摘要(yao):以環形孔闆爲(wei)流量檢測件的(de)新型儀表一環(huan)形孔闆流量計(ji) ,已經在冶金、石(shí)化、采油、化工、電(dian)力等行業得到(dao)了成功應用。将(jiang)環形孔闆流量(liang)計與 标準孔闆(pan)流量計 、 V 形錐流(liu)量計 進行性能(néng)比較介紹了環(huán)形孔闆流量計(jì)在典型環境中(zhōng)的⛱️應用說明了(le)環形孔闆的原(yuán)理和特點最後(hòu)從理論和🎯實踐(jian)兩個♉方面證明(míng)了環形孔闆流(liu)量計💋良好的測(cè)量性能。
0引言
　　節(jiē)流裝置是利用(yong)測量管内流通(tōng)面積的改變使(shǐ)流✨動🌈的💚流體産(chan)生靜壓力差的(de)一類流量儀表(biao)"。盡管流量儀表(biao)的種類有近百(bǎi)種但節流裝置(zhì)依然是用量🛀🏻最(zuì)大的儀表種🏃‍♀️類(lèi)之一。
　　環形孔闆(pǎn)節流裝置是對(duì)美國1939年-項發明(míng)的創新性🔴改進(jìn).近年來,環形孔(kǒng)闆在高爐煤氣(qi)、焦爐煤氣混合(he)煤氣、轉爐煤氣(qì)、水煤氣、半水煤(méi)氣、天然氣、循環(huan)冷卻水、工業廢(fei)水、過熱蒸汽熱(rè)空氣、伴生氣和(he)煙氣等介⭕質的(de)流量測量中獲(huo)得了成功應用(yong)在解決防堵塞(sai)💃、防堆積、耐高🐕溫(wen)防變形、耐🏃🏻‍♂️腐蝕(shí)等方面優勢明(ming)顯。
1工作原理
　　标(biao)準孔闆的最小(xiao)流通截面是孔(kǒng)闆中心的圓孔(kǒng)流體通過🧑🏾‍🤝‍🧑🏼時因(yin)流通面積的突(tū)然減小而加速(su)流體繞過孔闆(pan)入口邊緣時産(chan)生💋的邊界層是(shi)圓柱形。環形🌂孔(kong)闆的最小流通(tong)截面是測流🙇‍♀️闆(pan)的外緣和管内(nei)壁形成的圓環(huan)流體通❄️過時因(yin)流通面積的突(tū)然減小而加速(sù)流體繞過測流(liú)闆✔️入口邊緣時(shi)産生的邊界層(céng)也是圓柱形與(yu)标準孔闆對流(liú)體産生阻力🧑🏾‍🤝‍🧑🏼的(de)機理是相近🌐的(de)。因此孔闆或測(cè)流闆對流體造(zao)成的阻力系數(shu)是也相近的這(zhè)就使兩者有可(kě)能🧑🏾‍🤝‍🧑🏼具有相近的(de)流出系數。
　　環形(xíng)孔闆與标準孔(kǒng)闆的區别是:标(biāo)準孔闆的最;小(xiao)流通面是與管(guan)軸線同軸的圓(yuan),環形孔闆的最(zui)小流通面💰是與(yǔ)管軸線同🈲軸的(de)圓環從流場的(de)對稱性考慮,兩(liǎng)者都優于圓缺(quē)孔闆和偏心孔(kǒng)闆;另一方面環(huan)形孔闆把中間(jiān)流速高、靠近管(guǎn)壁處流速低的(de)流動🥰模式強制(zhì)變成了測流闆(pan)💘附近的“靠近管(guǎn)壁處流速高、中(zhōng)間流速低”的流(liú)動模式相當于(yú)流場的二次分(fèn)配進入環形孔(kǒng)闆的.上遊流場(chang)如果因.上遊局(ju)部阻力件的幹(gàn)擾産生了😄畸變(bian)(即不再軸對稱(chēng))在二次分配時(shí)就會因“均化”的(de)趨勢恢複💁成軸(zhou)對稱就像沒有(you)受到局部阻力(li)的♻️幹擾似的'5]。
　　節(jiē)流裝置的原理(lǐ)是依據伯努利(li)方程和流體連(lian)續性方程'，經過(guo)🔴單位換算,環形(xing)孔闆的基本方(fāng)程式爲:

