威孔流量計在冶金行業煤氣管道中的應用

    0 引言

    孔板流量計發展較早，技術成熟，價格低廉，有標準，理論精度高，應用非常廣泛。但它存在許多不足之處，如應用中許多因素（設計參數與工況參數不符導致孔板加工制作有誤，上游直管段不足，孔板和管道不同心，長期使用導致孔板A面受污，銳角磨損等）對其測量精度有非常大的影響，使其測量誤差增大；安裝較為麻煩，若安裝不正確，容易發生介質泄漏，維護及拆洗的工作量較大；量程比較小，局限性大；壓力損失較大，運行費用高。

    冶金行業中，輸送各類煤氣的管徑較大，對于直管段要求嚴格的流量計，現場不易找到合適的安裝位置，使測量精度難以保證。威力巴、阿牛巴、熱式氣體質量流量計雖然解決了壓損問題，但如所測介質雜質較多，取壓孔很容易堵塞，精度難以保證。

    1 煤氣流量裝置的選型原則

    要正確和有效地選擇煤氣流量測量方法和儀表，必須熟悉儀表和所使用煤氣特性。同時，還要考慮經濟因素。歸納起來有5個方面因素，即性能要求、煤氣特性、安裝要求、環境要求和安裝運行費用。

    其次，要充分考慮度、重復性、線性度、流量范圍和范圍度、壓力損失、輸出信號特性和響應時間，安裝條件、方式等。按測量對象各自的測量目的，儀表性能方面有著不同的側重點。例如：商貿核算和倉儲交接對度要求較高；過程控制連續測量通常只要求良好的可靠性和重復性，而對測量度放在次要地位；批量配比生產除了要良好的可靠性和重復性外，還希望有好的測量度。

    2 威孔流量計的結構、原理及性能特點

    2.1 威孔流量計的結構

    威孔流量計結構如圖1所示。

    2 2 測量原理

    威孔流量計是一種新型的高精度差壓式流量計，它與孔板相反，通過在密封管道中心線懸掛一個特制的流線形錐體來進行*節流，用上游管壁和錐體尾部測量的差壓計算流量，俗稱錐型流量計、V錐流量計。圖2為測量原理圖，其理論基于封閉管道中能量相互轉化的伯努利定理。

    在穩定流量的情況下，管道中的流速與差壓的開方成正比。即：

    式中：β為直徑比；D為管道內徑，mm；d為錐體外徑，mm；Q為流量，m³/h；k為流出系數，無量綱，因不同流量而異；E為氣體膨脹系數，無量綱，在非壓縮應用時等于1；Δp為差壓，Pa；ρ為流體密度，kg/m³。

    2.3 性能及特點

    2.3.1 產生更穩定的差壓信號，小流量的測量更準確

    孔板的差壓是通過中間開孔的節流件，讓流體突然收縮流動發生改變，從而產生差壓；威孔流量計是通過懸掛軸心的錐形體，讓流體逐漸收縮，流動平緩地發生改變，這樣減弱了流場中壓力波動的幅值，產生的差壓信號更加穩定，能分辨的差壓信號更小，有利于小流量的測量。

    2.3.2 更寬流量測量范圍

    威孔流量計*的結構，使得在低流速時，依然能產生足夠分辨的差壓，使得差壓的量程下限比傳統差壓儀表低，量程得以向下限擴展，可達到15∶1。

    2.3.3 很高的重復性、測量精度

    重復性優于±0.1%；測量精度優于±0.5%。

    3 威孔流量計對直管段要求不嚴格

    雖然所有的差壓式流量儀表都是依據伯努利定理測量，但伯努利定理有一個基本要求，即被測量的流體必須為理想流體，許多傳統差壓式流量計（如孔板、文丘里、噴嘴等）的節流方式無法直接形成理想流體。為了盡量滿足伯努利定理要求，不得不安裝很長的前、后直管段（15D～30D），將不規則的流體場變成近似理想流體。

    威孔流量計可以測量液體、氣體、蒸汽及氣、液兩相介質。流體的條件可以從深低溫到超臨界狀態，工作溫度zui高達700℃，zui大壓力可達到40MPa，zui高雷諾數zui高為5×10⁶，雷諾數zui低為8×10³甚至更低。其所產生的滿刻度差壓信號，從zui低小于0.1kPa到幾十kPa。威孔流量計的精度高、重復性好、量程比寬、對直管段要求低、長期穩定性好、信號穩定；而且壓力損失小，其中節流元件為一個懸掛在管道*的錐形體，具有*的“整流”功能和無銳利緣口的物理特性，能重塑曲線，在緊靠錐形體上游和下游較窄的區域內（前0～3D、后0～D），將流速不規則的流體直接整流成理想流體，可充分滿足伯努利定理的要求；這決定了它比傳統節流裝置更具有*的性能。即使在極惡劣的使用條件下，如上游有兩個很靠近錐體的不在同一平面上的彎頭時，也能使流體場分布變得平坦和對稱，從而確保測量精度；非常*的錐形元件，能阻止污染物的形成與沉積。所以特別適用于高爐煤氣、焦爐煤氣、混合煤氣的測量，而且價格與孔板流量計相差不多，是一種值得推廣應用的新型流量計。

    4 結束語

    威孔流量計，結合智能型二次儀表或PLC，*可以作為計量考核儀表使用；并且重現精度高，這個特點特別適用于過程流量和控制流量的測量；焊接式安裝方式，保證威孔傳感器長時間、無泄漏安全運行；對直管段要求低，可方便地在狹小的地方或裝置內使用，適應性強；配合不同的彎管材質和合適的幾何尺寸，威孔流量計可以適應絕大多數工藝介質和工藝條件的流量測量，威孔流量計的適用范圍十分廣闊。