摘要:介紹了平衡流量計(jì)的測(cè)量原理和主要特點(diǎn),分析了平衡流量計(jì)在實(shí)際工程中的應(yīng)用。
引言
流量是過程控制五大參量(流量、壓力、溫度、物位、成分分析)中的主要參量。由于介質(zhì)和工況的復(fù)雜性,使得流量測(cè)量裝置種類繁多,主要指標(biāo)測(cè)量精度.重復(fù)性、量程比、直管段、永久壓損等各有千秋。以孔板、噴咀、文丘里為代表的傳統(tǒng)差壓節(jié)流裝置歷史悠久、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、牢固、性能穩(wěn)定可靠,并且得到了國際標(biāo)準(zhǔn)化組織的認(rèn)可,是全世界通用的。然而,由于設(shè)計(jì)的歷史局限性,以孔板為代表的傳統(tǒng)節(jié)流裝置,明顯存在量程比小、精度低、永久壓損大、直管段要求高、需要進(jìn)行磨損更換等缺點(diǎn)。本文介紹的平衡流量計(jì)對(duì)傳統(tǒng)節(jié)流裝置進(jìn)行了極大的改進(jìn),將節(jié)流原理由邊緣節(jié)流改為平衡節(jié)流,是一種革命性的差壓式流量儀表,因其卓越的性能,在實(shí)際工程中有廣泛的應(yīng)用前景。
1測(cè)量原理
平衡流量計(jì)(BFM)的工作原理與其他差壓式流量計(jì)-樣,都是基于伯努利能量守恒定律。節(jié)流裝置是一個(gè)多孔的圓盤節(jié)流整流器,安裝在管道的截面上,每個(gè)孔的尺寸和分布基于獨(dú)特的公式和測(cè)試數(shù)據(jù)定制,稱為函數(shù)孔。當(dāng)流體穿過圓盤的函數(shù)孔時(shí)，流體將被平衡調(diào)整,渦流被最小化,形成近似理想流體,通過常規(guī)取壓裝置,可獲得穩(wěn)定的差壓信號(hào),根據(jù)伯努利方程計(jì)算出體積流量、質(zhì)量流量。計(jì)算體積流量的公式如下
式中qv為體積流量,m3/s;C為流出系數(shù);ε為氣體可膨脹系數(shù);△P為差壓值,Pa;d為BFM節(jié)流孔直徑,m;ρ為介質(zhì)密度,kg/m3;β為等效徑比，節(jié)流孔直徑與管道內(nèi)徑之比。
2主要特點(diǎn)
2.1測(cè)量精度高
由于平衡流量傳感器具有多孔結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),能對(duì)流場(chǎng)進(jìn)行平衡，降低渦流、振動(dòng)和信號(hào)噪聲,流場(chǎng)穩(wěn)定性大大的提高,表體采用特制的精密管道和專用取壓裝置,使精度比傳統(tǒng)節(jié)流裝置提升了5~10倍。
2.2直管段要求低
平衡流量傳感器能將流場(chǎng)平衡調(diào)整穩(wěn)定,且壓力恢復(fù)比傳統(tǒng)節(jié)流裝置快兩倍,大大所短了對(duì)直管段的要求。大多數(shù)情況下,其前后直管段為前2D后1D,最小0.5D.
2.3永久壓力損失低
平衡流量計(jì)多孔對(duì)稱的平衡設(shè)計(jì),減少了渦流的形成和紊流摩擦,降低了動(dòng)能損失,在同樣的測(cè)量工況下,與傳統(tǒng)節(jié)流裝置相比減少了2.5倍的永久壓力損失,接近文丘里管,從而節(jié)省了相當(dāng)大的運(yùn)行能量成本。
2.4量程比寬
與傳統(tǒng)節(jié)流裝置相比,平衡流量計(jì)極大提高了測(cè)量量程比。研究結(jié)果顯示:雷諾數(shù)大于50000時(shí),選擇合適的孔徑參數(shù),平衡流量傳感器量程比不受限制。根據(jù)工業(yè)測(cè)量實(shí)際應(yīng)用需要，常規(guī)測(cè)量量程比為10:1,10:1以上可以用多個(gè)變送器分段測(cè)量,可使量程比達(dá)到30:1,50:1或更高。
除了上面介紹的一些特點(diǎn)外,平衡流量計(jì)還具有重復(fù)性和長期穩(wěn)定性好、耐臟污.不易堵、測(cè)量范圍寬、適用范圍廣等特點(diǎn)。
3平衡流量計(jì)的應(yīng)用
由于平衡流量計(jì)繼承了傳統(tǒng)節(jié)流裝置的全部優(yōu)點(diǎn),回避了大部分缺點(diǎn),又在測(cè)量性能上有質(zhì)的飛躍。平衡流量計(jì)可以產(chǎn)生與孔板接近的較大差壓，便于信號(hào)測(cè)量;同時(shí)又可以使壓損降至最小，節(jié)能降耗,可以覆蓋90%的流量測(cè)量點(diǎn)。其典型應(yīng)用安裝圖如圖3所示。