　　式中: qm爲(wei)流體的質量流(liú)量,kg/h; C爲流出系數(shù)經過流量或抽(chou)樣💛标定、幾何尺(chǐ)寸檢查即可得(dé)知; ε爲可膨脹性(xìng)系數,對于液🤩體(tǐ)ε=1;β=d,/D爲直徑🆚比其中(zhōng)d,爲工作條件下(xia)節流件最小截(jié)面處的等效流(liu)通直徑,mm;D爲工作(zuò)條件下儀表🥵測(cè)量管的内徑,mm;ΔP爲(wèi)從節流件上🌂、下(xià)遊取壓口處測(ce)取🎯的差壓,kPa;ρ爲儀(yí)表安裝處.上遊(you)段工作條件下(xià)的流體密度,kg/m3
　　由(yóu)此可見環形孔(kong)闆的基本方程(chéng)式與一般節流(liu)裝🏃‍♂️置的基本方(fāng)程式是相同的(de),所不同的是取(qǔ)壓方式和流出(chū)系數。由于環形(xíng)孔闆不是标準(zhǔn)孔闆故在樣機(ji)試驗🌈時必須進(jìn)行流💁體實流标(biāo)定在獲得流出(chu)系數與産品🚩結(jie)構的相互關系(xì)并且取得足夠(gou)多的數據以後(hòu)才有可能采取(qǔ)抽樣标定。
2産品(pin)的特點
　　環形孔(kǒng)闆節流裝置的(de)特殊結構決定(ding)了它具有許多(duō)特點這些✏️特點(diǎn)不但有理論根(gen)據而且已通過(guo)現場使用效🍓果(guo)證明。其主要特(tè)點如下。
①結構牢(lao)固、性能穩定.工(gong)作可靠基本上(shang)是“免維護儀表(biao)”。
②儀表本體是一(yī)段直的測量管(guan)内壁經過加工(gong),精度高、安‼️裝誤(wù)差(偏心、密封墊(nian)片伸入管道等(deng))對儀.表的測量(liàng)幾乎💋沒有影響(xiang);節流🌈件和測量(liàng)管内壁都是形(xing)狀簡單的圓形(xíng)容易達到較高(gāo)的尺寸💃🏻精度、較(jiao)嚴的.形位公差(chà)利用“幹式📧标定(ding)”就能獲得流出(chū)系數離散💰度小(xiǎo)。因此,實🈚際使用(yòng)精度比标準.孔(kǒng)闆高。
③流體進入(rù)儀表本體後經(jīng)過測流闆的突(tū)然阻擋被強制(zhi)再分配并均化(hua)了流體進入時(shi)的畸變通過環(huán)孔節📱流再加_上(shang)“均壓環”取壓裝(zhuang)置使得進入差(cha)壓變❤️送器的測(cè)量值(差壓)很少(shǎo)受.上遊局部阻(zǔ)力的影響。例如(ru)在-一個直角彎(wan)頭的下遊有3D長(zhǎng)度的前直管即(ji)㊙️可滿足要求在(zai)一個收縮接頭(tóu)的下遊有0. 5D長度(du)的前直管即可(ke)滿足要求['5 -7]
④環形(xíng)孔闆節流裝置(zhì)不但可以測量(liang)一般流體的流(liú)☔量還可以測量(liang)含雜質的流體(ti)流量。因爲檢測(ce)件結💔構形式與(yu)标準孔闆有本(ben)⁉️質不同，最小流(liu)通面是緊貼管(guan)内壁的圓環而(er)标準孔闆最小(xiǎo)流通面是處于(yú)管中心的同心(xīn)圓。流🔱體中的雜(za)質流速較低,一(yi)般是🈚緊貼着管(guan)壁🌈邊流動在标(biao)準孔闆的附近(jìn)雜質流得更慢(màn)很容易沉🐕澱堆(duī)積導緻取壓口(kou)堵塞影響測量(liang)精度即使⛱️是圓(yuan)缺🏃‍♂️孔闆或偏心(xin)孔闆🈲,也避免不(bu)了這種㊙️故障'7-8]。