摘(zhai)要：檢測儀表(biao)的合理選型(xíng)正确使用不(bú)僅是工藝生(sheng)産的需要,也(yě)是節能降耗(hào)的需要。對玻(bō)璃生産線常(chang)見的氣體流(liu)量計 的選型(xing)與應用進行(háng)一些探讨。
　　玻(bo)璃生産線(含(han)全氧燃燒、富(fù)氧燃燒、特種(zhong)玻璃、深加工(gong)玻璃線等)常(chang)有些氣體介(jiè)質的流量需(xu)要測量，如助(zhù)燃風、調溫風(feng)等冷卻風、壓(ya)縮空氣、惰性(xìng)氣、氮氣、氫氣(qì)、氧氣、天然氣(qì)、液化氣、蒸汽(qì)等。以最常見(jian)的風流量計(ji)的選型應用(yong)爲例,按時期(qī)先後大緻如(ru)下:節流差壓(yā)式流量計(标(biāo)準節流孔闆(pǎn)、文丘裏，管等(děng)), 渦街流量計(jì) ,差壓式流量(liàng)計(均速管流(liu)量計), 熱式質(zhì)量流量計 ,節(jiē)流差壓式流(liú)量計(彎管流(liu)量計),節流差(chà)壓式流量計(ji)( 多孔孔闆平(píng)衡流量計 )等(deng)。幾種流量計(ji)各有優缺點(dian),下面對它們(men)進行一-些分(fen)析探讨,以期(qī)合理選型正(zhèng)确使用。
1标準(zhun)節流差壓式(shì)流量計
　　标準(zhǔn)節流孔闆及(ji)文丘裏管等(deng)典型的節流(liú) 差壓式流量(liang)計 ,是傳統最(zui)常見的流量(liàng)計。基于流體(tǐ)連續性原理(li)和流體力學(xue)能量守衡原(yuan)理,遵從伯努(nu)利定律。标準(zhǔn)節流式流量(liang)計的基本公(gōng)式爲:
質量流(liu)量:M=α?Ad(2ρΔP)1/2
體積流量(liàng):Q=M/p=α?Ad(2ρΔP)1/2
式中:α爲流量(liang)系數;?爲流束(shù)膨脹系數;Ad爲(wei)工作狀态下(xia)節流件開孔(kong)面積;ρ爲節流(liú)件.上遊側取(qǔ)壓處流體密(mì)度，标準節流(liú)件上、下遊側(ce)規定的取壓(yā)孔位置上所(suo)測得的靜壓(ya)力之差。
以孔(kong)闆流量計爲(wei)例，推導得其(qí)應用公式爲(wei):
Q=0.01252α?k,d2(ΔP/ρ)1/2(3)
　　當孔闆流量(liàng)系數α、流束膨(péng)脹系數ε、管道(dao)與孔闆材料(liao)熱膨脹校正(zhèng)系數k1、流體密(mì)度ρ及孔闆節(jie)流孔徑d近似(sì)視爲常數C時(shí)，流體流量Q與(yu)孔闆前、後的(de)壓力差ΔP的平(ping)方根成正比(bi)，公式簡化爲(wèi):
Q=CAP2(4)
　　孔闆流量計(jì)優點是經典(diǎn)成熟，一次測(cè)量元件構造(zào)較簡單,便于(yú)制造加工。缺(quē)點是壓力損(sun)失大，差壓信(xìn)号較小,量程(chéng)比小，一般爲(wèi)3:1,要求直管段(duàn)長,需要占用(yong)較長的工藝(yì)管路,無法在(zài)線拆裝檢修(xiū),檢測件和管(guan)路安裝較麻(ma)煩,需另外配(pei)套差壓變送(song)器,大口徑管(guan)路流量測量(liang)時,無論是性(xìng)/價比還是安(an)裝方面考慮(lü)均不可取。
　　當(dāng)流體實際工(gong)況(密度、成分(fèn)、壓力、溫度等(deng))較多地偏離(lí)設計計算參(can)數時,将引入(ru)很大的測量(liang)誤差;當孔闆(pan)前、後的直管(guan)段長度不滿(man)足規定要求(qiú)時也會導緻(zhi)較大的測量(liàng)誤差(爲了保(bao)證标稱的測(cè)量精度,近年(nián)的新标準對(duì)直管段長度(du)有加長的趨(qū)勢),孔闆加工(gōng)精度、變形、節(jie)流孔入口邊(biān)緣磨損變鈍(dun)等也影響測(ce)量精度。此外(wài),安裝使用不(bú)當,也會附加(jia)測量誤差。比(bǐ)如孔闆中心(xīn)與管道中心(xīn)不同心,管道(dao)内表面不光(guāng)潔,管道變形(xíng)或内徑偏離(lí)設計計算取(qu)值,上、下遊取(qǔ)壓管不-緻(高(gao)度、阻力、受熱(rè)等),取壓管路(lù)、接頭、閥門洩(xie)漏或堵塞,配(pei)套 差壓變送(sòng)器 誤差等。