3.1大量程比流量測(cè)量
在一些工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)合,常需要大量程比的流量測(cè)量。如蒸汽管網(wǎng)的貿(mào)易結(jié)算計(jì)量,化工行業(yè)工藝寬量程比的流量測(cè)量,一些流體的流量變化變化范圍很大,常常大于3:1,一些應(yīng)用可達(dá)6:1及以上,天然氣貿(mào)易結(jié)算時(shí)的只程比可達(dá)10:1或更高。常規(guī)的流量儀如孔板的量程比只有3:1,無法實(shí)現(xiàn)大最程比測(cè)量的要求。而平衡流量計(jì)由于寬雷諾數(shù)范圍和寬量程比,可以實(shí)現(xiàn)大量程比的正確測(cè)量。
3.2雙向流量測(cè)量
平衡流量計(jì)節(jié)流裝置的上下游完全對(duì)稱,沒有標(biāo)準(zhǔn)孔板的下游斜角,因此可作為雙向流體測(cè)量,完全解決了特殊工況時(shí)雙向流介質(zhì)的測(cè)量難題。其測(cè)量原理及連接示意圖如圖4所示。
采用2臺(tái)差壓變送器進(jìn)行差壓的測(cè)量時(shí),差壓變送器的正負(fù)壓側(cè)與流量計(jì)的引壓口連接,一組為正向,一組為反向;流向的判斷由變送器的輸出值得出,測(cè)得介質(zhì)流向正向流那臺(tái)變送器輸出電流大于4mA,另一臺(tái)輸出電流等于4mA�？刂葡到y(tǒng)通過對(duì)流向的判斷,分別對(duì)兩個(gè)方向的流量進(jìn)行累計(jì)。
3.3短直管段流量測(cè)量
在工程應(yīng)用中,由于受工藝流程、場(chǎng)所等因素的限制,工藝管道上流量計(jì)的直管段往往很短;對(duì)于價(jià)格昂貴的工藝管道,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量縮短工藝管道。標(biāo)準(zhǔn)孔板等節(jié)流件的安裝一般要求前10D后5D,若工藝直管段不能滿足要求則測(cè)量精度會(huì)受到影響。如果采用平衡流量計(jì),不僅可在前2D后2D的情況下保證精度,還可大大節(jié)約貴金屬管道材料。
3.4大口徑流量測(cè)量
在鋼鐵.焦化行業(yè)中的高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣的流量計(jì)量中,這類介質(zhì)的工藝管道口徑一般在DN1000左右。其他常用的大口徑流量測(cè)量裝置如插人式文丘里管、威力巴等都普遍存在一些不足之處,如直管道要求長:前30D后15D甚至更長;精度低:在直管段達(dá)不到要求時(shí),難以優(yōu)于士5%;輸出差壓小:約100Pa等。在平衡流量計(jì)上,通過增加開孔數(shù)量,即使在直管短、壓力低的工況下,也能保證測(cè)量精度,同時(shí)降低壓力損失。通過采用多對(duì)取壓孔的取壓形式,.實(shí)現(xiàn)冗余取壓，能夠有效防止取壓孔的堵塞,是大口徑流量測(cè)量的理想選擇。
3.5高爐煤氣的流量測(cè)量
平衡流量的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)非常適合測(cè)量高爐煤氣。平衡流量計(jì)從設(shè)計(jì)上減少了紊流剪切力和渦流的形成,從而大大降低了滯留死區(qū)的形成;節(jié)流件開孔不易堵塞,保證臟氣體可以順利通過多個(gè)孔,多個(gè)小孔流速很高,有抽氣沖刷效果,減少了流通孔被堵塞的機(jī)會(huì)。
此外,在高溫高壓流量測(cè)量、低溫氣體流量測(cè)量等流量檢測(cè)中,平衡流量計(jì)也有著廣泛的應(yīng)用。
4結(jié)束語
平衡流量計(jì)的計(jì)量原理和其獨(dú)特的性能,使之提高了測(cè)量精度,有利于物料的計(jì)量和成品率的提高;直管段要求低,節(jié)省了一次投資;永久壓力損失低,降低了運(yùn)行能耗,寬的量程比和長期的穩(wěn)定性是現(xiàn)場(chǎng)正確測(cè)量的保證。通過在鋼鐵、石化等企業(yè)的成功應(yīng)用,平衡流量計(jì)將會(huì)成為一個(gè)非常合適的具有實(shí)用價(jià)值的流量檢測(cè)儀表。
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