圖1：質(zhì)量流量計實物

設(shè)備結(jié)構(gòu)及測量原理

ST98型質(zhì)量流量計是一種用于各類氣體測量的熱擴(kuò)散式質(zhì)量流量計。它由一個流量元件、一個流量變送器和一個封裝組成。對于小口徑過程管線，一般使用在線式流量元件；對于大于40mm的大口徑過程管線，一般使用插入式流量元件。流量元件的過程連接方式、流量變送器的輸入電源、輸出信號標(biāo)定以及封裝和安裝方式均有多種方案供用戶選擇。根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境（I區(qū)防爆）的要求，馬鋼選用了流量變送器與流量元件一體化就地封裝、插入式螺紋連接安裝方式的ST98型質(zhì)量流量計。

 
圖2：流量計原理圖

測量原理為：一個低功率加熱器通過加熱一個電阻式溫度探測器（RTD），在兩個RTD間造成一個溫度差。流體的流動將被加熱的RTD上的熱量帶走，造成兩個RTD間的溫度差成比例變化。流量變送器將RTD間的溫度差轉(zhuǎn)換成一個刻度輸出信號至DCS和一個可選的顯示值至現(xiàn)場數(shù)顯。

安裝

確認(rèn)流量元件的安裝位置

出廠煤氣管道架設(shè)在管廊架頂層，標(biāo)高＋7500mm，管外徑1220mm，管材質(zhì)為Q235炭鋼。ST98要求流量元件上游至少留出20倍管徑（過程管線）的直管段；下游留出10倍管徑的直管段。流量元件插入過程管線，過中心線0.5inch（12.7mm），且與管線橫截面在同一平面上。FCI建議流量元件豎直或水平安裝在過程管線中。

考慮到過程氣體中可能含有水分甚至少量焦油等液體聚集到RTD上，再成珠狀物滴下，帶走部分熱量影響兩RTD上的溫度差，從而影響到測量精度。我們采取將流量元件安裝在過程管線與水平線夾角45°斜向上的位置。當(dāng)有液體滯留在RTD上時，會迅速沿著RTD向下散開，不至于聚集成珠狀物滴下而帶走熱量。

過程連接頭安裝

過程連接頭為304不銹鋼，成環(huán)柱狀。必須保證過程連接頭上底面S與工藝管線軸線和L1所在平面平行，才能確保流量元件自過程連接頭插入過程管線后，過橫截面圓心，且與橫截面平行。

首先，根據(jù)安裝位置的要求，在工藝過程管線上標(biāo)出一點(diǎn)O，在O點(diǎn)兩側(cè)，用線錘確定豎直方向與過程管線的切點(diǎn)A及A‘，連結(jié)AA’，過A及A‘作AA’垂線，自A及A‘沿其垂線向下標(biāo)出1/4過程管線周長位置B和B’，過O點(diǎn)作OO‘⊥BB’于點(diǎn)O‘，則O’點(diǎn)就是流量元件的準(zhǔn)確安裝位置。

將OO‘線延長，自O(shè)’點(diǎn)在OO‘及其延長線上標(biāo)出距離相等的兩個點(diǎn)C和C’。在O‘點(diǎn)開孔，將過程連接頭點(diǎn)焊于O’點(diǎn)。借助角尺，調(diào)整過程連接頭使其上底面S在BB‘方向上與過程管線軸線平行。在S面上作L2⊥BB’與環(huán)面外邊沿交于D、D‘兩點(diǎn)。調(diào)整過程連接頭，使CD連線和C’D‘連線長度相等，再將過程連接頭焊接好。這樣，就確保了流量元件插入過程連接頭后于過程管線橫截面平行，且過橫截面所在圓圓心。

流量元件的安裝

Ⅰ、計算出管道外徑的1/2，加上0.5inch，在流量元件探桿上標(biāo)出這一長度（自RTD端部）。

Ⅱ、將流量元件緊固件插入過程接頭，按ANSIB16.5力矩規(guī)格擰緊，并使用適當(dāng)密劑。測量過程接頭和擰緊的緊固件整體高出管道的尺寸，在第一個標(biāo)記上標(biāo)出這個長度。

Ⅲ、插入流量元件，調(diào)整其位置，使第二個標(biāo)記位于緊固件上平面，這樣就使流量元件超過管道中心線0.5inch；同時使流量箭頭的小平面于過程介質(zhì)流動方向平行（±1°），并使箭頭指向過程介質(zhì)的流動方向。

Ⅳ、確認(rèn)以上3步驟無誤（因金屬套環(huán)在擰緊后以鋸齒狀卡入流量元件探桿中，流量元件便不能作任何調(diào)整），用扳手卡住緊固件，件緊固件螺栓擰緊后再擰1.25圈，這樣，流量元件就密封固定安裝到位了。

 
圖3：加工流程圖

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接線

Ⅰ、ST98型質(zhì)量流量計用戶手冊

設(shè)備說明以及接線圖均注明電源可用24VDC或220VAC，分別提供一種接線端子?？刹痖_變送器封裝后發(fā)現(xiàn)：接線端子旁注明ACONLY，故輸入電源只能使用220VAC.