然(ran)而對于環形孔(kǒng)闆流量計流體(tǐ)中的雜質會随(suí)着主流一-起高(gāo)速通過最小流(liu)通截面(環隙)不(bu)💛容易堆積在測(cè)流闆附近,取壓(yā)口遠離滞流區(qū)不容💔易堵塞,且(qie)采取了多個取(qǔ)壓口(冗餘設計(ji))并聯在均壓環(huan)上隻.有全部堵(dǔ)死才會失效這(zhe)就加大了檢修(xiū)💋周期。此外在“ 防(fáng)堵型環形孔闆(pan)流量計 ”的均壓(ya)環.上與取壓口(kou)正對着的管壁(bi)處設有“堵頭”或(huò)排污球閥,可定(dìng)期旋開排污或(huo)用捅條疏通雜(za)物。對含塵量🐆更(gèng)大🔴的流體,可以(yǐ)選帶隔離膜片(piàn)的 差壓變送器(qì) 使堵塞的可能(neng)性更小。在測量(liàng)焦爐煤氣等含(han)有黏附物的流(liú)體時,可以選帶(dài)有“清污窗口”的(de)防堵型流量計(ji)定期🏃🏻‍♂️打開窗口(kǒu)、徹底清理測流(liú)闆附近的黏附(fu)物。
⑤檢測件一 “測(cè)流闆”的周邊無(wu)約束可以自由(yóu)熱膨脹在高溫(wen)流體中測流闆(pǎn)尺寸的變化可(ke)以計算出來能(néng)保💰持關鍵部位(wèi)一測流闆外沿(yán)的形狀和尖銳(ruì)度,因而流🧑🏽‍🤝‍🧑🏻出系(xì)數🐆不變。對于标(biāo)準孔闆其周邊(bian)受法蘭的強力(li)約🛀束高溫下的(de)膨脹量隻有伸(shēn)向闆内孔邊緣(yuan)本應是尖銳直(zhí)角的入口邊緣(yuán)卻變成了喇叭(ba)口㊙️,改變了流出(chū)系數從而産生(sheng)較🏃大誤差由此(ci)可見本産品适(shì)用于測量❗高溫(wen)流體的流量。
⑥采(cai)用标準孔闆測(cè)量過熱蒸汽、飽(bǎo)和蒸汽的流量(liàng)停💋汽時形成的(de)冷凝水會堆積(ji)在孔闆的兩側(cè)再次通汽時必(bi)須把這些冷凝(ning)水帶走,否則可(kě)能引起水錘🤞現(xiàn)象還會産生測(cè)量誤差。若采用(yong)不可🔅能産生這(zhe)些問題。因此,适(shì)用于測量水蒸(zhēng)汽的流量。
⑦對高(gāo)壓流體電力行(háng)業爲确保可靠(kào)性常采用直接(jie)焊接方式,高壓(ya)型适合這種場(chǎng)合,工作可靠而(er)且成本比标準(zhǔn)孔闆低。
⑧對于腐(fǔ)蝕性流體不但(dan)要求檢測件材(cái)質耐腐蝕而且(qie)還要求防堵(因(yīn)爲流體中常有(yǒu)雜質)。若采用标(biāo)準😍孔闆或圓🈚缺(quē)孔闆除了容易(yi)堵塞取壓口以(yǐ)外耐高壓問題(ti)也無法解決(因(yin)爲通常采用塑(su)料制作法蘭和(hé)環室不🥵耐高壓(ya))。若采用防腐型(xing)環形孔闆流量(liàng)計可在法蘭與(yu)測量管内壁内(nèi)襯塑料或者搪(tang)瓷既耐腐又耐(nai)壓,可以測量較(jiào)高壓力下腐蝕(shi)流體的流量。
⑨對(dui)于易結晶、易粘(zhān)附的流體需要(yao)在儀表檢測件(jian)附近采取措🐇施(shi)以防止溫度的(de)降低而引起的(de)結晶或粘附。對(duì)此可采🐉用夾套(tao)型環形孔闆流(liú)量計夾套可内(nèi)通蒸汽或采取(qu)電伴熱措施。若(ruo)采用标準孔闆(pǎn)則不容易采取(qu)這些措㊙️施。
