三普儀表對大口徑管道測量氣體流量推薦V錐流量計(jì)

現(xiàn)代的化工和石油化工裝置中，時(shí)常會(huì)遇到一些大口徑管道，其中介質(zhì)大多為氣體，例如氮?dú)?、工藝風(fēng)、煙道氣、焦?fàn)t煤氣等介質(zhì)。如何準(zhǔn)確測量這些管道中氣體流量，有時(shí)是很重要的，例如在硫酸生產(chǎn)裝置中，工藝風(fēng)流量是一個(gè)非常重要的工藝參數(shù)。一方面工藝風(fēng)量大小和分配直接關(guān)系到沸騰爐內(nèi)硫是否能充分燃燒，避免爐內(nèi)*的產(chǎn)生，防止?fàn)t膛燒結(jié)；另一方面還關(guān)系到整個(gè)裝置的操作狀況和平穩(wěn)運(yùn)行，以及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的核算、標(biāo)定。因此，主風(fēng)量測量儀表應(yīng)具備高可靠性和較高測量精度。
                                 
                              測量大口徑管道的氣體流量通常為孔板、文丘里管以及阿牛巴等差壓節(jié)流元件，但是，節(jié)流裝置在某些場合卻難以采用。在某硫酸裝置設(shè)計(jì)中，工藝風(fēng)流量測量遇到難題，若采用常規(guī)流量儀表孔板、文丘里管或阿牛巴，則安裝位置受到限制。工藝管道公稱直徑700mm，其直管段前后僅有1m。對于大口徑管道的流量測量，a方案采用孔板流量計(jì)，其安裝要求高，一般*D、后5D應(yīng)為直管段，滿足不了這么長的要求。b方案采用文丘里管，其本身長度近5m，再加上滿足精度要求的zui小安裝直管段（前5.5D、后3.5D），共計(jì)11.3m，受安裝條件限制，風(fēng)機(jī)出口管線根本滿足不了這么長的直管段要求。c方案采用阿牛巴，其安裝要求一般為前5D、后2D，也滿足不了這么長的直管段要求。
                                 
                              隨著測量技術(shù)的不斷發(fā)展，近期推出了*的流量測量儀表--錐形流量計(jì)。該流量計(jì)不僅很好地解決了直管段長度的要求，而且提高了測量精度，這是由于錐形流量計(jì)采用*的中心流線型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，巧妙地解決了長直管段整流的問題。中心懸掛的流線型錐體能重塑流速曲線，在緊靠錐體上游和下游較窄的區(qū)域內(nèi)（前0~3D、后0~1D），將流速不規(guī)則的流體直接整流成理想流體，獲得很高的測量精度和重復(fù)性，不需要直管段整流。因此筆者在該管線的氣體流量測量中，設(shè)計(jì)采用了錐形流量計(jì)及差壓變送器進(jìn)行測量。本文將結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，著重比較孔板流量計(jì)與錐形流量計(jì)測量儀表的各自優(yōu)缺點(diǎn)，供大家參考。
                              2.2 系統(tǒng)組成
                                 
                              錐形流量計(jì)與傳統(tǒng)的差壓型流量計(jì)一樣，由節(jié)流元件、引壓管、差壓變送器、流量計(jì)算機(jī)組成。流體為干燥氣體時(shí)，若水平安裝在管道上，取壓孔方向應(yīng)垂直向上；在垂直管道上，應(yīng)將高、低壓引壓管向上走平行后接入變送器。
                                  2.3 性能特性
                                  1、重塑流速曲線
                                 
                              重塑流速曲線是錐形流量計(jì)的zui大特點(diǎn)。節(jié)流錐體懸掛在管線中心迫使管道中心的流體繞著錐體流動(dòng)，從而改變了管道中的流速曲線。如果流體在理想的管道中沒有任何阻礙和干擾，那它的流速分布將很均勻?？拷鼙诘牧魉賻缀鯙榱?，而管道中心的流速將達(dá)到zui大，見圖3。當(dāng)我們將錐體懸掛在管線中心時(shí)，錐體將直接同流體的高速區(qū)接觸，迫使高速區(qū)的流體同近管壁低速區(qū)的流體相混合，從而使流速均勻化，這樣測出的流體流速更加準(zhǔn)確。

                                 
                              在現(xiàn)實(shí)工況中，流速很難分布均勻，很多情況都會(huì)造成流體分布的不均勻。管道上的任何變化都可能對流體造成影響：如彎頭、閥門等，見圖4。而錐形流量計(jì)利用錐體對流速分布曲線進(jìn)行重新塑造，使得錐體“整流”后的流體分布均勻，從而保證較高的測量精度。

