摘要(yao):以環形孔闆爲(wèi)流量檢測件的(de)新型儀表一環(huan)形孔闆流量計(jì) ,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(jiāng)環形孔闆流量(liang)計與 标準孔闆(pǎn)流量計 、 V 形錐流(liú)量計 進行性能(neng)比較介紹了環(huán)形孔闆流量計(ji)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(jiàn)兩個方面證明(ming)了環形孔闆流(liu)量計良好的測(cè)量性能。
0引言
　　節(jie)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(chǎn)生靜壓力差的(de)一類流量儀表(biǎo)"。盡管流量儀表(biao)的㊙️種類💘有近百(bai)種但節流裝置(zhi)依然是用量最(zui)大的👅儀表種類(lèi)之一。
　　環形孔闆(pan)節流裝置是對(dui)美國1939年-項發明(ming)的創新性💔改進(jìn).近♍年🔴來,環形孔(kong)闆在高爐煤氣(qì)、焦爐煤氣混合(he)煤氣、轉爐煤氣(qi)、水煤氣、半🌐水煤(mei)氣、天然氣、循環(huan)冷卻‼️水、工業廢(fei)水、過熱蒸汽☁️熱(re)空氣、伴生氣☁️和(hé)煙氣等介質的(de)流量測量中獲(huo)得了成功應用(yòng)在解決防堵塞(sai)、防堆積、耐高溫(wen)防變形、耐腐蝕(shi)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(kong)闆中心的圓孔(kǒng)流體通過時因(yin)流通面積的突(tu)然減小而加速(sù)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(yīn)流通面積的突(tu)然減小而加速(su)流體繞過測流(liú)闆入口邊緣時(shí)産生的邊界🐇層(céng)也是圓柱形與(yǔ)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(zào)成的阻力系數(shù)是也相近的這(zhe)就使兩者有可(ke)能具有相近的(de)流出系數。
　　環形(xing)孔闆與标準孔(kǒng)闆的區别是:标(biao)準孔闆的最;小(xiǎo)㊙️流💜通面💜是與管(guǎn)軸線同軸的圓(yuan),環形孔闆的最(zuì)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(liang)者都優于圓缺(quē)孔闆和偏心孔(kong)闆;另一方面環(huán)形孔闆把中間(jian)流速高、靠近管(guan)🐆壁處流速低的(de)流動模式強制(zhì)變成了測流闆(pǎn)附近的“靠近管(guan)壁處流速🔞高、中(zhong)間流速低”的流(liu)動模式相當于(yu)流場的二次分(fen)配進入環✏️形孔(kong)闆🤩的.上遊流場(chǎng)如果因.上遊局(jú)部阻力件的幹(gàn)擾産生了畸變(biàn)(即不再軸對稱(cheng))在二次分配時(shi)就會因“均化”的(de)趨勢恢複🐆成軸(zhóu)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(li)是依據伯努利(li)方程和流體連(lian)續性方程🔆'，經過(guò)單位換算,環形(xing)孔闆的基本方(fang)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(chōu)樣标定🌐、幾何尺(chǐ)寸檢查即可得(de)知; ε爲可膨脹性(xing)系數,對⭐于液體(ti)ε=1;β=d,/D爲直徑比其中(zhong)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(zuo)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(cè)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(you)此可見環形孔(kong)闆的基本方程(chéng)式與一般節流(liú)裝置的基本🚩方(fang)🛀🏻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(jin)行流體實流标(biao)定在獲得流出(chu)系數與産品結(jie)構的相🍉互關系(xi)并且取得足夠(gòu)多的數🧑🏾‍🤝‍🧑🏼據以後(hou)才有可能采取(qu)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(guǒ)證明。其主要特(tè)點如下。
①結構牢(lao)固、性能穩定.工(gōng)作可靠基本上(shang)是“免維護儀㊙️表(biǎo)”。
②儀表本體是一(yi)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(niàn)片伸入管道等(deng))對儀.表的測量(liang)幾乎沒有影響(xiang)👅;節流件和測量(liàng)管内壁都是形(xíng)狀簡單的圓形(xing)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(chu)🔴系數離散度小(xiǎo)。因此,實際使用(yong)精度比标準.孔(kong)闆高。
