摘(zhai)要：檢測(cè)儀表的(de)合理選(xuǎn)型正确(que)使用不(bu)僅是工(gōng)藝生産(chǎn)的需要(yào),也是節(jiē)能降耗(hào)的需要(yào)。對玻璃(li)生産線(xian)常見的(de)氣體流(liú)量計 的(de)選型與(yu)應用進(jìn)行一些(xiē)探讨。
　　玻(bō)璃生産(chan)線(含全(quán)氧燃燒(shāo)、富氧燃(ran)燒、特種(zhong)玻璃、深(shēn)加工玻(bō)璃線等(deng))常有些(xie)氣體介(jiè)質的流(liú)量需要(yao)測量，如(ru)助燃風(fēng)、調溫風(feng)等冷卻(que)風、壓縮(suō)空氣、惰(duò)性氣、氮(dàn)氣、氫氣(qi)、氧氣、天(tian)然氣、液(yè)化氣、蒸(zheng)汽等。以(yǐ)最常見(jiàn)的風流(liú)量計的(de)選型應(yīng)用爲例(lì),按時期(qi)先後大(dà)緻如下(xia):節流差(chà)壓式流(liú)量計(标(biao)準節流(liu)孔闆、文(wén)丘裏，管(guǎn)等), 渦街(jiē)流量計(jì) ,差壓式(shì)流量計(ji)(均速管(guan)流量計(jì)), 熱式質(zhì)量流量(liàng)計 ,節流(liu)差壓式(shì)流量計(jì)(彎管流(liu)量計),節(jie)流差壓(yā)式流量(liang)計( 多孔(kǒng)孔闆平(ping)衡流量(liàng)計 )等。幾(jǐ)種流量(liàng)計各有(you)優缺點(dian),下面對(duì)它們進(jin)行一-些(xiē)分析探(tàn)讨,以期(qi)合理選(xuan)型正确(que)使用。
1标(biāo)準節流(liu)差壓式(shì)流量計(ji)
　　标準節(jie)流孔闆(pǎn)及文丘(qiu)裏管等(deng)典型的(de)節流 差(chà)壓式流(liu)量計 ,是(shì)傳統最(zuì)常見的(de)流量計(ji)。基于流(liu)體連續(xu)性原理(lǐ)和流體(tǐ)力學能(neng)量守衡(héng)原理,遵(zūn)從伯努(nǔ)利定律(lü)。标準節(jie)流式流(liu)量計的(de)基本公(gong)式爲:
質(zhì)量流量(liàng):M=α?Ad(2ρΔP)1/2
體積流(liú)量:Q=M/p=α?Ad(2ρΔP)1/2
式中(zhong):α爲流量(liàng)系數;?爲(wei)流束膨(peng)脹系數(shù);Ad爲工作(zuo)狀态下(xia)節流件(jian)開孔面(miàn)積;ρ爲節(jie)流件.上(shàng)遊側取(qu)壓處流(liu)體密度(du)，标準節(jie)流件上(shàng)、下遊側(cè)規定的(de)取壓孔(kǒng)位置上(shang)所測得(dé)的靜壓(yā)力之差(cha)。
以孔闆(pan)流量計(ji)爲例，推(tuī)導得其(qi)應用公(gong)式爲:
Q=0.01252α?k,d2(ΔP/ρ)1/2(3)
　　當(dāng)孔闆流(liu)量系數(shu)α、流束膨(péng)脹系數(shu)ε、管道與(yǔ)孔闆材(cai)料熱膨(peng)脹校正(zhèng)系數k1、流(liú)體密度(dù)ρ及孔闆(pǎn)節流孔(kǒng)徑d近似(si)視爲常(cháng)數C時，流(liu)體流量(liàng)Q與孔闆(pan)前、後的(de)壓力差(cha)ΔP的平方(fāng)根成正(zheng)比，公式(shi)簡化爲(wei):