　　對于(yú)高溫流體如熱(re)風爲了減少流(liu)程管道的熱擴(kuò)散損失常常在(zai)管内壁襯耐熱(rè)保溫層或在流(liu)量計本身内襯(chèn)👌隔熱材料。如果(guǒ)采用标準孔闆(pan)則結構設計難(nán)度大、成本較高(gāo);如🧑🏾‍🤝‍🧑🏼果采用環形(xing)孔闆流量計則(ze)較容易實現。
3環(huan)形孔闆和V形錐(zhuī)流量計的比較(jiao)
比較環形孔闆(pan)和V形錐這兩種(zhǒng)流量計的結構(gou)兩者具有👨‍❤️‍👨以下(xià)相⭐同點和不同(tong)點。
①兩者都屬于(yu)“環形通道”型都(dou)具有自清潔功(gōng)能和流束❗自動(dòng)調整功能,因此(cǐ)都可以使用在(zai)現場直管段✨長(zhang)度不足、流體中(zhōng)含有雜質的場(chǎng)合[1。
②兩者都是基(ji)于流體伯努利(li)方程理論,因此(cǐ)流量都與差壓(yā)信号的平方根(gēn)成正比，也就是(shi)說流量量程的(de)大小與差壓變(biàn)送器的☀️量程有(yǒu)關。如果采用帶(dài)數💃字通信功能(néng)的差壓變送器(qì),都可以達到大(dà)于10倍的量程比(bi)10。
③兩者都帶一段(duàn)測量短管可以(yǐ)和現場流程管(guan)道用法蘭連接(jie)或直接對焊安(ān)裝誤差(内徑不(bu)等造成的凸台(tai)或者偏心、密封(feng)✨墊圈突入管内(nei))對測量精度的(de)影響小🌍。
④V形錐流(liu)量計和環形孔(kong)闆流量計在開(kai)孔比(B)相同的情(qíng)況下前者😍差壓(yā)信号小因而壓(yā)力損失小、能耗(hao)小更适合測大(da)流量液體介質(zhi)或氣體介質而(ér)後者更适合測(ce)♊小流量氣體介(jiè)質或液體介質(zhì)。
⑤V形錐流量計的(de)檢測元件是錐(zhui)體,錐角的大小(xiao)、錐體最大✊截面(miàn)處的軸向長度(du)以及下遊取壓(ya)口的位置等參(can)🚶‍♀️數直接影響流(liú)量計的流出系(xi)數[3] ,目前各個廠(chang)家尚未統一仍(réng)按 “逐台實流标(biao)定”的原則。有的(de)生産廠家沒有(you)标定設備或者(zhě)不願意花标定(ding)費而采用♊估算(suàn)的流出系數但(dàn)這樣無法确定(ding)實際精度"。
⑥環形(xíng)孔闆節流裝置(zhi)具有标準孔闆(pan)節流裝置的結(jie)構特征即🔱幾何(he)形狀簡單容易(yi)正确複制、實現(xiàn)幾何相似在流(liú)動的最小截面(miàn)處流體和阻流(liu)之間的邊界層(céng)尺寸很小因此(ci)流體受到🚶的阻(zu)力🚶‍♀️在達到穩定(ding)的紊流狀态以(yi)後與🥵流體的雷(lei)諾數基本無關(guān)'5]。邊界層與阻流(liu)體(标準孔闆的(de)闆片或環形孔(kong)闆的測流闆)之(zhi)間的分離點是(shì)固定的因🈲此在(zài)很寬的雷🌂諾數(shù)變化區間内的(de)流☂️出系數是穩(wěn)定的🥰。原理.上環(huán)形孔闆與标準(zhǔn)孔闆都具有很(hen)寬的測量範圍(wei)這些相似點預(yù)示着🛀🏻環形孔闆(pan)有可能和标準(zhun)孔闆那樣被标(biao)準化成爲又一(yi)種“量大面廣”的(de)儀表。但在☂️沒有(yǒu)“标準㊙️化”之前采(cai)用抽樣标定的(de)辦法同樣可以(yǐ)使流量計🥰達到(dào)1級精度(如果單(dān)台标定,同樣可(ke)以達到0.5級)既能(néng)💯滿足大多數用(yong)戶的要求,又能(néng)大大降低成本(běn)。.
