF是直读式仪表，无需外部能源，可直接获得累计总量，清晰明了，操
13、作简便。,第三十二页，共一百二十页。,缺点,结构复杂，体积大，笨重，尤其较大口径PDF体积庞大，故一般只适用于中小口径。与其他几类通用流量计如差压式、浮子式、电磁式相比，PDF的被测介质种类、介质工况温度、压力、口径局限性较大，适应范围窄。由于高温下零件热膨胀、变形，低温下材质变脆等问题，PDF一般不适用于上下温场合。目前可使用温度范围大致在-30+160，压力最高为10MPa。,第三十三页，共一百二十页。,大局部PDF仪表只适用洁净单相流体，含有颗粒、脏污物时上游需装过滤器，既增加压损，又增加维护工作；如测量含有气体的液体必须装设气体别离器。PDF平安性差，如检测活动件卡死，流体就无法通过，
14、断流管系就不能应用。但有些结构设计在壳体内置一旁路，当检测活动元件卡死，流体可从旁路通过。局部形式PDF仪表如椭圆齿轮式、腰轮式、旋转活塞式等在测量过程中会给流动带来脉动，较大口径仪表还会产生噪声，甚至使管道产生振动。,第三十四页，共一百二十页。,4选用考虑因素,1)使用目的是流程控制工程管理还是储运交接财贸核算？2)操作是连续测量还是间歇测量？使用的最高流量、常用流量、最小流量各位多少？3)最高、常用、最小工作温度和压力，允许的压损各位多少？4被测介质的种类和特点，包括粘度、腐蚀性、夹带物的量和粒度尺寸。5)对流量计进行校准方法，离线校准还是现场校准6)管线泵送种类，能力，有无脉动？7安装场
15、所可用空间情况。,第三十五页，共一百二十页。,4、浮子流量计,通过刻有流量标度尺的锥形玻璃管和管内浮子的位置高度，直接观察管道内流体流量的指示型仪表。用来测量非混浊的液体或气体等单相介质的流量，它较其它仪表方便，直观。,第三十六页，共一百二十页。,工作原理,如下图，被测流体从下向上经过锥管1和浮子2形成的环隙3时，浮子上下端产生差压形成浮子上升的力，当浮子所受上升力大于浸在流体中浮子重量时，浮子便上升，环隙面积随之增大，环隙处流体流速立即下降，浮子上下端差压降低，作用于浮子的上升力亦随着减少，直到上升力等于浸在流体中浮子重量时，浮子便稳定在某一高度。浮子在锥管中高度和通过的流量有对应关系。,第
16、三十七页，共一百二十页。,分 类,按锥形管材料分为透明锥形管和金属锥形管 按被测流体分为液体用、气体用和蒸汽。按被测流体通过浮子流量计的量分为全流型和分流型。,金属,螺纹连接,第三十八页，共一百二十页。,玻璃管浮子流量计,第三十九页，共一百二十页。,优点,大局部浮子流量计没有上游直管段要求，或者说对上游直管段要求不高。较宽的流量范围度，一般为10：1，最低为5：1，最高为25：1。流量检测元件的输出接近于线性。压力损失较低。玻璃管浮子流量计结构简单，价格低廉。现场指示流量使用方便。金属管浮子流量计无锥管破裂的风险。与玻璃管浮子流量计相比，使用温度和压力范围宽。,第四十页，共一百二十页。,缺点,玻璃管浮子流量计有玻璃管易碎的风险，尤其是无导向结构浮子用于气体。大局部结构浮子流量计只能用于自下向上垂直流的管道安装。浮子流量计应用局限于中小管径，普通全流型浮子流量计不能用于大管径，玻璃管浮子流量计最大口径100mm，金属管浮子流量计为150mm，更大管径只能用分流型仪表。使用流体和出厂标定流体不同时，要作流量示值修正。液体用浮子流量计通常以水标定，气体用空气标定，如实际使用流体密度、粘度与之