Q=CAP2(4)
　　孔闆流(liu)量計優(yōu)點是經(jīng)典成熟(shú)，一次測(cè)量元件(jian)構造較(jiao)簡單,便(biàn)于制造(zao)加工。缺(que)點是壓(ya)力損失(shī)大，差壓(ya)信号較(jiào)小,量程(cheng)比小，一(yi)般爲3:1,要(yào)求直管(guǎn)段長,需(xu)要占用(yòng)較長的(de)工藝管(guan)路,無法(fa)在線拆(chāi)裝檢修(xiu),檢測件(jiàn)和管路(lu)安裝較(jiào)麻煩,需(xu)另外配(pei)套差壓(yā)變送器(qi),大口徑(jing)管路流(liu)量測量(liang)時,無論(lun)是性/價(jià)比還是(shì)安裝方(fāng)面考慮(lǜ)均不可(kě)取。
　　當流(liú)體實際(jì)工況(密(mì)度、成分(fèn)、壓力、溫(wen)度等)較(jiào)多地偏(piān)離設計(jì)計算參(cān)數時,将(jiāng)引入很(hen)大的測(ce)量誤差(chà);當孔闆(pan)前、後的(de)直管段(duàn)長度不(bu)滿足規(guī)定要求(qiú)時也會(huì)導緻較(jiào)大的測(cè)量誤差(cha)(爲了保(bao)證标稱(chēng)的測量(liàng)精度,近(jìn)年的新(xīn)标準對(dui)直管段(duan)長度有(you)加長的(de)趨勢),孔(kǒng)闆加工(gōng)精度、變(bian)形、節流(liú)孔入口(kǒu)邊緣磨(mó)損變鈍(dun)等也影(ying)響測量(liàng)精度。此(cǐ)外,安裝(zhuāng)使用不(bú)當,也會(hui)附加測(cè)量誤差(chà)。比如孔(kǒng)闆中心(xin)與管道(dào)中心不(bu)同心,管(guan)道内表(biao)面不光(guang)潔,管道(dao)變形或(huo)内徑偏(piān)離設計(jì)計算取(qu)值,上、下(xià)遊取壓(ya)管不-緻(zhì)(高度、阻(zǔ)力、受熱(rè)等),取壓(yā)管路、接(jie)頭、閥門(men)洩漏或(huo)堵塞,配(pei)套 差壓(ya)變送器(qì) 誤差等(deng)。
　　标準孔(kǒng)闆或文(wen)丘裏管(guǎn)流量計(ji)在浮法(fa)玻璃生(sheng)産線上(shang)有一些(xiē)應用,但(dan)由于壓(yā)力損大(dà),不利于(yu)節能降(jiang)耗,工藝(yì)管路又(you)往往較(jiào)難獲得(de)測量所(suǒ)需的足(zú)夠長的(de)直管段(duan),不能在(zài)線拆裝(zhuāng)檢修,加(jiā)上要配(pei)套取壓(yā)管路和(hé)差壓變(biàn)送器,安(an)裝相對(dui)較麻煩(fan),壓力、溫(wēn)度變動(dòng)較大時(shi)若不采(cǎi)取自動(dong)補償則(zé)誤差很(hen)大,故後(hòu)來采用(yong)得較少(shǎo)。對于大(da)口徑低(dī)壓力風(feng)管流量(liang)測量更(gèng)不宜采(cǎi)用。
從節(jiē)能降耗(hào)的角度(dù)考慮,建(jiàn)議盡量(liàng)少選用(yong)标準節(jie)流孔闆(pǎn)等流量(liàng)計,改選(xuan)壓力損(sǔn)失小的(de)其它新(xīn)型流量(liàng)計。