③流體進入(ru)儀表本體後經(jing)過測流闆的突(tū)然阻擋被強制(zhì)再分配并均化(huà)了流體進入時(shí)的畸變通過環(huán)孔節流再加_上(shàng)🐅“均壓環”取壓裝(zhuang)置使得進入差(chà)壓變送器的測(cè)量值⁉️(差壓)很少(shǎo)受.上遊局部🎯阻(zu)力的影響。例如(ru)在-一個直角彎(wān)頭的下遊有3D長(zhǎng)度的前直管即(jí)可滿足要求在(zai)一個收縮接頭(tóu)的下遊🌂有0. 5D長度(dù)的前⛹🏻‍♀️直管即可(ke)滿足要求['5 -7]
④環形(xing)孔闆節流裝置(zhi)不但可以測量(liàng)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(yǔ)标準孔闆🈲有本(ben)質不同，最小流(liú)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(yu)管中心的👣同心(xin)圓。流體中的雜(za)質流速較低,一(yī)般是緊貼着管(guan)壁🔅邊流動在标(biao)準孔闆的附近(jin)雜質流得🛀更慢(man)很容易沉澱堆(duī)積導緻取壓口(kǒu)堵塞影響測量(liàng)精度即使是圓(yuán)缺孔闆或偏心(xīn)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(ti)🔅中的雜質會随(sui)着主流一-起高(gao)速通過最小流(liú)通截面(環🛀🏻隙)不(bu)容易堆積在測(ce)流⚽闆附近,取壓(ya)口遠離滞流區(qu)不容易堵塞,且(qie)采取了多個取(qǔ)壓🐉口(冗餘設計(jì))并聯在均✍️壓環(huan)上隻.有全部堵(du)死才會失效這(zhè)就加大了檢修(xiu)周期。此外📞在“ 防(fáng)堵型環形孔闆(pǎn)流量計 ”的均壓(ya)環.上與取壓口(kǒu)正對着的管壁(bì)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(geng)大的流體,可以(yi)選帶隔離膜片(pian)的 差壓變送器(qì) 使堵塞的可能(néng)性更小。在測量(liàng)焦爐煤氣等含(hán)有黏附💋物的流(liú)體♊時,可以選帶(dai)有“清污窗口”的(de)防堵型流量計(ji)定期㊙️打開窗口(kou)、徹底清理測流(liu)闆附近的黏附(fù)物。
⑤檢測件一 “測(ce)流闆”的周邊無(wu)約束可以自由(you)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(wei)一測流闆外沿(yan)的形狀和尖銳(rui)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(yuan)卻變📱成了喇叭(ba)口,改變了流出(chu)系數從而産生(shēng)較大誤差由此(ci)可見本産品适(shi)用于測量高溫(wen)流體的流量。
⑥采(cǎi)用标準孔闆測(ce)量過熱蒸汽、飽(bǎo)和蒸汽的流量(liang)停🐆汽時形成的(de)冷凝水會堆積(jī)在孔闆的兩側(ce)再次通汽時必(bì)須♻️把這🌏些冷凝(ning)水帶走,否則可(kě)能引起水錘現(xian)象還會産生測(ce)量誤差。若采用(yòng)不可能産生這(zhe)些⭕問題。因此,适(shi)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(kao)性常采用直接(jie)焊👄接方式,高🤟壓(yā)型适合這種場(chang)合,工作可靠而(er)且成本比标準(zhǔn)☁️孔闆低。
⑧對于腐(fu)蝕性流體不但(dàn)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(you)雜質)。若采用标(biao)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(tí)也無法解決(因(yīn)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(xíng)環形孔闆流量(liàng)計🤞可在法蘭與(yu)測量管内壁内(nei)襯塑料或者搪(tang)瓷既耐腐又耐(nai)壓,可以測量較(jiao)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(yào)在儀表檢測件(jian)附近💃🏻采取措施(shī)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(tào)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(pan)則不容易采取(qu)這些措施。
　　對于(yu)高溫流體如熱(re)風爲了減少流(liú)程管道的熱擴(kuo)散損失常常☀️在(zài)管内壁襯耐熱(re)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(nan)度大、成本♻️較高(gāo);如果采用環形(xíng)孔✌️闆流量計則(zé)較容易實現。