Ⅱ、ESD警告

流量變送器包含靜電釋放（ESD）敏感裝置，在打開封裝或處理電子線路板裝置時，需要使用標(biāo)準(zhǔn)ESD警告：使用帶有接地的兆歐電阻器，或腕帶，或膝帶，使產(chǎn)生高靜電的物品如非ESD允許的塑料、膠帶和包裝塑料等遠(yuǎn)離設(shè)備。

Ⅲ、接地與屏蔽

出于安全因素的考慮，ST98特別要求220VAC電源采用三線制，其中一根接地線必須連接到流量變送器接線端子排的接地終端。

因傳統(tǒng)4～20mA的I/O產(chǎn)品對變頻驅(qū)動設(shè)備等產(chǎn)生的高頻噪聲干擾較為敏感，且現(xiàn)場的電氣高頻噪聲污染較為嚴(yán)重。避免儀表信號傳輸回路遭受干擾，對輸出信號電纜采用屏蔽電纜，且屏蔽層在靠近變送器一端接地，DCS機(jī)柜一端包裹保護(hù)起來（另外，控制系統(tǒng)機(jī)柜組的交流電源接地、直流電源接地、電纜屏蔽層接地和機(jī)柜接地在柜內(nèi)保持彼此分離，并且接地網(wǎng)與工廠防雷接地網(wǎng)等相對獨(dú)立）。

 
圖4：流量計應(yīng)用

調(diào)試

使用ST98流量變送器提供的一個RJ－12通訊串口，可與FCI的FC88通訊器和PC機(jī)DB－9或DB－25接口進(jìn)行通訊，用于對流量變送器進(jìn)行參數(shù)設(shè)定或修改，調(diào)試過程中需要注意如下幾個容易出錯的問題。

Ⅰ、流量計輸出數(shù)據(jù)和DCS操作站顯示的數(shù)據(jù)計量單位要統(tǒng)一，如SCFM或NCMH、LB/HR或KG/HR.

Ⅱ、流量計輸出數(shù)據(jù)標(biāo)定和DCS控制系統(tǒng)接受數(shù)據(jù)標(biāo)定要一致，如4～20mA、0～20mA、1～5VDC、0～5VDC或0～10CDC.

Ⅲ、流量計的電子部分使用常數(shù)作為擬合曲線參數(shù)，用于顯示流量值。此常數(shù)由4節(jié)組成，根據(jù)用戶提供的過程介質(zhì)中各種成分（如精制煤氣中的CO、O2、N2、H2等）含量百分比等相關(guān)參數(shù)計算得出。流量計生產(chǎn)商在設(shè)備出廠前一般都將此常數(shù)固化在EEPROM中，用戶不能修改。用戶提供的這些參數(shù)都來自于設(shè)計單位的設(shè)計理論值，因此與現(xiàn)場實際參數(shù)有一定的偏差。因此，流量計在實際應(yīng)用中會出現(xiàn)較大的誤差，馬鋼煤焦化公司的此類流量計均因此出現(xiàn)了嚴(yán)重偏差。

結(jié)束語

通過五冶自動化分公司、設(shè)備生產(chǎn)商和業(yè)主監(jiān)理等多方技術(shù)人員現(xiàn)場分析和調(diào)試，對我們在安裝過程中對細(xì)節(jié)的把握和對技巧的使用給予了高度評價，尤其是對流量元件在插入過程管線時方位的選擇得到FCI充分肯定。事實上，ST98熱式插入安裝式質(zhì)量流量計應(yīng)用于可能含有水分等可凝結(jié)成液體雜質(zhì)的過程氣體時，流量元件安裝方位都已采用在過程管線中線下方45°向上的方式。FCI的用戶手冊在設(shè)備安裝方位選擇方面沒有考慮介質(zhì)含雜質(zhì)問題，故一直沿用原有推薦安裝方式未做修正，F(xiàn)CI技術(shù)人員口頭上已經(jīng)推薦并支持本文所采用的安裝方式。

設(shè)備投產(chǎn)使用過程中，誤差依然嚴(yán)重存在，詳細(xì)分析后，認(rèn)為：業(yè)主先前提供的過程介質(zhì)中各種氣體的含量百分比不準(zhǔn)確，取樣氣化驗后將這些參數(shù)發(fā)往SANMARCOSFCI總部重新計算了常數(shù)，由生產(chǎn)商技術(shù)支持人員從新設(shè)定后，使馬鋼煤焦化公司第二煤氣凈化車間的兩臺ST98質(zhì)量流量計測量精度控制在了±1%以內(nèi)，從而避免了出廠煤氣計量不準(zhǔn)而造成的經(jīng)濟(jì)損失。

本文用較大篇幅闡述了ST98流量元件現(xiàn)場安裝定位的一些小技巧，尤其提到了ESD警告與屏蔽接地等在施工中容易忽略的小細(xì)節(jié)以及在調(diào)試整定過程中容易產(chǎn)生問題的幾個方面。希望在以后安裝調(diào)試同類儀表時，能為各位同仁提供一些可以借鑒的經(jīng)驗和教訓(xùn)。