                                  2、長期性能穩(wěn)定
                                 
                              錐體的外形設(shè)計(jì)應(yīng)保證流體在流經(jīng)錐體時(shí)是一種漸變的過程，無突變。流體經(jīng)過錐體后到達(dá)錐體邊緣，因此錐體邊緣不會(huì)經(jīng)常性地受到不潔流體的磨損，β值可保持不變，儀表可長期使用而勿需重新標(biāo)定。錐形流量計(jì)所產(chǎn)生的信號有較高的穩(wěn)定性（見圖5）。它產(chǎn)生的是低幅、高頻波動(dòng)信號，而孔板流量計(jì)產(chǎn)生的是高幅、低頻信號。

                                  3、*壓力損失恒定
                                 
                              由于沒有銳利的緣口，錐形流量計(jì)引起的*性壓力損失恒定且比孔板的小，接近文丘里管。同時(shí)，極其穩(wěn)定的信號使得差壓的量程下限遠(yuǎn)比一般差壓流量計(jì)的低，因此量程得以向下限擴(kuò)展，量程比可達(dá)到15:1，可測量zui高雷諾數(shù)為5×106，zui低雷諾數(shù)為1000仍可保持信號的線性。如果采用曲線修正，在更低的雷諾數(shù)條件下仍然可測量，并可保證較好的重復(fù)性。
                                  4、無滯留死區(qū)
                                  錐體的這種“吹掃式”設(shè)計(jì)不存在死區(qū)，因此在錐體上不會(huì)堆積流體的碎片、黏渣或雜質(zhì)。
                                  3 錐形流量計(jì)與孔板流量計(jì)性能比較
                                  通過對孔板流量計(jì)及錐形流量計(jì)的工作原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的對比，我們不難看出他們的具體差別如下。
                                  （1）精度
                                  錐形流量計(jì)的測量精度高（讀數(shù)±0.5%），孔板的測量精度低（讀數(shù)±1.5%）。
                                  （2）重復(fù)性
                                 
                              由于錐體對流速的整形，使流速達(dá)到理想狀態(tài)，干擾源少，因此錐形流量計(jì)測量數(shù)據(jù)的重復(fù)性好（優(yōu)于±0.1%）?？装逯荒芤揽恐惫芏螌α黧w整形，直管段整形只能達(dá)到較為接近的流體*理想狀態(tài)，并且孔板本身的節(jié)流又破壞流體理想狀態(tài)，因此干擾源多，重復(fù)性差。
                                  （3）安裝要求
                                 
                              錐形流量計(jì)安裝要求低（前0~3D、后0~1D），無論是泵、壓縮機(jī)、閥門或者彎管（一個(gè)單彎管或兩個(gè)不在一個(gè)平面上的雙彎管），對測量精度都沒有影響?？装辶髁坑?jì)安裝要求高（一般前1OD、后5D），復(fù)雜工況還要加大到前20D、后5D。
                                  （4）長期穩(wěn)定性
                                 
                              錐形流量計(jì)長期穩(wěn)定性好。流體流經(jīng)圓錐體無突然波動(dòng)，而是沿著錐形體形成一個(gè)邊界層，并引導(dǎo)流體離開錐體的后角。所以錐體夾角不受不清潔流體的磨損，值可長期不變，并保證長期測量。
                                 
                              孔板流量計(jì)長期穩(wěn)定性差。由于流體流經(jīng)孔板銳利緣口，截流產(chǎn)生高速摩擦，引起孔板口磨損，臟污改變孔板口大小，使值發(fā)生變化，不能保持長期測量。
                                  （5）信號穩(wěn)定性
                                 
                              錐形流量計(jì)信號穩(wěn)定，“信號波動(dòng)”僅是孔板的1/10。流體流經(jīng)錐體形成非常短的渦流，這些渦流使錐形流量計(jì)產(chǎn)生高頻低幅信號，并且信號在錐體尾部流向*，相互抵消，因此干擾小。
                                 
                              孔板流量計(jì)信號不穩(wěn)定，流體流經(jīng)孔板后產(chǎn)生的渦流較長，這些長渦流使孔板產(chǎn)生低頻高幅的信號，信號干擾大，會(huì)嚴(yán)重干擾差壓變送器讀數(shù)的準(zhǔn)確性。
                                  （6）壓損和量程
                                 
                              錐形流量計(jì)壓損低、量程寬，量程比通常為l5:l~50:l。錐體的流線型設(shè)計(jì)使壓損大大減小，zui小可至0.06kPa，在所有的差壓型流量計(jì)中，只有錐形流量計(jì)的壓損與文丘里接近。由于沒有銳利的緣口，錐形流量計(jì)引起的*性壓力損失恒定且比孔板小。同時(shí)，極其穩(wěn)定的信號使得差壓的量程下限遠(yuǎn)比一般差壓型流量計(jì)的低，因此量程得以向下限擴(kuò)展，雷諾數(shù)低至8000仍可保持信號線性。如果采用曲線修正，在更低的雷諾數(shù)下仍然可測量并可得到較好的重復(fù)性。
                                 