　　标(biao)準孔闆或文(wén)丘裏管流量(liàng)計在浮法玻(bō)璃生産線上(shàng)有一些應用(yong),但由于壓力(li)損大,不利于(yú)節能降耗,工(gong)藝管路又往(wǎng)往較難獲得(de)測量所需的(de)足夠長的直(zhi)管段,不能在(zai)線拆裝檢修(xiu),加上要配套(tao)取壓管路和(hé)差壓變送器(qì),安裝相對較(jiào)麻煩,壓力、溫(wen)度變動較大(dà)時若不采取(qu)自動補償則(zé)誤差很大,故(gù)後來采用得(dé)較少。對于大(dà)口徑低壓力(lì)風管流量測(cè)量更不宜采(cai)用。
從節能降(jiang)耗的角度考(kao)慮,建議盡量(liàng)少選用标準(zhun)節流孔闆等(děng)流量計,改選(xuǎn)壓力損失小(xiao)的其它新型(xíng)流量計。
2渦街(jiē)流量計
　　渦街(jiē)流量計(旋渦(wō)流量計)屬流(liu)體振動流量(liang)計,基于Karman卡i門(men)]渦街效應原(yuán)理。流體在非(fēi)流線型阻擋(dang)物(旋渦發生(shēng)體)後的兩側(ce)會産生兩列(liè)交錯排列的(de)旋渦。旋渦分(fèn)離的頻率f與(yu)阻擋物側面(miàn)的流速V成正(zhèng)比,與阻擋物(wu)的迎流面寬(kuān)度d成反比,遵(zun)從下列公式(shi):
其中st爲Strouhal斯特(tè)勞哈爾數,雷(lei)諾數在一定(ding)區段範圍内(nèi)s,是常數。
由壓(ya)電元件測得(dé)頻率f,便可測(cè)得工況流速(su)V,管道有效截(jié)面積4已知,進(jin)而可獲得流(liu)體流量。
　　其測(cè)量是基于漩(xuán)渦頻率,因而(er)不存在零點(diǎn)和量程的漂(piāo)移問題;輸出(chū)與工況流量(liang)成正比,不受(shòu)流體密度、成(cheng)分、壓力、溫度(du)等影響,但若(ruò)轉換爲标況(kuàng)流量,則也要(yao)進行壓力、溫(wen)度修正。已有(yǒu)一體化渦街(jie)質量流量計(jì)。 插入式渦街(jiē)流量計 無須(xu)占用工藝管(guan)段。安裝簡單(dān),維護使用方(fang)便,無堵塞之(zhī)慮。國内外在(zài)不少場合用(yòng)渦街流量計(ji)取代傳統孔(kong)闆、 渦輪流量(liàng)計 等。
　　渦街流(liu)量計量程比(bi)一般爲10:1,優于(yú)孔闆等差壓(ya)式流量計,但(dàn)不及熱式流(liú)量計。其測量(liang)下限值取決(jué)于是否産生(shēng)漩渦(流體黏(nian)度是主内因(yīn))和漩渦強度(du)是否足夠(流(liu)體密度是主(zhu)内因)。一般不(bu)适用于低流(liu)速流體,有時(shi)不得不将工(gōng)藝管道縮管(guǎn),以提高流速(su)。雙發生體的(de)渦街流量計(jì)可以測量雷(léi)諾數較低的(de)流體。渦街流(liú)量計要求的(de)直管段長,不(bú)适合低流速(su)測量，怕振動(dòng)。在直管段足(zu)夠長、流速足(zu)夠大、無較大(dà)振動的場合(hé)可選用。直管(guǎn)段足夠長時(shi),最好采用平(píng)均流速點法(fǎ),插入深L=0.121D,測量(liàng)精度幾乎不(bu)受雷諾數變(biàn)化的影響;直(zhi)管段較短時(shi),一般采用中(zhōng)心最大流速(su)點法,插入深(shēn)L=0.5D.
