楔形流量計測量臟污流體中的應用及產品優勢說明

　　前言
　　楔形流量計屬于差壓式流量計。自上世紀70年代后期我國引進了泰勒公司(Taylor)生產的楔形流量計后[1],在化工企業的高粘度液體測量中使用效果令人滿意。美國一家污水處理廠1987～ 1988年間共安裝15臺楔形流量計測量污水流量,投運后儀表運行正常[2]。我公司近三年內在焦化廠焦油、工業萘、蒸汽、天然氣、高爐煤氣、焦爐煤氣、水等介質的測量中**采用楔形流量計進行測量,也取得了滿意的效果。已經逐步在國內宣傳、推廣。對冶金工廠來說,現行國標GB/T 2624-93中規定的直管段長度很多地方都無法滿足,更長的直管段要求更是現行孔板面臨的問題。除了采用新型儀表以外,在一些不是作為計量結算十分嚴格的場所,采用一些實用、可靠的非標儀表也是可以考慮的。介紹了冶金企業各種流體測量中正在使用的楔形流量計,該儀表使用時有較多優點,可以滿足鋼鐵廠絕大多數介質的測量。



　　1　測量原理
　　楔形流量計根據伯努利公式,利用流體在流動過程中遵守能量守恒定律,即動能和靜壓能之和不變,以流體通過起節流作用的圓缺楔形塊時產生壓差的原理而進行流量測量的。楔形流量孔板由兩塊平板(一般為不銹鋼)制作而成,這兩塊平板在臨界角上焊接在一起,然后插入槽內,差壓引出管在位于楔形片中心兩邊等距離的地方。當流體流經V形節流塊時,流通面積減少,流速增大,靜壓減小,從而產生靜壓力差。而壓差的平方根與流量成正比。測得壓差即可測得管中的流量。楔形流量計的流量表達式為:qv=Cε1-m 2mπD 242ΔPρ(1)
　　式中:qv為體積流量,m 3/s;C為流出系數;ε為可膨脹系數;m為流通面積與管道截面積之比;D為管道內徑,m;ΔP為楔形件前后產生的差壓,Pa;ρ為被測流體密度,kg/m 3。

　　2　楔形流量計的特點
　　由于楔形孔板未標準化,其結構由各生產廠商決定,我公司生產的楔形孔板其夾角一般為60°,如果其夾角為0°,即成為圓缺孔板了,夾角越大,產生的靜壓差越大,但壓損也相應增大。楔形孔板的結構在圓缺孔板、噴嘴之間,由于楔形孔板呈倒三角形,而三角形具有導流作用,流體流動時能使流線圓滑過渡,與孔板相比,楔形孔板產生的壓損較小[2]。
　　楔形孔板具有圓缺孔板的優點,當流體中含有雜質或固體物質時,容易從楔形孔板下部流過,不會沉積在楔形孔板周圍,也就是說楔形孔板具有自清洗作用。楔形孔板適用于低雷諾數Re流量測量,標準孔板、文丘里管等不宜在低雷諾數下進行測量。標準孔板的流量系數通常在雷諾數4 000以上時趨于穩定,在低雷諾數時,其流量系數會隨雷諾數的變化而變化,當雷諾數小于1 800時,則楔形孔板與噴嘴等壓力損失比較與差壓之間會偏離基本的平方根關系,顯然會對測量準確度造成較大影響。而楔形孔板是V型節流元件,其流量系數線性好,具有噴嘴入口曲線流暢,無滯流區的特點,雷諾數對它影響小。當雷諾數小至500時,楔形流量計的準確度和流量系數的變化不大,雷諾數在400～ 10 000之間進行流量測量,其誤差小于3%,安裝使用方便。與孔板相比,楔形流量計兩端用法蘭與工藝管道連接即可,安裝較方便,同時其日常維護量較小,運行成本相對較低。