                              孔板流量計(jì)壓損大、量程小，量程比通常為3:l~5:l。由于是平面阻擋，加上銳利的緣口，因此壓損大，小信號波動(dòng)大、干擾大，小量程無法測量。
                                  （7）值范圍和差壓
                                 
                              錐形流量計(jì)*的幾何形狀使其有很寬的β值范圍。標(biāo)準(zhǔn)的β值為0.450、0.550、0.650、0.750和0.850，也可按用戶要求特定β值，以保證用戶特定的差壓輸出。并且有較大的差壓信號，滿標(biāo)尺差壓信號從0.1kPa到幾十kPa，保證測量的準(zhǔn)確性。
                                  （8）臟污的影響和維護(hù)
                                 
                              錐形流量計(jì)無停滯區(qū)，長期免維護(hù)。錐形流線型*吹掃式設(shè)計(jì)避免了流體中的殘?jiān)?、凝結(jié)物或顆粒的滯留，可以保持錐體長期清潔。由于錐體對流體整形，加速了管壁流體的流速，因此減少了正取壓口的臟污停留；倒角的設(shè)計(jì)使流體流經(jīng)錐體后加速離去，故負(fù)取壓孔不會(huì)污損。所以在較長的時(shí)間內(nèi)（2~3年）無須維護(hù)清洗，可以保證測量。
                                  孔板流量計(jì)由于是平面阻擋，臟污容易堆積。一般3個(gè)月須清洗一次，才能保證較好的精度。
                                  （9）氣液兩相介質(zhì)（濕氣）
                                 
                              對濕氣（氣體中含有水分）的流體測量始終是流量測量中的一個(gè)難點(diǎn)。錐形流量計(jì)采用*的錐體設(shè)計(jì)，使氣體中所含有的大部分水分，沿錐體從管道*溫度較高的地方向周圍溫度較低的地方快速移動(dòng)，產(chǎn)生的凝露沿錐體向管道底部下滴。由于錐體對流體整形，加速了管壁流體的流速，水分也快速通過，不會(huì)在取壓口產(chǎn)生大量凝露。所以氣體含有少量水分對錐形流量計(jì)取壓口產(chǎn)生的干擾信號少，提高了測量準(zhǔn)確性。通常要求氣體中含水量不超過5%為好，zui大不超過10%。
                                 
                              孔板對流體產(chǎn)生阻擋，在孔板*產(chǎn)生滴露，同時(shí)管壁流體受到阻擋，流速減慢，正取壓口附近產(chǎn)生的凝露會(huì)影響取壓信號；流體流經(jīng)孔板后，產(chǎn)生的渦流向管壁作波動(dòng)性發(fā)散，會(huì)影響負(fù)取壓口取壓信號。
                                 
                              因此，濕氣對孔板的測量精度會(huì)產(chǎn)生較大的負(fù)面影響，從而影響測量精度。因此，孔板及其他方式測量濕氣往往難以達(dá)到預(yù)期的效果。
                                  （10）錐形流量計(jì)安裝調(diào)試注意事項(xiàng)
                                 
                              每臺錐形流量計(jì)上均有箭頭指示流體流過設(shè)備的方向，高壓孔位于上游，低壓孔位于下游，在安裝差壓變送器前需確認(rèn)高壓孔的具體位置。
                                  4 孔板與錐形流量計(jì)的壓損和精度
                                  已知條件：
                                  被測流體             工藝風(fēng)
                                  流量（標(biāo)準(zhǔn)狀況）    
                              Q20max=5750m3/h，Q20com=4950m3/h，Q20min=2500m3/h
                                  工作壓力             pl=3MPa
                                  工作溫度             tl=40℃
                                  相對濕度             φ=0
                                  管道內(nèi)徑             D20=300mm
                                  管道材質(zhì)             l5碳鋼，無縫管
                                  儀表使用地點(diǎn)         河南開封硫酸廠
                                  有關(guān)孔板流量計(jì)與錐形流量計(jì)的壓損及精度的計(jì)算過程，在此簡略，現(xiàn)將計(jì)算結(jié)果列于表1。
                              表1 壓損和精度的計(jì)算結(jié)果
                                型式壓損/kPa精度/I
                                錐形流量計(jì)1.28±0.5%
                                孔板流量計(jì)9.37±1.25%

                                  從表1可看出：孔板流量計(jì)的壓損要遠(yuǎn)大于錐形流量計(jì)，而精度也不及錐形流量計(jì)的高。