推荐所谓工业上的极低温流体,一般指在大气压下沸点为-50℃以下的流体。代表性的极低温流体有LNG(液化天然气)、LN2(液氮)、LO2(液氧)、液化乙烯、液氢、液氯以及这些低温气体,L PG(液化石油气)不包括在极低温流体中。在论述极低温流体的流量测量方法时,特别要了解的是在工业过程中使用这些流体时,它与常温或高温相比有哪些不同?容易发生什么样的问题?因此,首先列举极低温流体和过程的特征加以说明。
(1) 容易引起状态变化构成极低温流体的物质具有表1、表2所示的物理常数。这些流体通常以饱和状态储存在绝热的储存容器里。用泵升压、送出,开始过程处理,并反复进行加压、减压。在此过程中,饱和状态的极低温流体一会儿变为过冷状态,一会儿变为沸腾状态,状态容易变化。因此,配管设计和流量计设计需要采取措施。
(2)有因浓缩而出现的物态变化液化天然气是由表2所示的物质而组成的混合物。由于从外部向储存容器或配管内加热,所以,先从甲烷开始蒸发,发生称为浓缩的如图1所示那样的成分变化。液化天然气的成分物质甲烷、乙烷、丙烷、丁烷的液态密度如图2所示。由于浓缩,液化天然气的液态密度变大,所以,测量流量时,必须修正密度。
(3)对材料有限制金属材料在极低温下的屈服点、拉伸强度、延伸率、节流、冲击试验值等机械性质与常温下有很大不同,在极低温下,金属材料的拉伸强度上升,但延展性降低,冲击值也随材料而显著下降。因此,在极低温下所使用的仪器的材料,应是有充分抗破坏韧性的材料,使之不引起脆性破坏,这些材料就叫做低温材料。但是,现在使用的最一般的材料有:不锈钢、铝合金、90%的镍钢、35%的镍钢(镍铁合金)。表3示出了低温材料的机械性质。图3还示出了不锈钢的恰贝迁移温度曲线。
(4)要求考虑因冷缩而产生的应力、间隙的变化后进行设计。低温材料的物理性质如表4所示。用这些材料设计测量仪器时,必须充分考虑冷缩的影响。
(5)需要预冷如果使极低温流体急剧地流入处于温暖状态的配管和仪器的局部,则不能控制从法兰漏出极低温流体,这样,配管和仪器会产生异常应力,有被破坏的危险。因此,必须进行预冷作业,冷却到所定的温度状态然后开始使用。
(6)必须注意因高凝固点物质的凝固而产生故障开始使用前.如果不消除空气、油分,那么,在极低温下,固化的水分,油分,二氧化碳等会增大可动部分的摩擦,使过滤器堵塞,发生效障。
(7)在气液分界面引起对流在气液分界面内产生的对流,会出现微弱的脉动现象,发生因烟雾而产生的故障。流量测量仪器的种类目前使用最多的极低温流体的流量测量仪器有孔板、涡街流量计、涡轮流量计三种。但是,各种流量计,根据其用途、测量范围,也研制了很多不同的结构。因此,希望选择仪器时,一定要在充分掌握各种仪器的特征的基础上考虑价格。维护性能、要求精度、过程中测量场所的特征。极低温流体以液体和气体两种状态存在,但几乎所有的问题都发生在流体的流量测量过程中。
因此,这里主要说明极低温液体的流量测量。孔板用孔板测量流体的方法是根据德国工业标准、美国机械工程师学会、日本工业标准等的标准确定的。由于其使用效果好,所以,极低温流体在以上述标准定义的物性值的范围内,如果测量时没有异常的物性值变化,就能进行圆满的测量。实际上在极低温流体的流量测量中,孔板应用得最多,可靠性也高。
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