　　在浮法玻璃(lí)生産線上,影(ying)響其被選用(yòng)的主要是現(xiàn)場沒有測量(liang)所需的足夠(gòu)長的直管段(duàn),環境振動和(he)測量下限值(zhi)限制等因素(sù)。
3均速管流量(liang)計
　　屬差壓式(shì)流量計,由單(dān)點測速的皮(pí)托管演變發(fa)展而來,基于(yu)流體力學能(neng)量守衡原理(li),遵從伯努利(li)定律。流體的(de)全壓(總壓力(li))等于其動壓(yā)加靜壓，測得(de)流體的平均(jun1)全壓與平均(jun1)靜壓之差DP,就(jiù)獲得流體的(de)平均動壓值(zhi)。流體的平均(jun)動壓即平均(jun1)差壓DP與平均(jun)流速V間的關(guān)系爲:
V=K(20P/p)(6)
Q=AV(7)
式中:K爲(wei)均速管流量(liang)系數;4爲管道(dào)有效截面積(jī)。
　　均速管流量(liàng)計導緻的流(liú)體壓力損失(shī)很小，永久壓(ya)力損失僅是(shì)标準孔闆的(de)5%以下,均速管(guan)結構簡單,安(ān)裝維護比較(jiao)方便(但比渦(wō)街流量計和(hé)熱式質量流(liú)量計要增加(jia)取壓導壓管(guan)和差壓變送(sòng)器),大口徑管(guan)路流量測量(liang)時優點突出(chu)。各公司标稱(cheng)的所需直管(guan)段差異很大(da),有的小到2D,大(dà)的卻要20D;價格(gé)差異也很大(da),不含差壓變(biàn)送器,便宜的(de)一兩千元,貴(gui)的上萬元。
　　均(jun)速管流量計(ji)第一代圓型(xing)截面産品缺(quē)點是互換性(xing)較差,K值欠穩(wěn)定,差壓信号(hào)小，取壓孔有(yǒu)堵塞之慮。針(zhen)對缺點,近十(shí)幾年出現了(le)第二代(橢圓(yuan)型、扇型、菱型(xíng)即寶石鑽石(shí)型、子彈型、機(ji)翼型等)和第(di)三代産品(T型(xing))。EMERSON旗下的羅斯(si)蒙特推出的(de)T型專利産品(pǐn)，具有本質抗(kang)堵性,信噪比(bi)大,K值穩定,測(ce)量精度較高(gāo),對安裝要求(qiú)降低。
一些玻(bō)璃廠用戶反(fǎn)映,均速管風(fēng)流量計安裝(zhuāng)初期尚好,後(hòu)期檢測不正(zheng)常。可能原因(yīn)無外乎以下(xia)幾點:
①均速管(guan)正負檢測孔(kǒng)堵塞;或均速(sù)管未固定安(an)裝好,正壓檢(jian)測孔未正對(duì)流體方向。
②取(qǔ)壓導壓管洩(xiè)漏或堵塞(若(ruò)洩漏不僅會(hui)直接影響測(ce)量,還由于有(yǒu)含塵流體緩(huǎn)慢流動,易導(dǎo)緻均速管内(nei)積雜塵,易堵(dǔ)塞)。
③閥門(含 三(san)閥組 )堵塞或(huo)洩漏。
④差壓變(bian)送器異常。
排(pái)除以上故障(zhàng)後應可恢複(fu)正常工作,無(wu)須更換流量(liang)計。