2渦街(jiē)流量計(jì)
　　渦街流(liú)量計(旋(xuán)渦流量(liang)計)屬流(liú)體振動(dong)流量計(ji),基于Karman卡(ka)i門]渦街(jiē)效應原(yuan)理。流體(ti)在非流(liú)線型阻(zǔ)擋物(旋(xuán)渦發生(shēng)體)後的(de)兩側會(huì)産生兩(liǎng)列交錯(cuò)排列的(de)旋渦。旋(xuán)渦分離(lí)的頻率(lǜ)f與阻擋(dang)物側面(miàn)的流速(sù)V成正比(bǐ),與阻擋(dǎng)物的迎(ying)流面寬(kuān)度d成反(fǎn)比,遵從(cóng)下列公(gong)式:
其中(zhong)st爲Strouhal斯特(tè)勞哈爾(er)數,雷諾(nuo)數在一(yi)定區段(duan)範圍内(nei)s,是常數(shu)。
由壓電(dian)元件測(cè)得頻率(lü)f,便可測(ce)得工況(kuang)流速V,管(guǎn)道有效(xiao)截面積(ji)4已知,進(jìn)而可獲(huò)得流體(tǐ)流量。
　　其(qí)測量是(shi)基于漩(xuán)渦頻率(lü),因而不(bu)存在零(líng)點和量(liang)程的漂(piao)移問題(ti);輸出與(yu)工況流(liu)量成正(zhèng)比,不受(shòu)流體密(mì)度、成分(fèn)、壓力、溫(wen)度等影(ying)響,但若(ruo)轉換爲(wèi)标況流(liú)量,則也(yě)要進行(hang)壓力、溫(wen)度修正(zheng)。已有一(yi)體化渦(wo)街質量(liang)流量計(jì)。 插入式(shi)渦街流(liú)量計 無(wu)須占用(yòng)工藝管(guǎn)段。安裝(zhuāng)簡單,維(wéi)護使用(yong)方便,無(wú)堵塞之(zhi)慮。國内(nei)外在不(bu)少場合(hé)用渦街(jiē)流量計(jì)取代傳(chuan)統孔闆(pan)、 渦輪流(liu)量計 等(deng)。
　　渦街流(liu)量計量(liàng)程比一(yī)般爲10:1,優(yōu)于孔闆(pan)等差壓(ya)式流量(liàng)計,但不(bu)及熱式(shi)流量計(jì)。其測量(liàng)下限值(zhí)取決于(yú)是否産(chan)生漩渦(wō)(流體黏(nián)度是主(zhǔ)内因)和(hé)漩渦強(qiang)度是否(fǒu)足夠(流(liú)體密度(du)是主内(nei)因)。一般(ban)不适用(yòng)于低流(liú)速流體(ti),有時不(bú)得不将(jiang)工藝管(guǎn)道縮管(guǎn),以提高(gāo)流速。雙(shuang)發生體(ti)的渦街(jie)流量計(jì)可以測(ce)量雷諾(nuò)數較低(dī)的流體(ti)。渦街流(liu)量計要(yao)求的直(zhi)管段長(zhang),不适合(hé)低流速(sù)測量，怕(pà)振動。在(zai)直管段(duan)足夠長(zhang)、流速足(zu)夠大、無(wu)較大振(zhèn)動的場(chang)合可選(xuǎn)用。直管(guǎn)段足夠(gòu)長時,最(zuì)好采用(yòng)平均流(liu)速點法(fa),插入深(shen)L=0.121D,測量精(jīng)度幾乎(hū)不受雷(lei)諾數變(bian)化的影(yǐng)響;直管(guǎn)段較短(duǎn)時,一般(bān)采用中(zhōng)心最大(da)流速點(dian)法,插入(ru)深L=0.5D.
