低温多效蒸馏海水淡化装置流量仪表的选型

黄 岩，张风友

（中国电子工程设计院 海水淡化工程技术研究中心，北京 100142）

低温多效蒸馏海水淡化装置流量仪表的选型

黄 岩，张风友

（中国电子工程设计院 海水淡化工程技术研究中心，北京 100142）

对于低温多效蒸馏海水淡化装置，正确的仪表选型关系到装置的平稳、安全和经济运行。流量仪表的选型一直是仪表选型中的难点。该文总结了流量仪表选型的一般性原则，首先根据被测流体类型对流量计进行初选，然后根据仪表性能、介质特性、安装和维护、环境条件、经济条件这5个因素对候选仪表进行深入比较，排除不合适的仪表，并对适合的仪表进行排序。最后，针对低温多效蒸馏海水淡化装置中水蒸气、海水、产品水这3种典型介质的流量测量，利用前面总结的选型原则进行仪表选型，最终得到合适的仪表种类并对其进行排序。

海水淡化；流量仪表；仪表选型

相比于其他过程测量仪表，流量仪表的种类繁多，据统计在工业中得到应用的流量仪表种类超过了100种[1]。因此流量仪表的选型是一项复杂的工作，需要工程师具备良好的过程测量知识及丰富的经验，熟悉常用仪表的类型、原理。

1 流量仪表类型及选型原则

1.1 流量仪表的分类

按照不同的原则，流量仪表有不同的分类方法。从仪表选型的角度来考虑，按照测量原理对流量仪表进行分类是比较合理的。根据流量的测量原理，可以把工业中常用的流量仪表分成表1所示的10 种类型[2-3]。

表1 流量计分类Tab.1 Classifications of flowmeters

1.2 流量仪表的选型原则

在进行流量仪表的选型之前，究竟需不需要流量计是首先需要确定的问题[4]。因为在很多场合下，用户只是需要了解介质流动是较快还是较慢，或者需要流量的高报警（与/或低报警）。在这些场合下，选择流量指示器或流量开关可以用更低的费用来满足需求[5]。只有对精度要求更高（通常不超过5%），或者流量信号参与控制的情况下才需要使用流量计。

确定需要使用流量计之后就可以进行流量计的选型，流量计选型的一个基本方法是排除法，即排除不符合测量需求的仪表种类。第一步要根据被测流体的类型（液态、气态还是混合流体）进行流量计的初选，如表2所示。

表2 流量计的应用范围Tab.2 Application range of flowmeters

经过初选之后，根据以下5个方面的因素来深入分析比较，排除不合适的仪表种类，最终确定合适的流量计类型。

1）仪表性能

仪表性能方面，主要考虑的因素包括精度、重复性、线性度、量程比、压力损失、输出信号特性、响应时间。仪表性能方面的考察基于工艺过程对测量的要求，如贸易交接测量对于精度要求较高，对于大口径管线测量要求较小的压力损失等。各种类型仪表性能可以通过查阅仪表的选型手册来获得，需要注意的是，仪表在不断的更新换代，因此在仪表选型时要保证获得的仪表性能参数是最新的。

2）介质特性

被测介质的特性对所有类型的流量计都有不同程度的影响。常用的介质的特性参数一般可以从相关手册中查到，然后与流量计的规格参数对比，就可以初步确定哪些仪表是可以使用的。在选型时，主要考虑的因素包括密度、温度、压力、比重、黏度、等熵指数、压缩系数、电导率、比热容、导热系数、流体的化学机械性质等。

3）安装和维护

不同类型的仪表对安装的要求也不同。有些仪表（如表2中第1组和第4组中的仪表）需要上游有较长的直管段，而有些仪表（如表2中第3组中的仪表）则对上游直管段要求很低。主要考虑的因素包括安装方向、介质流向、上下游直管段、管径、振动影响、阀门位置、电气连接、附件（如过滤器、稳压补偿装置、整流器等）、爆炸危险区、非稳定流情况等。

4）环境条件

环境条件主要考虑的因素包括环境温度、湿度、大气压力、安全因素、电磁干扰等。

5）经济条件

流量仪表的全部费用包括购置费、附件费、安装费、运行费、维护费、校验费和备品备件费等。在考虑经济条件的时候，要综合考虑各种因素而不能仅仅只考虑购置费用。表3中列出了常用流量计的费用比较。