　　需要提示(shi)的是,若直管(guǎn)段不夠長,會(hui)引入測量誤(wù)差。另外,若沒(mei)有采用溫、壓(ya)自動補償,而(er)實際.運行工(gong)藝參數(尤其(qí)是壓力)偏離(lí)均速管選用(yong)設計值較大(dà)時,将引入較(jiao)大的測量誤(wù)差,在助燃風(feng)等普遍采用(yong)變頻調速控(kòng)制的情況下(xia)此問題較突(tu)出,建議應采(cǎi)用溫、壓自動(dòng)補償。
4熱式質(zhi)量流量計
　　 熱(rè)式質量流量(liàng)計基于熱傳(chuán)遞原理。傳感(gan)元件是封裝(zhuang)于不鏽鋼套(tào)管内的2個精(jing)密熱電阻RTD(一(yī)般爲鉑電阻(zǔ))，其一是流體(ti)介質溫度傳(chuan)感元件，另一(yi)爲加熱兼傳(chuán)感元件，由它(ta)們組成惠斯(sī)登電橋的兩(liang)個橋臂，控制(zhi)加熱傳感器(qi)的加熱功率(lǜ)，以使加熱傳(chuan)感器和參比(bǐ)溫度傳感器(qi)間保持恒定(dìng)溫差Δt=t,-t.=常數。流(liu)體流過加熱(re)傳感器所帶(dài)走的熱量和(he)流體的流速(su)與密度之積(ji)ρV的m次方成正(zheng)比，即與流體(ti)的質量流量(liàng)的m次方成正(zhèng)比。流體的質(zhì)量流量變化(hua)時，必須同時(shi)相應改變加(jiā)熱傳感器的(de)加熱功率，才(cái)能保持Δt不變(biàn)，故測得加熱(re)功率就間接(jiē)地測得流體(ti)的質量流量(liang)。檢測元件總(zǒng)熱損失E與質(zhì)量流速ρV、質量(liang)流量M間的函(hán)數關系式如(rú)下:

　　式中:k爲流(liú)體導熱系數(shù);A,爲被加熱元(yuan)件面積;B爲傳(chuán)感器支撐件(jian)的自然對流(liu)、熱輻射和熱(re)傳導總的熱(re)傳遞常數(相(xiàng)對于介質的(de)強制對流，傳(chuán)感器的自然(rán)對流、熱輻射(she)和熱傳導影(ying)響極小);C爲.常(chang)數;d爲傳感器(qì)直徑;μ爲流體(ti)黏度;m爲系數(shù)(一般m≥0.3);T,爲元件(jiàn)表面溫度;T爲(wèi)介質溫度;A爲(wei)管道有效截(jié)面積。
　　熱式工(gōng)作原理的質(zhì)量流量計幾(jǐ)十年前就有(yǒu)，但獲得推廣(guǎng)應用是近十(shi)幾年的事。遺(yí)憾的是目前(qián)國内售價仍(reng)太高，其實測(ce)量原理和制(zhì)造工藝并不(bú)太複雜。相信(xìn)随着制造商(shāng)的增加和競(jing)争的引入，其(qi)價格可望逐(zhú)漸降至與渦(wō)街流量計相(xiàng)當。
　　熱式質量(liàng)流量計有許(xu)多優點:一體(ti)化結構，安裝(zhuāng)方便，直接測(cè)得質量流量(liàng)，不受溫、壓等(děng)波動影響，量(liang)程比大，壓力(lì)損小，直管段(duan)要求也比較(jiao)低，“能适應較(jiao)惡劣環境，響(xiǎng)應速度快(可(kě)達1s)等。尤其突(tū)出的是高量(liang)程比，一般100:1以(yi)上，甚至可達(dá)300:1,特别是在量(liàng)程低端也有(yǒu)極高的靈敏(mǐn)度和精度，這(zhè)在工況參數(shù)事先不能确(què)知的場合是(shi)很可貴的。缺(que)點是目前價(jià)仍較高(進口(kǒu)産品約2萬)，并(bìng)且長期使用(yong)也會在傳感(gǎn)元件處黏附(fu)粉塵雜質，影(ying)響測量，需及(jí)時清潔。對于(yu)天然氣、液化(huà)氣、氧、氫等非(fei)空氣流體(氮(dàn)氣接近空氣(qi)，誤差較小)，應(yīng)要求供應商(shang)按實氣标定(ding)，否則誤差較(jiao)大。