　　在浮(fu)法玻璃(lí)生産線(xiàn)上,影響(xiǎng)其被選(xuǎn)用的主(zhǔ)要是現(xiàn)場沒有(yǒu)測量所(suo)需的足(zú)夠長的(de)直管段(duàn),環境振(zhen)動和測(ce)量下限(xiàn)值限制(zhi)等因素(su)。
3均速管(guan)流量計(jì)
　　屬差壓(yā)式流量(liang)計,由單(dan)點測速(su)的皮托(tuo)管演變(bian)發展而(ér)來,基于(yú)流體力(li)學能量(liang)守衡原(yuán)理,遵從(cong)伯努利(lì)定律。流(liu)體的全(quán)壓(總壓(yā)力)等于(yu)其動壓(yā)加靜壓(ya)，測得流(liú)體的平(ping)均全壓(ya)與平均(jun1)靜壓之(zhi)差DP,就獲(huo)得流體(tǐ)的平均(jun1)動壓值(zhi)。流體的(de)平均動(dong)壓即平(ping)均差壓(ya)DP與平均(jun1)流速V間(jiān)的關系(xì)爲:
V=K(20P/p)(6)
Q=AV(7)
式中(zhong):K爲均速(sù)管流量(liang)系數;4爲(wèi)管道有(you)效截面(mian)積。
　　均速(su)管流量(liàng)計導緻(zhi)的流體(ti)壓力損(sǔn)失很小(xiǎo)，永久壓(ya)力損失(shī)僅是标(biao)準孔闆(pǎn)的5%以下(xià),均速管(guǎn)結構簡(jian)單,安裝(zhuang)維護比(bǐ)較方便(biàn)(但比渦(wō)街流量(liàng)計和熱(re)式質量(liang)流量計(jì)要增加(jia)取壓導(dǎo)壓管和(hé)差壓變(bian)送器),大(dà)口徑管(guan)路流量(liang)測量時(shi)優點突(tu)出。各公(gong)司标稱(chēng)的所需(xu)直管段(duàn)差異很(hen)大,有的(de)小到2D,大(dà)的卻要(yào)20D;價格差(chà)異也很(hen)大,不含(hán)差壓變(bian)送器,便(biàn)宜的一(yi)兩千元(yuan),貴的上(shang)萬元。
　　均(jun)速管流(liu)量計第(dì)一代圓(yuan)型截面(mian)産品缺(que)點是互(hù)換性較(jiào)差,K值欠(qiàn)穩定,差(cha)壓信号(hào)小，取壓(yā)孔有堵(dǔ)塞之慮(lǜ)。針對缺(quē)點,近十(shí)幾年出(chū)現了第(dì)二代(橢(tuǒ)圓型、扇(shàn)型、菱型(xíng)即寶石(shí)鑽石型(xíng)、子彈型(xíng)、機翼型(xing)等)和第(dì)三代産(chǎn)品(T型)。EMERSON旗(qí)下的羅(luo)斯蒙特(tè)推出的(de)T型專利(lì)産品，具(ju)有本質(zhì)抗堵性(xing),信噪比(bǐ)大,K值穩(wěn)定,測量(liàng)精度較(jiào)高,對安(an)裝要求(qiú)降低。
一(yī)些玻璃(lí)廠用戶(hu)反映,均(jun)速管風(fēng)流量計(jì)安裝初(chu)期尚好(hao),後期檢(jiǎn)測不正(zhèng)常。可能(néng)原因無(wu)外乎以(yǐ)下幾點(diǎn):
①均速管(guan)正負檢(jiǎn)測孔堵(dǔ)塞;或均(jun)速管未(wèi)固定安(an)裝好,正(zhèng)壓檢測(cè)孔未正(zheng)對流體(ti)方向。
②取(qǔ)壓導壓(ya)管洩漏(lòu)或堵塞(sai)(若洩漏(lòu)不僅會(huì)直接影(ying)響測量(liàng),還由于(yú)有含塵(chen)流體緩(huan)慢流動(dòng),易導緻(zhì)均速管(guan)内積雜(za)塵,易堵(du)塞)。
③閥門(mén)(含 三閥(fa)組 )堵塞(sai)或洩漏(lou)。
④差壓變(bian)送器異(yi)常。
排除(chu)以上故(gù)障後應(yīng)可恢複(fu)正常工(gōng)作,無須(xu)更換流(liu)量計。