3環(huan)形孔闆和V形錐(zhui)流量計的比較(jiao)
比較環形孔闆(pan)和V形錐這兩種(zhong)流量計的結構(gòu)兩者具有以下(xià)相同點和不同(tong)點。
①兩者都屬于(yú)“環形通道”型都(dou)具有自清潔功(gong)能和流束自動(dong)調整功能,因此(cǐ)都可以使用在(zai)現場直管段長(zhǎng)度不足、流體中(zhong)含有雜質的場(chǎng)合[1。
②兩者都是基(ji)于流體伯努利(lì)方程理論,因此(cǐ)流量都與⛷️差壓(yā)信号的平方根(gen)成正比，也就是(shì)說流量量程的(de)大小與差壓變(bian)送器的量程有(yǒu)關。如果采用帶(dai)數字通信功能(neng)的差壓變送器(qì),都可以達到大(dà)于10倍的量程比(bǐ)10。
③兩者都帶一段(duan)測量短管可以(yi)和現場流程管(guǎn)道用法蘭連接(jie)或直接對焊安(an)裝誤差(内徑不(bú)等造成的凸台(tai)或者🎯偏心、密封(fēng)墊圈突入管内(nei))對測量精度的(de)影響小。
④V形錐流(liú)量計和環形孔(kǒng)闆流量計在開(kai)孔比(B)相同的情(qing)❌況下前者差壓(yā)信号小因而壓(yā)力損失小、能耗(hào)小更适🚶‍♀️合測大(dà)流量液體介質(zhì)或氣體介質而(er)後者更适合測(cè)小流量氣體介(jie)📞質或液體介質(zhì)🍓。
⑤V形錐流量計的(de)檢測元件是錐(zhuī)體,錐角的大小(xiao)、錐體最大🈲截面(mian)處🌏的軸向長度(du)以及下遊取壓(yā)口的位置等參(can)數直接影響流(liu)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(yǒu)标定設備或者(zhě)不願意花标定(dìng)費而采用估算(suàn)的流出系數但(dàn)這樣無法确定(dìng)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(jié)構特征即幾🔞何(he)形狀簡單容易(yì)正确複制、實現(xian)幾何相似在流(liú)動的❄️最小截面(miàn)處流體和阻流(liú)之間的邊界層(ceng)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(guan)'5]。邊界層與阻流(liú)體(标準孔闆的(de)闆片或環形孔(kǒng)闆的測流闆)之(zhī)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(huan)形孔闆與标準(zhǔn)孔闆都具有很(hěn)寬的測量範圍(wei)這些相似點預(yù)示着✂️環形孔闆(pǎn)有可能和标準(zhǔn)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(cǎi)用抽樣标定的(de)辦法同樣可以(yǐ)使流量計☂️達到(dao)1級精度(如果單(dān)台标定,同樣可(kě)以達到0.5級)既能(neng)滿足大多🏒數用(yòng)戶的要求,又能(neng)大大降低成本(ben)。.
⑦V形錐流量計下(xià)遊取壓口的位(wei)置-般在錐體的(de)尾部這裏💯是雜(zá)質🈚聚集區雜質(zhì)很容易進入下(xia)遊取壓管内部(bu)。由于下遊取壓(yā)🌈管較長且有拐(guai)角不易清理所(suǒ)以V形錐流量計(jì)并不适用于髒(zāng)污流體。而環形(xíng)孔闆節流裝置(zhi)的取壓口開在(zai)管壁上不易堵(dǔ)塞即使堵塞也(yě)容易清理。大量(liàng)實踐證明對1939年(nian)初級階段環形(xíng)孔闆進行實質(zhi)性改進後的環(huán)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(liàng)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(zhuī)流量計壓力損(sun)失較小但是流(liu)出系數較大同(tong)樣流量時差壓(yā)(即流量信号)較(jiao)小适用于大流(liú)量;環🐇形孔闆流(liú)量計正好相反(fǎn)适用于小流量(liang)。
②V形錐流量計的(de)檢測件是錐體(tǐ)體積較大,髒污(wū)物易粘附在錐(zhui)體上不易清理(li)而環形孔闆的(de)檢測件是塊薄(báo)闆髒污物粘附(fù)不多且易清理(lǐ)更适合在髒污(wu)流體或🔴混相流(liu)體(如伴生氣、焦(jiāo)爐煤氣、油品)中(zhong)使用“。
當前流量(liàng)儀表的技術交(jiao)流平台對V形錐(zhui)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(du)高等)在不适宜(yí)的場合(如髒污(wū)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(dui)環形💜孔闆流量(liang)計的推廣宣傳(chuan)尚顯不足。