　　3　適用范圍
　　由于楔形流量計量程比寬,雷諾數適用范圍在300～ 1× 106之間,因而特別適合于高粘度流體的測量。如化工廠各種高粘度流體以及污水、較臟污的氣體(如高爐煤氣、焦爐煤氣)的測量。楔形流量計可測量的雷諾數范圍上限可達1× 106,所以也可進行蒸汽、天然氣等氣體的測量。

　　4　楔形流量計的標定
　　楔形流量計是非標的儀表,出廠時每臺必須經過實流標定,可采用標準表法,用水作介質對每臺儀表行標定。楔形流量計在設計時選擇的流出系數由于很難準確地測量楔形元件的流通面積、找出等效孔徑,因而大多憑經驗先選擇流出系數。只有通過標定才能計算出實際的流出系數,確定該臺儀表的誤差,并對原設計的差壓進行調整以達到儀表準確度等級的要求。
　　標定及數據處理。為了保證在儀表使用范圍內的準確性,標定點應選擇在常用流量范圍內,一般選取流量上限的20%、40%、60%、80%、****;每一標定點按企業標準規定,用計算機多次采樣后取其平均值,再求出各標定點的流出系數平均值作為這臺儀表的流出系數C,其計算公式如下:


　　　對生產的數十臺楔形流量計標定后,進行流出系數的分析,其各種規格的楔形孔板(管徑25～ 300mm、量程比為1∶10)的流出系數十分穩定,其測量誤差均小于1%,80%左右的儀表顯示的流量與標準電磁流量計(經華東國家計量測試中心、上海市計量測試技術研究院給出的校準證書標明,其大示值誤差為± 0.10%)測量值之間的誤差均在± 0.5%左右。表1列出了Mmax= 50000kg/h、Hmax= 44kPa、楔形比β= 0.252 2的楔形孔板的標定數據。


　　　按式(3)計算出每個檢定點5個C值的平均值Ci?！　?br /> 　　再計算出5個檢定點的5個Ci值的平均值C0,C0即為該被檢定楔形流量計的流出系數。標定后的流出系數C0= 0.724 5可作為該臺儀表出廠時確定的流出系數。

　　5　楔形流量計的應用我公司焦化廠工業萘、焦油的測量,過去采用靶式流量計,使用效果不能令人滿意。使用楔形流量計三年后,數據穩定,維護工作量大為減少,故障率極低,效果顯著。我公司煉鐵廠易地大修的3#高爐煤氣發生量和熱風爐用高爐煤氣(管道直徑為1 820× 10mm和1 420×10mm)均采用楔形流量計進行測量,根據使用兩年多的情況來看,未發生取壓管堵塞,數據也十分穩定。我公司中板廠使用的天然氣、部分蒸汽流量的計量也采用了楔形流量計,經過天然氣兩年多、蒸汽一年多的使用,用戶反映良好。
　　我公司各單位使用多的是工業水流量的測量,目前已用了十多臺。由于工業水含有一定泥沙和雜質,以往使用孔板容易使雜質在孔板前堆集,堆集的質也易造成取壓管發生堵塞,儀表維護工作量大;改用楔形流量計后,以前存在的問題大大減少,效果十分明顯。

　　6　結束語
　　新的ISO 5167∶2003(E)已經逐步在國內宣傳、推廣,對冶金企業來說,現行國標GB/T 2624-93中規定的直管段長度很多地方都無法滿足,更長的直管段要求更是現行孔板面臨的嚴峻課題。除了采用新型儀表V型錐以外,在一些不是作為計量結算十分嚴格的場所,采用一些實用、可靠的非標儀表也是可以考慮的。其實標準與非標儀表也是相對的,今天的非標可能明天就成為標準,況且很多設計好的標準節流裝置因現場條件所限就成了非標了,而且有些誤差還不好確定,這種情況在工廠的計量中屢見不鮮。
　　我們對楔形流量計使用的體會就是工作穩定、準確度適中、儀表結構簡單、能適應多種介質的測量、維護量小,在我們公司的使用量逐年遞增。但是楔形流量計的缺點就是必須每臺標定、價格比孔板略高。
 

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