⑦V形錐流量計下(xia)遊取壓口的位(wèi)置-般在錐體的(de)尾部這裏是雜(za)質聚集區雜質(zhì)很容易進入下(xia)遊取壓管内部(bù)。由于下遊取壓(yā)☎️管較長且有拐(guǎi)角不易清理所(suo)以V形錐流量計(jì)并不适用于髒(zang)污流體。而環形(xing)孔闆節流裝置(zhì)的取壓口開在(zài)管壁上不易堵(dǔ)塞即使堵塞也(ye)容易清理。大量(liàng)實踐❌證明對1939年(nian)初級階段環形(xing)☂️孔闆進行實質(zhì)性改進後的環(huan)形孔闆能夠在(zai)髒污流體中可(ke)靠工作。
從上述(shù)比較中不難發(fā)現這兩種流量(liang)計都屬于節流(liú)裝置📱各有⚽利弊(bi)應根據實際情(qíng)況合理挑選使(shǐ)用兩者适用的(de)範圍如下。
①V形錐(zhui)流量計壓力損(sǔn)失較小但是流(liu)出系數較大同(tong)樣㊙️流量時差壓(ya)(即流量信号)較(jiao)小适用于大流(liu)量;環形孔闆流(liu)量計正好相反(fan)👈适用于小流量(liàng)。
②V形錐流量計的(de)檢測件是錐體(ti)體積較大,髒污(wu)物易粘附😍在錐(zhuī)體上不易清理(li)而環形孔闆的(de)檢測件是塊薄(bao)闆髒污物粘附(fu)💰不多且易清理(li)更适合在髒污(wū)流體或☎️混相流(liú)體(如伴生氣、焦(jiāo)爐煤氣、油品)中(zhōng)使用“。
當前流量(liang)儀表的技術交(jiāo)流平台對V形錐(zhuī)流量計關注較(jiao)🏃‍♂️多過🐆多地強調(diao)了它的優點(如(ru)量程比大、精度(dù)高等)在不适宜(yi)的場合(如髒污(wu)流體、黏稠液體(ti))也推薦它這會(huì)對V形錐流量計(jì)的推🥰廣産生⭐負(fù)面影響。相反對(duì)環形孔闆流量(liàng)💔計的推廣宣傳(chuán)尚顯不足。
4典型(xíng)應用場合及 其(qí)注意事項
環形(xing)孔闆流量計的(de)典型應用場合(he)及注意事項簡(jian)要說明如下。
①在(zai)焦爐煤氣、半水(shui)煤氣等髒污介(jie)質中的應用這(zhe)-類流✉️體介質中(zhōng)🔆含有粉塵、焦油(yóu)、萘、硫化物、水等(deng)物質使用熱式(shì)流量計等插入(ru)式儀表常常發(fā)生介質沾污💁檢(jian)測元件的情形(xing)"。在儀表結構方(fang)面環形孔闆流(liú)量計采用均🚩壓(yā)環和多個取壓(yā)口設計在均壓(yā)環上與♍取壓口(kǒu)相對☁️的地方焊(han)接一段與取壓(yā)管相同内徑的(de)排污管并連接(jiē)1個球閥清污時(shí)打開球閥排‼️污(wū)或者在停氣‼️時(shí)用捅條疏通，也(ye)可以在不停氣(qi)時采用頂💋杆插(cha)入均壓環清理(lǐ)取壓管。
②在油田(tián)伴生氣等混相(xiàng)流體中的應用(yòng)伴生氣常常🔴含(han)有- -些🤩油品在管(guǎn)道底部流動以(yi)體積論其大小(xiao)，可以忽略不計(jì)。如果采用标準(zhun)孔闆它會堆積(jī)在孔闆的上遊(you)側.且越☁️積越多(duo)最終占據闆片(pian)下部.形成月牙(yá)形“堰塞湖”從而(ér)導💜緻孔闆上遊(you)側管道的有效(xiao)流通面積減少(shao)大大降低測量(liàng)精度。如果采用(yong)環形 孔闆流量(liang)計 環隙流通面(mian)使油品随時流(liu)走、不會堆積,不(bú)影響測量精度(du)。因此🏃環形孔闆(pan)流量計非常适(shi)合油田伴生👅氣(qì)的🔴流量測量。