　　需(xu)要提示(shì)的是,若(ruò)直管段(duàn)不夠長(zhang),會引入(ru)測量誤(wù)差。另外(wai),若沒有(you)采用溫(wen)、壓自動(dòng)補償,而(ér)實際.運(yun)行工藝(yi)參數(尤(yóu)其是壓(yā)力)偏離(lí)均速管(guǎn)選用設(she)計值較(jiào)大時,将(jiang)引入較(jiào)大的測(cè)量誤差(cha),在助燃(rán)風等普(pǔ)遍采用(yong)變頻調(diao)速控制(zhì)的情況(kuang)下此問(wen)題較突(tu)出,建議(yì)應采用(yòng)溫、壓自(zì)動補償(cháng)。
4熱式質(zhi)量流量(liàng)計
　　 熱式(shi)質量流(liú)量計基(jī)于熱傳(chuán)遞原理(li)。傳感元(yuán)件是封(feng)裝于不(bú)鏽鋼套(tào)管内的(de)2個精密(mi)熱電阻(zǔ)RTD(一般爲(wei)鉑電阻(zu))，其一是(shi)流體介(jiè)質溫度(dù)傳感元(yuan)件，另一(yi)爲加熱(rè)兼傳感(gǎn)元件，由(yóu)它們組(zu)成惠斯(si)登電橋(qiáo)的兩個(ge)橋臂，控(kong)制加熱(rè)傳感器(qi)的加熱(re)功率，以(yi)使加熱(rè)傳感器(qi)和參比(bǐ)溫度傳(chuan)感器間(jiān)保持恒(heng)定溫差(cha)Δt=t,-t.=常數。流(liu)體流過(guò)加熱傳(chuán)感器所(suo)帶走的(de)熱量和(hé)流體的(de)流速與(yǔ)密度之(zhī)積ρV的m次(cì)方成正(zhèng)比，即與(yu)流體的(de)質量流(liu)量的m次(ci)方成正(zheng)比。流體(tǐ)的質量(liàng)流量變(bian)化時，必(bi)須同時(shí)相應改(gǎi)變加熱(rè)傳感器(qi)的加熱(rè)功率，才(cái)能保持(chi)Δt不變，故(gu)測得加(jia)熱功率(lǜ)就間接(jiē)地測得(dé)流體的(de)質量流(liu)量。檢測(cè)元件總(zong)熱損失(shī)E與質量(liang)流速ρV、質(zhi)量流量(liang)M間的函(hán)數關系(xi)式如下(xia):

　　式中:k爲(wei)流體導(dao)熱系數(shù);A,爲被加(jia)熱元件(jiàn)面積;B爲(wei)傳感器(qì)支撐件(jiàn)的自然(ran)對流、熱(rè)輻射和(hé)熱傳導(dao)總的熱(re)傳遞常(chang)數(相對(dui)于介質(zhi)的強制(zhì)對流，傳(chuán)感器的(de)自然對(dui)流、熱輻(fu)射和熱(re)傳導影(ying)響極小(xiao));C爲.常數(shu);d爲傳感(gǎn)器直徑(jìng);μ爲流體(ti)黏度;m爲(wèi)系數(一(yi)般m≥0.3);T,爲元(yuan)件表面(miàn)溫度;T爲(wèi)介質溫(wen)度;A爲管(guan)道有效(xiao)截面積(ji)。
　　熱式工(gong)作原理(lǐ)的質量(liàng)流量計(jì)幾十年(nián)前就有(yǒu)，但獲得(de)推廣應(yīng)用是近(jìn)十幾年(nian)的事。遺(yí)憾的是(shi)目前國(guó)内售價(jià)仍太高(gāo)，其實測(cè)量原理(lǐ)和制造(zao)工藝并(bìng)不太複(fú)雜。相信(xin)随着制(zhi)造商的(de)增加和(hé)競争的(de)引入，其(qi)價格可(kě)望逐漸(jiàn)降至與(yu)渦街流(liú)量計相(xiàng)當。
　　熱式(shì)質量流(liú)量計有(yǒu)許多優(you)點:一體(ti)化結構(gòu)，安裝方(fāng)便，直接(jie)測得質(zhì)量流量(liang)，不受溫(wen)、壓等波(bō)動影響(xiǎng)，量程比(bǐ)大，壓力(li)損小，直(zhí)管段要(yao)求也比(bi)較低，“能(neng)适應較(jiào)惡劣環(huán)境，響應(yīng)速度快(kuài)(可達1s)等(děng)。尤其突(tū)出的是(shi)高量程(chéng)比，一般(bān)100:1以上，甚(shèn)至可達(dá)300:1,特别是(shi)在量程(chéng)低端也(ye)有極高(gāo)的靈敏(min)度和精(jīng)度，這在(zai)工況參(cān)數事先(xian)不能确(que)知的場(chǎng)合是很(hěn)可貴的(de)。缺點是(shi)目前價(jià)仍較高(gao)(進口産(chan)品約2萬(wan))，并且長(zhǎng)期使用(yong)也會在(zai)傳感元(yuan)件處黏(nian)附粉塵(chén)雜質，影(ying)響測量(liàng)，需及時(shí)清潔。對(duì)于天然(ran)氣、液化(hua)氣、氧、氫(qīng)等非空(kōng)氣流體(tǐ)(氮氣接(jiē)近空氣(qi)，誤差較(jiào)小)，應要(yào)求供應(yīng)商按實(shi)氣标定(ding)，否則誤(wu)差較大(dà)。