熱式質量(liàng)流量計在浮(fú)法玻璃線上(shàng)獲得了廣泛(fàn)應用。
5多函數(shu)孔孔闆平衡(heng)式流量計
　　标(biao)準節流孔闆(pǎn)、文丘裏管等(deng)傳統節流差(cha)壓式流量計(ji)永久壓力損(sun)大(由于死區(qu)和大量渦流(liu))，量程比小，要(yao)求直管段長(zhǎng)，尤其不适合(hé)允許壓力損(sǔn)小、直管段短(duan)和大口徑管(guan)路的測量。
　　新(xin)型的A+K多函數(shu)孔圓盤式平(ping)衡流量計BFM(BalancedFlowMeter)，是(shi)美國航空航(háng)天局、馬歇爾(er)航空飛行中(zhōng)心深人研究(jiu)、大量試驗的(de)成果，巧妙地(di)将傳統整流(liú)器和節流件(jian)一體化、創新(xin)化，雖然原理(lǐ)類同标準孔(kong)闆等節流式(shì)差壓流量計(ji)，同樣遵從伯(bó)努利定律，但(dan)由于圓盤具(ju)有多個獨特(tè)的函數孔，在(zài)節流同時還(hái)對流體進行(háng)整流和平衡(héng)調整，因此在(zai)減小直管段(duan)要求(最短0.5D)，減(jiǎn)小永久壓力(li)損(是傳統的(de)1/3),提高量程比(bǐ)(>10:1)、測量精度(優(yōu)于0.5%)、穩定性(噪(zào)聲是傳統的(de)1/15)、耐污堵等方(fang)面均有極大(dà)改善。還可測(cè)雙向流、氣液(yè)兩相流、漿料(liao)甚至固體顆(kē)粒流，幾乎适(shi)用于所有流(liu)體。
　　缺點是由(you)于專有技術(shù)、前期開發等(deng)因素，目前售(shou)價比較高，相(xiang)信總趨勢将(jiāng)逐漸向标準(zhun)節流件價格(gé)靠攏;此外，雖(suī)然永久壓力(lì)損比傳統标(biao)準節流件小(xiǎo)很多，但仍比(bǐ)熱式、均速管(guǎn)等流量計壓(yā)力損大，特别(bié)是用于低壓(ya)流體時，其永(yǒng)久壓力損往(wǎng)往高于總壓(ya)力的10%以上;另(lìng)外，與标準節(jie)流件一樣，要(yào)配套取壓管(guan)路和差壓變(biàn)送器，壓力、溫(wen)度變動較大(da)時要采取自(zì)動補償;大口(kǒu)徑管路流量(liàng)測量時，無論(lùn)是性1價比還(hai)是安裝方面(mian)考慮均無優(yōu)勢。
　　多孔平衡(héng)式流量計将(jiang)逐漸取代原(yuán)來傳統的标(biāo)準差壓式節(jiē)流裝置，随着(zhe)價格的逐漸(jian)下降和節能(neng)降耗事業的(de)深入發展，其(qí)在流量測量(liàng)領域将有較(jiao)廣闊的應用(yong)前景。

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