4典型(xing)應用場合及 其(qi)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(shuǐ)煤氣等髒污介(jie)質中的應用這(zhe)-類流體介質中(zhong)含有粉塵、焦油(yóu)、萘、硫化物、水等(děng)物質使用熱✂️式(shi)流量計等插入(ru)式👉儀表常常發(fā)生介質沾污檢(jiǎn)測元♍件的情形(xíng)"。在儀表結構方(fāng)面環形孔闆流(liú)量計采用均壓(ya)環和多個取壓(ya)口設計在均壓(yā)環上與‼️取壓口(kǒu)相對的地方焊(hàn)接一段與取壓(ya)管相同内徑🏃🏻的(de)排污管并🤟連📱接(jie)1個球閥清污🚶‍♀️時(shi)打開球閥排污(wu)或🙇🏻者在停氣時(shí)用捅條疏通💃，也(yě)可以在不停氣(qi)時采用頂杆插(cha)入均壓環清理(li)取壓管。
②在油田(tian)伴生氣等混相(xiang)流體中的應用(yong)伴生氣常常🧑🏾‍🤝‍🧑🏼含(hán)有- -些油品在管(guan)道底部流動以(yǐ)體積論其大小(xiǎo)，可以忽略不計(jì)。如果采用标準(zhǔn)孔闆它會堆積(jī)在孔闆的上遊(yóu)⛹🏻‍♀️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(yóu)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(yòng)環形 孔闆流量(liang)計 環隙流通面(miàn)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(shì)合油田伴生氣(qi)的流量測量。
③在(zài)過熱蒸汽、飽和(he)蒸汽等介質中(zhong)的應用這一類(lèi)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(dāng)使♊用标準孔闆(pan)時由于闆片邊(biān)緣的♊阻擋(有🚶‍♀️的(de)孔闆.上開有疏(shū)液孔,但由于孔(kǒng)太小、幾乎不起(qi)作用)冷凝水積(jī)存在管道的底(dǐ)部,在恢複通汽(qì)時被蒸汽夾帶(dai)着流過孔闆引(yǐn)👅起兩相流而💃🏻導(dǎo)緻不能準确計(jì)量甚至有可能(néng)發生水錘現象(xiang)損壞管件。若使(shi)用環形孔闆🛀冷(leng)凝水随時可以(yi)從環形孔闆的(de)邊沿流走不🌈會(huì)堆積在孔闆附(fu)近因此也就不(bú)會産生計量誤(wu)差。
環形孔闆流(liú)量計在各類企(qǐ)業的蒸汽管路(lu)，上都有應用均(jun1)滿足用戶需求(qiú)。需要注意的是(shì)環形孔闆應安(ān)裝在垂直管道(dào)上以保證流體(tǐ)是從下往.上流(liú)動差壓變送器(qì)在💋現場調零時(shi)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(yí)。
④在天然氣輸送(song)管路中的應用(yong)這一類介質的(de)壓力較高流量(liang)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(zu)需要。
⑤在冷卻循(xun)環水等髒污液(yè)體介質中的應(ying)用工業過程🤟中(zhong)往往要🔅用循環(huán)水進行冷卻冷(leng)卻水一般都比(bi)較髒㊙️且可能含(hán)有鐵鏽 電磁流(liu)量計 易受鐵磁(ci)性物質的影響(xiǎng)讀數不夠穩定(ding)。
　　若使用文丘裏(li)管儀表的體積(ji)太大安裝困難(nán)(循環水管道一(yi)般鋪設在地下(xia)儀表安裝在地(dì)溝裏儀表🤩體積(jī)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(wen)題,目前已有數(shu)百台環形💃🏻孔闆(pǎn)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(liang)中的應用煉鐵(tie)高爐要送熱風(feng)熱風爐離👣高爐(lú)一般比較近,且(qie)彎頭較多。過去(qù)使⛹🏻‍♀️用标準孔闆(pǎn),因📧直管🔞段不夠(gòu)長而産生較大(dà)誤差。因爲有均(jun1)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(ān)裝使用運行情(qing)況良好。
5結束語(yu)
　　環形孔闆流量(liàng)計的測量原理(lǐ)及其特點在結(jie)構及性✍️能方🈲面(mian)與标準孔闆和(he)V形錐流量計做(zuo)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(pin)在典型📐環境中(zhōng)的應用。環形孔(kǒng)♋闆在外形結構(gòu)和取壓口設置(zhi)上均做了大量(liang)的技術改進并(bing)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(yā)☀️損小、差壓信号(hào)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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