0、引言：

    氣體流量檢測(cè)是工業(yè)測(cè)量的重點(diǎn)也是難點(diǎn)。 孔板、噴嘴等傳統(tǒng)差壓式流量計(jì)由于先天結(jié)構(gòu)的缺陷, 實(shí)際應(yīng)用效果很不理想: 如流出系數(shù)不穩(wěn)定、線性差, 易積污、壓損大、量程比小, 特別是對(duì)直管段的要求在實(shí)際使用中很難滿足。尤其是雜質(zhì)較多的混合煤氣和高溫高壓的蒸汽流量檢測(cè)一直是流量測(cè)量的難點(diǎn)。我們?cè)�使用過(guò)孔板、 超聲波流量計(jì)、渦街流量計(jì)、威力巴流量計(jì)等測(cè)量混合煤氣和蒸汽, 但應(yīng)用效果都很不理想, 且問(wèn)題頻出, 例如數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確、不穩(wěn)定、波動(dòng)大、 易臟污、難清理、計(jì)量異議多等。采用V錐流量計(jì)后, 流量檢測(cè)取得了很好的應(yīng)用效果, 解決了困擾生產(chǎn)的諸多計(jì)量難題, 因此V錐流量計(jì)在濟(jì)鋼的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。

1、部分常用流量計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)：

1.1、威力巴流量計(jì)：

    威力巴流量計(jì)是一種差壓式流量檢測(cè)儀表。 其優(yōu)點(diǎn)有:

    (1) 適應(yīng)環(huán)境能力強(qiáng), 在干凈介質(zhì)中運(yùn)行穩(wěn)定、可靠。

    (2) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。

    (3) 可在線安裝、維護(hù)。

    (4) 幾乎無(wú)壓力損失。

    缺點(diǎn)有:

    (1) 適應(yīng)性差, 不適合臟污介質(zhì)的測(cè)量, 取壓管路易堵塞。

    (2) 不能測(cè)量雙向流和脈動(dòng)流流量。

    (3) 選型條件要求嚴(yán)格。

    目前, 威力巴流量計(jì)在濟(jì)鋼的應(yīng)用較少。

1.2、渦街流量計(jì)：

    渦街流量計(jì)是根據(jù) “卡門(mén)渦街” 原理制造的一種流體振蕩型流量?jī)x表。其優(yōu)點(diǎn)有:

    (1) 適應(yīng)性較強(qiáng), 可測(cè)量一般的臟污介質(zhì)和混合氣體。

    (2) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單, 無(wú)可動(dòng)部件。

    (3) 量程下限低, 量程范圍寬。

    (4) 壓力損失小。

    缺點(diǎn)有:

    (1) 氣體介質(zhì)含塵、含油量大時(shí)可能導(dǎo)致旋渦發(fā)生體變形, 影響測(cè)量結(jié)果。

    (2) 不能測(cè)量雙向流和脈動(dòng)流流量。

    (3) 不能在線安裝。

    (4) 屬于速度式流量?jī)x表, 需要溫度、壓力補(bǔ)償。

    目前, 渦街流量計(jì)在濟(jì)鋼的應(yīng)用比較少, 其他流量計(jì)如孔板、文丘利管、噴嘴、超聲波流量計(jì)等在濟(jì)鋼的應(yīng)用也很少, 這里就不一一列舉闡述。

 

2、V錐流量計(jì)的結(jié)構(gòu)原理：

    V錐流量計(jì)與其他差壓式流量計(jì)原理相同, 都遵循封閉管道中流體質(zhì)量守恒和能量守恒定律, V錐流量計(jì)是通過(guò)管道中心軸線處的流體節(jié)流件達(dá)到流體的均速測(cè)量效果, V錐流量計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

 

圖1  V錐流量計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖

 

    V錐流量計(jì)的管道中心處懸掛著一個(gè)V形錐體 ( 也叫V錐) , 當(dāng)流體經(jīng)錐體后速度加快, 動(dòng)能增加, 這部分增加的動(dòng)能是由錐體下游靜能 ( 壓力) 的下降而轉(zhuǎn)換過(guò)來(lái)的, 即V形錐的下游會(huì)形成一個(gè)低壓帶。流體的流量與其流經(jīng)V形錐前后所產(chǎn)生的差壓形成一定的關(guān)系。這便是基于封閉管道中能量相互轉(zhuǎn)換的伯努利定理的應(yīng)用。關(guān)系如下:

