熱式流量計在熱電行業的應用
一、 概述：
山東濱化集團股份有限責任公司老熱電廠煙氣、風流量采用機翼式流量計，由節流件和差壓變送器組成，機翼式取壓裝置有維護量大、壓損大、安裝不方便等缺點，同時由于測量管道灰塵煤粉顆粒物較多，存在易堵、易凍、易漏等現象，使流量指示不準，同時還會使流量系數發生變化，測量精度降低，造成測量誤差大。因此我們在新上的鍋爐系統中先后安裝投運ST98-A FCI流量計16臺作為一次風、鍋爐出口煙氣、返料鳳、流化風量的測量，安裝投入運行后效果良好。
二、測量原理
ST98型流量計是一種用于空氣和氣體測量應用的熱擴散式質量流量計，ST98型流量計由一個流量元件、一個流量變送器和一個封裝組成。ST98的流量元件使用熱擴散的操作原理，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之間造成一個溫差。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，流量計的流量變送器將RTD間的溫差轉換成一個刻度信號和一個可選擇的顯示值。
三、技術規格及參數:
操作溫度：控制電路的環境溫度(-18-60℃)
傳感器標準溫度(-40-177℃)
操作壓力：0-250PSIG(0-17BAR(G))
流量范圍：0.75-600SFPS(0.21—172NMPS)
精度：標準精度為±1%讀數 +0.5%的滿量程
重復性：±0.5%讀數
量程比：10：1 到100：1
信號輸出：4-20mA,700Ω最大負載；0-5,1-5&0-10VDC 100KΩ最小負載
流量精度：±1%+0.5%滿量程
輸入電源：AC輸入：100-240VAC,50/60Hz DC輸入：22-33VDC
輸出信號：電流：4~20 mA，700 O 最大負載。電壓：0~10 VDC，0~5 VDC，1~5 VDC，100KO 最小負載
四、安裝
傳感器安裝焊接（以管道尺寸為2600*1600mm為例）
1、在測量管道上焊接帶3/4NPT(陰螺紋)的安裝短管3個,其中2個為觀測孔，一個為測量孔。
2、在管道2600mm側距外壁650/1300/1950mm處分別開A、B、C三個孔，見圖一。
3、質量流量計插入深度等于管內徑的1/2＋12.7＋管厚。
4、過程連接頭如圖二所示
5、接線
1、出于安全因素的考慮，ST98特別要求220V AC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。
2、因傳統4～20mA的I/O產品對變頻驅動設備等產生的高頻噪聲干擾較為敏感，且現場的電氣高頻噪聲污染較為嚴重。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機柜一端包裹保護起來。
6、現場傳感器部分按照圖三、四聯接
7、二次儀表接線按照圖五連接
五、調試
使用ST98流量變送器提供的RJ－12通訊串口與FCI的FC88通訊器進行鏈接通訊。
第一、將風機負荷調節至40％，在過程連接頭A處插入傳感器總長度1／3，記錄FC88 T狀態下流量值，繼續推進傳感器至2／3處，記錄流量值，最后全部推進，記錄流量值。然后將傳感器分別移至B和C點記錄數據。
第二、將風機負荷調節至60％，在過程連接頭A處插入傳感器總長度1／3，記錄FC88 T狀態下流量值，繼續推進傳感器至2／3處，記錄流量值，最后全部推進，記錄流量值，然后將傳感器分別移至B和C點記錄數據。
第三、將風機負荷調節至80％，在過程連接頭A處插入傳感器總長度1／3，記錄FC88 T狀態下流量值，繼續推進傳感器至2／3處，記錄流量值，最后全部推進，記錄流量值。然后將傳感器分別移至B和C點記錄數據。把3個不同負荷下的9個數據相加除9，既為不同負荷下瞬時流量值。
示例：負荷40％點
A位置三個數據分別為：365NCMH、500 NCMH、700 NCMH。B位置三個數據分別為：200 NCMH、600 NCMH、900 NCMH， C位置三個數據分別為：800 NCMH、900 NCMH、1000 NCMH，9個數據相加，計算平均值是663 NCMH，這就是此管道的瞬時流量值，最佳安裝點是A3或B2 。若安裝在A3點，K系數 為663除以700所得值0.947。若安裝在B2點, K系數為663除以600所得值為1.105。三種不同負荷狀態下數據計算，可尋出最佳的安裝位置以及流場分布點，便于減小誤差。
六、菜單控制和結構
1、大部分條目需要敲至少兩個鍵：一個字母加[ENTER]鍵，或一個或多個數字加[ENTER]鍵。
2、 所以有的用戶條目由輸入模式（input Mode）?<提示開始，只是當設備處于主功能模式下（這時需按[ENTER]選擇條目）時除外。
3、 Y/N表示是（Y），保存或者改變參數，或否（N），不要保存或改變參數。
4、 使用backspace（后退一格）[BKSP]鍵可以退后。
常用菜單選項表
B.傳感器平衡
這一功能只有當安轉了新的流量元件或必須進行標定時才能用。要使設備正常工作，流量元件和電子部件必須平衡。平衡意味著處于同一溫度，流量元件中的RTD必須電阻相同。由于RTD在物理特性上的差異，其中一個RTD的電流需要作調整，使兩個RTD上的電壓相同。其間的差值要盡量接近零。設備平衡既可以自動完成，也可以手動完成。
按[B][ENTER]將顯示“輸入密碼（Enter Code）”
輸入密碼加[ENTER]鍵，出現“輸入溫度值(Enter temp.#)”
在輸入溫度值后，將顯示“自動或手動(Auto or Manual)”以及“按A或M<”