熱式質(zhì)量流量(liang)計在浮(fu)法玻璃(li)線上獲(huo)得了廣(guang)泛應用(yòng)。
5多函數(shu)孔孔闆(pǎn)平衡式(shì)流量計(ji)
　　标準節(jie)流孔闆(pan)、文丘裏(lǐ)管等傳(chuán)統節流(liú)差壓式(shi)流量計(jì)永久壓(yā)力損大(da)(由于死(sǐ)區和大(da)量渦流(liú))，量程比(bi)小，要求(qiu)直管段(duàn)長，尤其(qí)不适合(hé)允許壓(yā)力損小(xiao)、直管段(duan)短和大(dà)口徑管(guǎn)路的測(cè)量。
　　新型(xing)的A+K多函(hán)數孔圓(yuán)盤式平(ping)衡流量(liang)計BFM(BalancedFlowMeter)，是美(mei)國航空(kong)航天局(ju)、馬歇爾(er)航空飛(fei)行中心(xin)深人研(yán)究、大量(liang)試驗的(de)成果，巧(qiǎo)妙地将(jiang)傳統整(zhěng)流器和(hé)節流件(jian)一體化(hua)、創新化(hua)，雖然原(yuán)理類同(tong)标準孔(kong)闆等節(jiē)流式差(chà)壓流量(liàng)計，同樣(yang)遵從伯(bo)努利定(ding)律，但由(yóu)于圓盤(pan)具有多(duo)個獨特(tè)的函數(shu)孔，在節(jiē)流同時(shí)還對流(liu)體進行(háng)整流和(hé)平衡調(diào)整，因此(cǐ)在減小(xiao)直管段(duàn)要求(最(zui)短0.5D)，減小(xiǎo)永久壓(yā)力損(是(shi)傳統的(de)1/3),提高量(liang)程比(>10:1)、測(cè)量精度(du)(優于0.5%)、穩(wěn)定性(噪(zao)聲是傳(chuán)統的1/15)、耐(nai)污堵等(děng)方面均(jun)有極大(dà)改善。還(hái)可測雙(shuang)向流、氣(qi)液兩相(xiàng)流、漿料(liào)甚至固(gù)體顆粒(li)流，幾乎(hu)适用于(yu)所有流(liú)體。
　　缺點(diǎn)是由于(yu)專有技(ji)術、前期(qi)開發等(děng)因素，目(mù)前售價(jia)比較高(gao)，相信總(zong)趨勢将(jiang)逐漸向(xiang)标準節(jiē)流件價(jià)格靠攏(lǒng);此外，雖(sui)然永久(jiǔ)壓力損(sun)比傳統(tong)标準節(jie)流件小(xiǎo)很多，但(dàn)仍比熱(rè)式、均速(sù)管等流(liú)量計壓(yā)力損大(da)，特别是(shi)用于低(di)壓流體(ti)時，其永(yong)久壓力(lì)損往往(wǎng)高于總(zǒng)壓力的(de)10%以上;另(ling)外，與标(biao)準節流(liu)件一樣(yang)，要配套(tao)取壓管(guǎn)路和差(chà)壓變送(song)器，壓力(li)、溫度變(bian)動較大(da)時要采(cǎi)取自動(dòng)補償;大(dà)口徑管(guǎn)路流量(liang)測量時(shí)，無論是(shì)性1價比(bi)還是安(ān)裝方面(mian)考慮均(jun1)無優勢(shi)。
　　多孔平(píng)衡式流(liu)量計将(jiāng)逐漸取(qu)代原來(lai)傳統的(de)标準差(chà)壓式節(jie)流裝置(zhì)，随着價(jia)格的逐(zhú)漸下降(jiàng)和節能(neng)降耗事(shì)業的深(shēn)入發展(zhǎn)，其在流(liú)量測量(liang)領域将(jiang)有較廣(guang)闊的應(yīng)用前景(jing)。

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