2 实际应用分析

在低温多效蒸馏海水淡化装置中，流量测量的主要介质包括水蒸气、海水、淡水。下文依次针对这3种介质进行流量计的选型分析。

表3 流量计的费用比较Tab.3 Cost comparison of flowmeters

2.1 水蒸气的流量测量

水蒸气的流量测量条件和要求如下：

介质：饱和水蒸气；管径：750 mm；操作温度：153℃；操作压力：0.6MPa（A）；正常流量：81200 kg/h；精度要求：2.5%；直管段限制：＜30 D；成本限制：无。

根据第1部分介绍的流量仪表选型的步骤，分析如下：

步骤1对照表2进行流量计的初选，去掉不合适的类型，确定可用的流量计类型为第1、2、4、5、10组。

步骤2考察仪表性能，由于水蒸气流量涉及到贸易交接，流量计精度不低于2.5%[6]；由于流量计下游为蒸汽喷射器，为了保证入口蒸汽的压力，所以流量计的压力损失要尽量小。因此确定可用的流量计类型为第1、2、4、5组。在能够满足测量精度的前提下，流量计的压力损失对选型影响较大，因此从仪表性能方面对所选流量计进行排位如下：1.第2 组，2.第 5 组，3.第 4 组，4.第 1 组。

步骤3考察介质特性，主要考察雷诺数的计算结果，确定可用的流量计类型为第1、2、4、5组。

步骤4考察安装和维护，主要是考察流量计要求的直管段长度对安装的限制。经过比较，第1、2、4、5组仍然满足安装和维护要求。

步骤5考察环境条件，候选仪表均可以满足环境条件的要求。

步骤6考察经济条件，经济条件的主要影响因素为购置费用、安装费用和校准费用。经过比较，对所选流量计进行排位如下：1.第1组，2.第2组，3.第5组，4.第4组。

由于插入式流量计（涡街、涡轮）的测量精度受到仪表安装的影响很大，根据对其它已经投产运行的装置的调研情况来看，插入式流量计 （涡街、涡轮）对于蒸汽测量的测量精度均不够理想。由于本项目对仪表购置成本没有严格的限制，因此，将插入式涡轮、插入式涡街流量计从待选清单中排除出去。综合上述分析，最终得出流量计的排位如下：1.第 2 组（均速管），2.第 5 组（涡街），3.第 1 组（孔板、喷嘴）。根据HG/T20507中的规定，上述3组流量计均应带温压补偿[7]。

2.2 盐水的流量测量

盐水流量测量条件和要求如下：

介质：盐水；管径：450 mm；操作温度：68℃；操作压力：0.28 MPa（A）；正常流量：450 m3/h；精度要求：1.5%；直管段限制：＜10 D；成本限制：无。

根据第1部分介绍的流量仪表选型的步骤，分析如下：

步骤1对照表2进行流量计的初选，去掉不合适的类型，确定除了第9组以外，另外9组流量计均可以满足。

步骤2考察仪表性能，盐水流量测量不涉及计量，但要参与蒸发器的液位控制，所以对精度有一定要求。对于低温多效蒸馏海水淡化装置来说，能耗是重要的考察指标，从节约能源角度来考虑，选择的流量计的压力损失要尽量小。经过比较，对所选流量计进行排位如下：1.第6组，2.第7组，3.第2 组，4.第 1 组。

步骤3考察介质特性，主要考察雷诺数的计算结果，确定可用的流量计类型为第1、2、6、7组。

步骤4考察安装和维护，因为海水流量计的安装位置位于设备下方的管廊上，为方便流量计的日常维护，应选择传感器与变送器能够分体安装的流量计。同时应考察流量计要求的直管段长度对安装的限制。经过考察，1、2、6、7组均满足安装和维护的需要。

步骤5考察环境条件，候选仪表均可以满足环境条件的要求。

步骤6考察经济条件，经济条件的主要影响因素为购置费用、安装费用和校准费用。经过比较，对所选流量计进行排位如下：1.第7组，2.第2组，3.第6组，4.第1组。

由于插入式流量计（电磁）的测量精度受到仪表安装的影响很大，在资金充足的前提下，为保证测量结果的准确性，不建议使用插入式流量计（电磁）。超声波流量计（多普勒法）在使用中受管道振动、现场安装等因素影响较大，在选型时应予以综合考虑。综合上述分析，最终得出流量计的排位如下：1.第 6 组（电磁），2.第 7 组（多普勒法），3.第 2 组（均速管），4.第 1 组（文丘里管）。