③在(zài)過熱蒸汽、飽和(hé)蒸汽等介質中(zhong)的應用這一類(lei)流體介質⁉️常🌈常(cháng)會出現停汽現(xian)象,由于熱量散(san)失,一部分蒸汽(qi)變㊙️成冷凝水。當(dang)使用标準孔闆(pǎn)時由于闆片邊(biān)緣的阻擋(有的(de)孔闆.上開有疏(shu)液孔,但由于孔(kong)太小、幾乎不起(qi)作用)冷🙇‍♀️凝水積(ji)存在管道的底(di)部,在恢👣複通汽(qi)時被蒸汽夾帶(dai)着流過孔闆引(yin)起兩相流而導(dao)緻不能準确㊙️計(jì)量甚至有可能(neng)發生水錘現象(xiàng)損壞管件。若使(shi)用環形孔闆冷(leng)凝水随時可以(yǐ)從環形🛀孔闆的(de)邊沿流走不會(hui)堆積在孔闆附(fu)近📧因此也就不(bu)會産生計量誤(wù)差。
環形孔闆流(liu)量計在各類企(qi)業的蒸汽管路(lù)，上都有應用均(jun1)滿足用戶需求(qiú)。需要注意的是(shi)環形孔闆應安(ān)裝☂️在垂直管😄道(dào)上以保證流體(ti)是從下往.上流(liu)動差壓變送器(qi)在🥰現場調零時(shí)要✍️考慮環形孔(kǒng)闆兩個取壓口(kǒu)之間的距離産(chan)生的零點偏移(yi)。
④在天然氣輸送(song)管路中的應用(yòng)這一類介質的(de)壓力較高💃🏻流🤩量(liàng)範圍較寬。采用(yong)配備的HART協議 智(zhi)能差壓變送器(qì) 流量量程可以(yǐ)達到10: 1能夠滿足(zú)需要。
⑤在冷卻循(xun)環水等髒污液(ye)體介質中的應(yīng)用工業過程中(zhōng)往往要㊙️用循環(huan)水進行冷卻冷(lěng)卻水一般都比(bǐ)較髒且可✍️能含(hán)有鐵鏽 電磁流(liú)量計 易受鐵磁(ci)性物質的影響(xiang)讀數不夠穩定(ding)。
　　若使用文丘裏(lǐ)管儀表的體積(ji)太大安裝困難(nan)(循環水管道一(yī)般鋪設在地下(xia)儀表安裝在地(di)溝裏儀表體積(ji)過大會給⁉️施工(gōng)和維修帶來不(bu)便)。
　　若使用就不(bu)會産生此類問(wèn)題,目前已有數(shu)百台環形孔❗闆(pan)流量計在此介(jiè)質中獲得了成(cheng)功應用。
⑥在高爐(lú)熱風流量測量(liàng)中的應用煉鐵(tiě)高爐要送熱風(fēng)熱風⛷️爐離高爐(lú)一般比較近,且(qie)彎頭較多。過去(qu)使🐪用标準孔闆(pan),因直管段不夠(gòu)長而産生較大(dà)誤差。因爲有均(jun)壓環和多個取(qǔ)壓口故🈲.使用2D長(zhǎng)的前直管段❓即(ji)可。已經在百餘(yu)座🐪熱.風爐上安(an)裝使用運行情(qíng)況良好。
5結束語(yǔ)
　　環形孔闆流量(liang)計的測量原理(li)及其特點在結(jié)構及性能方面(mian)與⁉️标準孔闆和(hé)V形錐流量計做(zuò)了比較并結合(hé)近些年來♈在現(xian)場的應用情況(kuang)介紹了該産品(pǐn)在典型環境中(zhōng)的應用🙇‍♀️。環形孔(kǒng)闆在外形結構(gou)和取壓口設置(zhi)上均做了大量(liàng)的技✂️術改進并(bìng)在流體實⁉️驗室(shì)做了大🥰量的試(shì)驗。試驗證實了(le)該㊙️結構具有壓(ya)損小、差壓信🏃‍♀️号(hao)🧡強、測量精度高(gāo)、耐髒污等特點(dian)特别适合大口(kou)徑、髒污流體的(de)流量計量。

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