基本流量方程為:

 

 

可化簡(jiǎn)為實(shí)用流量方程:

 

 

3、V錐流量計(jì)的主要特點(diǎn)及應(yīng)用優(yōu)勢(shì)：

    V錐流量計(jì)與孔板、渦街流量計(jì)、超聲波流量計(jì)、威力巴流量計(jì)的應(yīng)用相比, 其特點(diǎn)顯著, 優(yōu)勢(shì)明顯, 現(xiàn)將應(yīng)用情況總結(jié)如下。

3. 1、對(duì)流體的均速作用：

    V錐流量計(jì)的流量測(cè)量公式與其他差壓式儀表相似, 但幾何結(jié)構(gòu)卻截然不同。懸掛在管道中的V型錐體, 迫使流體中心部分的流體包圍著V型錐體流過(guò), 管壁附近的流速逐漸加快, 從而達(dá)到使流速 “均化”的效果。其他差壓流量計(jì)的中心處是空的, 不能使流速 “均化”。這是V錐流量計(jì)的優(yōu)點(diǎn)之一, 使得流體在低速時(shí)仍能產(chǎn)生足夠的差壓, 而傳統(tǒng)的差壓儀表可能早已不能測(cè)量。 這種幾何上的設(shè)計(jì)使其具有傳統(tǒng)差壓流量計(jì)所沒(méi)有的優(yōu)點(diǎn)。V錐流量計(jì)的信號(hào)干擾非常低, 在低流量、低差壓的情況下, 仍能保持較高的測(cè)量精度和穩(wěn)定性。

3. 2、強(qiáng)抗干擾能力：

    流體在管道內(nèi)流動(dòng)遇到阻礙物會(huì)產(chǎn)生 “卡曼旋渦”現(xiàn)象, 這對(duì)于差壓式儀表屬于有害干擾, 而V錐流量計(jì)的結(jié)構(gòu)是邊壁節(jié)流, 節(jié)流件后部產(chǎn)生的干擾流分布是等量相反而相互抵消, 因此干擾很小, 這就是V錐流量計(jì)在低流量低差壓時(shí)還能保持較高測(cè)量精度和重復(fù)性的原因。

3. 3、無(wú)苛刻的直管段要求：

    直管段長(zhǎng)度的要求是制約許多流量計(jì)在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的關(guān)鍵問(wèn)題, 塔形流量計(jì)通過(guò)中心懸掛的流線形錐體能重塑流速曲線, 在緊靠流體上游和下游較窄的區(qū)域內(nèi), 將流速不規(guī)則的流體直接整流成理想流體, 可以獲得很高的測(cè)量精度而不需要長(zhǎng)直管段整流, 因此, 只需極短的直管段就能取得準(zhǔn)確的測(cè)量值, 這也是V錐流量計(jì)的非常大優(yōu)勢(shì)所在。

3. 4、具有自清潔功能和防堵技術(shù)：

    流體在管道中流動(dòng), 因管壁的阻力流體在管壁處的流速非常慢, 流體中雜質(zhì)臟污顆粒容易沉積在管壁上。但當(dāng)流體接近V型錐體時(shí), 管道中央流速變慢, 管壁附近流速逐漸加快, 在到達(dá)節(jié)流件測(cè)量的關(guān)鍵部位時(shí)流速非常快, 從而對(duì)管壁、節(jié)流件表面附近形成了吹掃沖刷作用, 因此雜質(zhì)不會(huì)在錐體附近沉積。這一特性決定了流量計(jì)長(zhǎng)期使用不易堵、基本免維護(hù)。飛龍生產(chǎn)的V錐流量計(jì)由于具有可控加熱、多孔取壓和噴涂特殊材料等技術(shù), 因此具有極強(qiáng)的自清潔和防堵功能。

3. 5、相對(duì)壓損小：

    一般流量計(jì)測(cè)量時(shí)壓力損失較大, V錐流量計(jì)由于采用 “逐漸節(jié)流方式”工作, 完全不同于孔板等傳統(tǒng)儀表 “突然節(jié)流”的工作方式, 壓損很小, 壓力損失僅為孔板的1 /3, 比傳統(tǒng)儀表有很大的優(yōu)越性。