2.3 产品水的流量测量

海水流量测量条件和要求如下：

介质：水；管径：600 mm；操作温度：40℃；操作压力：0.5 MPa（A）；正常流量：1450 m3/h；电导率：＜10 μs；精度要求：1.5%；直管段限制：＜10 D；成本限制：无。

根据第1部分介绍的流量仪表选型的步骤，分析如下：

步骤1对照表2进行流量计的初选，去掉不合适的类型，确定除了第6、9组以外，另外8组流量计均可以满足。

步骤2考察仪表性能，由于产品水流量测量涉及贸易交接，要求测量精度不低于1.5%。而且同海水流量测量一样，从节约能源角度来考虑，选择的流量计的压力损失要尽量小。经过比较，对所选流量计进行排位如下：1.第 7组，2.第 5组，3.第 4组，4.第 1 组。

步骤3考察介质特性，主要考察雷诺数的计算结果，候选仪表均可以满足要求。

步骤4考察安装和维护，因为产品水流量计的安装位置位于设备下方的管廊上，为方便流量计的日常维护，应选择传感器与变送器能够分体安装的流量计；同时，应考虑流量计要求的直管段长度对安装的限制。经过考察，候选仪表均满足安装和维护的需要。步骤5考察环境条件，候选仪表均可以满足环境条件的要求。

步骤6考察经济条件，经济条件的主要影响因素为购置费用、安装费用和校准费用。经过比较，按照费用由低到高的顺序对所选流量计进行排位如下：1.第 7 组，2.第 1 组，3.第 5 组，4.第 4 组。

综合上述分析，最终得出流量计的排位为1.第7 组（传播速度差法），2.第 5 组，3.第 4 组（涡轮），4.第 1 组（文丘里管、喷嘴）。

3 结语

在流量仪表的选型过程中，排除法是必要而且有效的方法。需要注意的是，流量测量技术在不断发展，流量仪表的性能在不断提高，所以在选型时参考的表格需要不断地更新。

[1]R.W.Miller.Flow Measurement Engineering Handbook[M].Third Edition.New York：McGRAW HILL，1996.

[2] BS 7405-1991 Guide to Selection and Application of Flowmeters for the Measurement of Fluid Flow in Closed Conduits[S].London：British Standards Institution，1991.

[3] API RP 551-93 Process Measurement Instrumentation[S].Washington，D.C：American Petroleum Institute，1993.

[4] R.A.Furness.BS 7405：The principles of flowmeter selection[J].Flow Measurement and Instrumentation，1991，10（2）：233-242.

[5] 陆德民.石油化工自动控制设计手册[M].北京：化学工业出版社，2001.

[6]GB 17167-2006用能单位能源计量器具配备和管理通则[S].北京：中国国家标准化管理委员会，2006.

[7]HG/T 20507-2014自动化仪表选型设计规范[S].北京：中华人民共和国工业和信息化部，2014.

Flow Instruments Selection of Low Temperature Multi-effect Desalination Unit

HUANG Yan，ZHANG Feng-you
（Desalination Technology Engineering Center，China Electronics Engineering Design Institute，Beijing 100142，China）

For low temperature multi-effect distillation desalination unit，the correct instrument selection is important to the smooth，safe and economical operation.The flowmeter selection is always difficult in instrument selection.This paper summarizes the general principle of flow instrument selection.First，the flowmeters are selected according to the type of fluid to be measured.Then according to the performance，fluid property，installation and maintenance，environmental conditions and economic conditions of the candidate instruments in-depth comparison，eliminate unsuitable instruments and sorting for the suitable ones.Finally，according to the 3 typical flow measurements of vapor，brine and water in low temperature multi-effect distillation desalination unit，select instruments with the principle summarized before，finally get the appropriate instrument types and the order.

desalination；flow instrument；instrument selection

TH814

B

1001-9944（2017）11-0020-04

10.19557/j.cnki.1001-9944.2017.11.005

2017-06-15；

2017-09-19

中共北京市委组织部2016年北京市优秀人才培养资助计划项目；科技部国家科技支撑计划项目（2015BAB08B00）

黄岩（1983—），男，硕士，高级工程师，研究方向为仪表与控制设计；张风友（1980—），男，工程师，研究方向为海水淡化项目管理。