按[A][ENTER]將顯示“xxx xxxx平衡（Balancing）”。然后第1行將出現“已平衡（Balanced）”，第2行將出現“保存(Saved)!xxx”如果按了[M][ENTER],而不是[A][ENTER]，則將顯示“輸入平衡值（Enter Balance#）”的提示。一旦輸入了平衡值[xxx]，則平衡值在第1行出現，第2行則出現“保存?。⊿aved）”。稍后幾秒之后，第1行將出現“保存（Saved）！xxx”，第2行出現“輸入模式？（Input Mode）<”。（一般情況下，平衡值在234～237之間）
N．軟件重啟初始化。
按[N][ENTER]將顯示：“重新啟動，請稍后?。≧estar-Wait!）”，然后出現初始化顯示：“FCIST98”，“正在初始化（initizlization）!”，“加熱器啟動（Heater On）！”，“版本（Version x.xx）”，“量程＝1.000001”。最后“輸入模式（Input Mode）<”。
S.在用戶存儲區或工廠存儲區進行儲存和/或恢復
按[S][ENTER]將顯示“用戶恢復（Restore User）”以及“從用戶存儲區（from USER SAVE）?”。如果按“Y”，則顯示“恢復頁（Restore Page x）”，以及“請稍等（Please wait）”和“結束（Completed）！”，以及“重啟?。≧estart）”。如果按了“N”，則顯示“用戶恢復（Restore User）”以及“從工廠存儲區（from FACTORY）？”。然后的顯示與從用戶存儲區恢復相同。
T.正常操作模式
按T[ENTER]第1行將顯示“53.0SFPS”，第2行將顯示“70.8°F”（示例為默認單位）。
按[Z][ENTER]將顯示“E代表英制或（E for English）”“M代表英制或（E for Metric）”。按[M][ENTER]則下一個提示為“M SMPS.N NCMH”，后跟“或K KG/HR”。按[N][ENTER] 則下一個提示為“R圓管或（R round duct or）”，后跟“S方管（S retangular）<”。按[R][ENTER]則下一個提示為“直徑：Mn”“x.xxxxxx”，后跟“修改（change it）?<”。按[Y][ENTER]并輸入一個新值，否則按[N][ENTER]或[ENTER]。如果按了[S][ENTER]，下一個提示為“Mn寬度（Wide）”“x.xxxxxx”，后跟“修改（change it）?<”。按[Y][ENTER]并輸入一個新值，否則按[N][ENTER]或[ENTER]。下一個提示為“Mn高度（High）”，“x.xxxxxx”，后跟“修改（change it）?<”。按[Y][ENTER]并輸入一個新值或按[N][ENTER]或[ENTER]。下一個提示為“最大＝x.xxxxxx”，后跟“修改滿量程（Change F.S）?<”。按[Y][ENTER]并輸入一個新值，否則按[N][ENTER]或[ENTER]。下一個提示為“零＝x.xxxxxx”，后跟“修改(Chande it)？<”。按[Y][ENTER]保存新值，否則按[N][ENTER]或[ENTER]。下一個提示為“保存（Save）？<”。按[Y][ENTER]保存新值。 最后一個提示為“輸入模式(Input Code)？<”
七、安裝調試過程中的注意事項
1、直管段要求
安裝時在流量計的上游直管段要求大于20D，下游直管段為10D。
2、確認流向
ST98流量元件未端靠近封裝的地方有一個小平面，在這個小平面上有一個指示流體流向的箭頭（見圖一），安裝時應注意標有流向箭頭的小平面與過程介質流動的方向平行，并是流向箭頭指向過程介質流動的方向。
3、確認流量元件和電子線路部分的系列號一致
流量元件和電子部分是配套的，如果系列號不符，將導致讀數不精確，初次安裝應特別注意。
4、避免將傳感器安裝在振動的管道上。
5、流量計輸出數據和DCS操作站顯示的數據計量單位要統一，如SCFM或NCMH、LB/HR或KG/HR。
6、流量計輸出數據標定和DCS控制系統接受數據標定要一致，如4～20mA、0～20mA、1～5V DC、0～5V DC或0～10C DC。
7、靜電釋放裝置（ESD）
本機電路板在出廠時，安裝了靜電釋放裝置，在安裝時應引起高度重視，必須合理使用帶有接地的兆歐電阻的護碗等裝置。因為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，必須嚴格遵守ESD警告。
八、常見故障處理排除
1、 因傳感器內部為2只電阻構成，所以故障可大致分為開路和短路兩種現象，故障原因一般為傳感器受到外傷害或振動導致。下圖為傳感器各腳之間的電阻電壓值。
TS2或就地接線終端的流量元件電阻
2、根據內部電路原理推薦電阻速測法
1對2電阻為0歐，2對3為1.1 KΩ，2對4電阻為1.1 KΩ，2對5電阻為1.1 KΩ，2對6電阻為1.1 KΩ，7對8電阻為110 Ω。
3、FC88顯示的常見故障列表
1、SENSOR ERROR （傳感器故障）
原因為：1、接線錯誤 2、導線松脫 3、加熱RED或參照RTD斷路或短路。
2、OVERTEMP HEAD （傳感頭溫度過高）
原因為：1、過程溫度超限 2、傳感器損壞
3、UNDERTEMP HEAD （傳感頭溫度過低）
原因為：1、過程溫度超限 2、傳感器損壞
4、OPEN HEATER （加熱器斷路）
原因為：1、加熱器電阻過大約170歐姆 2、傳感器斷路
5、SHORTED HEATER （加熱器短路）
原因為：1、加熱器電阻過小約90歐姆 2、傳感器短路
6、4―20MA無輸出
可進入設備輸出檢查程序查看。
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