3. 6、耐磨損, 長(zhǎng)期穩(wěn)定性好：

    由于V錐流量計(jì)的節(jié)流錐體下游邊緣是鈍角, 流動(dòng)時(shí)形成邊界層, 使流體離開(kāi)了節(jié)流緣, 帶有雜質(zhì)的流體不易磨損節(jié)流緣, 其 β 值長(zhǎng)期不變, 使節(jié)流體無(wú)需重復(fù)標(biāo)定, 具有長(zhǎng)期的穩(wěn)定性。而孔板等流量計(jì)投用一段時(shí)間后, 邊緣容易磨損, 導(dǎo)致 β 值改變, 出現(xiàn)測(cè)量偏差。

3. 7、適應(yīng)性強(qiáng)：

    與濟(jì)鋼目前使用的其他類(lèi)型流量計(jì)相比, 塔形流量計(jì)由于特殊的節(jié)流體構(gòu)造, 應(yīng)用范圍廣泛, 可測(cè)蒸汽、煤氣、各種混合氣體和其他液體等。 V錐流量計(jì)工作溫度可達(dá)500 ℃, 可測(cè)量雷諾數(shù)為8 000 - 1 × 107。V錐流量計(jì)的信號(hào)干擾非常低, 它在低流量、低差壓的情況下, 仍能保持較高的測(cè)量精度和穩(wěn)定性, 因此, 塔形流量計(jì)適應(yīng)性非常強(qiáng), 應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。

4、V錐流量計(jì)在濟(jì)鋼的創(chuàng)新應(yīng)用：

    我們對(duì)V錐流量計(jì)的安裝及取壓部分進(jìn)行了應(yīng)用創(chuàng)新, 以更好地滿足現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量的需求。主要是: ( 1) 適當(dāng)縮短取壓管長(zhǎng)度; ( 2) 蒸汽冷凝罐等采取焊接方式, 減少管件硬連接, 以適應(yīng)蒸汽高溫高壓, 杜絕蒸汽泄露, 避免儀表?yè)p壞, 保證計(jì)量精度; ( 3) 采用取壓管道傾斜安裝, 杜絕靜壓差。以V錐流量計(jì)在蒸汽計(jì)量的創(chuàng)新應(yīng)用為例, 圖2為原計(jì)量安裝方式, 圖3為創(chuàng)新后的計(jì)量安裝方式。

 

圖2 原來(lái)計(jì)量安裝方式

 

圖3 創(chuàng)新后的計(jì)量安裝方式

 

4.1、創(chuàng)新應(yīng)用優(yōu)勢(shì)：

    (1) 仍保留原V錐流量計(jì)的所有優(yōu)點(diǎn), 完善部分不足之處。

    (2) 適當(dāng)縮短取壓管, 方便保溫, 壓力傳導(dǎo)快捷, 適合濟(jì)鋼流體介質(zhì)壓力波動(dòng)大的特點(diǎn), 適應(yīng)濟(jì)鋼快速自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng), 更好地滿足計(jì)量需求。

    (3) 便于維護(hù), 延長(zhǎng)變送器的使用壽命。

    (4) 安裝施工方便。

    (5) 杜絕正負(fù)靜壓差。

4.2、創(chuàng)新應(yīng)用實(shí)際效果：

    (1) 得到生產(chǎn)崗位操作人員的認(rèn)可。

    (2) 蒸汽汽配更加合理。

    (3) 方便維護(hù)檢修。

    (4) 變送器使用壽命延長(zhǎng)1倍。

    (5) 儀表故障率明顯降低, 流體產(chǎn)供銷(xiāo)數(shù)據(jù)更加平衡。

 

5、結(jié)束語(yǔ)：

    V錐流量計(jì)因其具有無(wú)苛刻直管段要求、無(wú)壓力損失、具有自清潔功能、適應(yīng)性強(qiáng)、運(yùn)行穩(wěn)定可靠、基本免維護(hù)等優(yōu)勢(shì), 極大地方便了企業(yè)生產(chǎn), 滿足了生產(chǎn)計(jì)量的需要, 為企業(yè)節(jié)約能源提供了有利條件。