威孔流量計在冶金行業(yè)煤氣管道中的應(yīng)用

0 引言

孔板流量計發(fā)展較早，技術(shù)成熟，價格低廉，有國際標(biāo)準(zhǔn)，理論精度高，應(yīng)用非常廣泛。但它存在許多不足之處，如應(yīng)用中許多因素（設(shè)計參數(shù)與工況參數(shù)不符導(dǎo)致孔板加工制作有誤，上游直管段不足，孔板和管道不同心，長期使用導(dǎo)致孔板A面受污，銳角磨損等）對其測量精度有非常大的影響，使其測量誤差增大；安裝較為麻煩，若安裝不正確，容易發(fā)生介質(zhì)泄漏，維護(hù)及拆洗的工作量較大；量程比較小，局限性大；壓力損失較大，運行費用高。

冶金行業(yè)中，輸送各類煤氣的管徑較大，對于直管段要求嚴(yán)格的流量計，現(xiàn)場不易找到合適的安裝位置，使測量精度難以保證。威力巴、阿牛巴、熱式氣體質(zhì)量流量計雖然解決了壓損問題，但如所測介質(zhì)雜質(zhì)較多，取壓孔很容易堵塞，精度難以保證。

1 煤氣流量裝置的選型原則

要正確和有效地選擇煤氣流量測量方法和儀表，必須熟悉儀表和所使用煤氣特性。同時，還要考慮經(jīng)濟因素。歸納起來有5個方面因素，即性能要求、煤氣特性、安裝要求、環(huán)境要求和安裝運行費用。

其次，要充分考慮精確度、重復(fù)性、線性度、流量范圍和范圍度、壓力損失、輸出信號特性和響應(yīng)時間，安裝條件、方式等。按測量對象各自的測量目的，儀表性能方面有著不同的側(cè)重點。例如：商貿(mào)核算和倉儲交接對精確度要求較高；過程控制連續(xù)測量通常只要求良好的可靠性和重復(fù)性，而對測量精確度放在次要地位；批量配比生產(chǎn)除了要良好的可靠性和重復(fù)性外，還希望有好的測量精確度。

2 威孔流量計的結(jié)構(gòu)、原理及性能特點

2.1 威孔流量計的結(jié)構(gòu)

威孔流量計結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 2 測量原理

威孔流量計是一種新型的高精度差壓式流量計，它與孔板相反，通過在密封管道中心線懸掛一個特制的流線形錐體來進(jìn)行中央節(jié)流，用上游管壁和錐體尾部測量的差壓計算流量，俗稱錐型流量計、V錐流量計。圖2為測量原理圖，其理論基于封閉管道中能量相互轉(zhuǎn)化的伯努利定理。

在穩(wěn)定流量的情況下，管道中的流速與差壓的開方成正比。即：

式中：β為直徑比；D為管道內(nèi)徑，mm；d為錐體外徑，mm；Q為流量，m3/h；k為流出系數(shù)，無量綱，因不同流量而異；E為氣體膨脹系數(shù)，無量綱，在非壓縮應(yīng)用時等于1；Δp為差壓，Pa；ρ為流體密度，kg/m3。

2.3 性能及特點

2.3.1 產(chǎn)生更穩(wěn)定的差壓信號，小流量的測量更準(zhǔn)確

孔板的差壓是通過中間開孔的節(jié)流件，讓流體突然收縮流動發(fā)生改變，從而產(chǎn)生差壓；威孔流量計是通過懸掛軸心的錐形體，讓流體逐漸收縮，流動平緩地發(fā)生改變，這樣減弱了流場中壓力波動的幅值，產(chǎn)生的差壓信號更加穩(wěn)定，能分辨的差壓信號更小，有利于小流量的測量。

2.3.2 更寬流量測量范圍

威孔流量計獨特的結(jié)構(gòu)，使得在低流速時，依然能產(chǎn)生足夠分辨的差壓，使得差壓的量程下限比傳統(tǒng)差壓儀表低，量程得以向下限擴展，可達(dá)到15∶1。

2.3.3 很高的重復(fù)性、測量精度

重復(fù)性優(yōu)于±0.1%；測量精度優(yōu)于±0.5%。

3 威孔流量計對直管段要求不嚴(yán)格

雖然所有的差壓式流量儀表都是依據(jù)伯努利定理測量，但伯努利定理有一個基本要求，即被測量的流體必須為理想流體，許多傳統(tǒng)差壓式流量計（如孔板、文丘里、噴嘴等）的節(jié)流方式無法直接形成理想流體。為了盡量滿足伯努利定理要求，不得不安裝很長的前、后直管段（15D～30D），將不規(guī)則的流體場變成近似理想流體。

威孔流量計可以測量液體、氣體、蒸汽及氣、液兩相介質(zhì)。流體的條件可以從深低溫到超臨界狀態(tài)，工作溫度最高達(dá)700℃，最大壓力可達(dá)到40MPa，最高雷諾數(shù)最高為5×106，雷諾數(shù)最低為8×103甚至更低。其所產(chǎn)生的滿刻度差壓信號，從最低小于0.1kPa到幾十kPa。威孔流量計的精度高、重復(fù)性好、量程比寬、對直管段要求低、長期穩(wěn)定性好、信號穩(wěn)定；而且壓力損失小，其中節(jié)流元件為一個懸掛在管道中央的錐形體，具有獨特的“整流”功能和無銳利緣口的物理特性，能重塑曲線，在緊靠錐形體上游和下游較窄的區(qū)域內(nèi)（前0～3D、后0～D），將流速不規(guī)則的流體直接整流成理想流體，可充分滿足伯努利定理的要求；這決定了它比傳統(tǒng)節(jié)流裝置更具有優(yōu)越的性能。即使在極惡劣的使用條件下，如上游有兩個很靠近錐體的不在同一平面上的彎頭時，也能使流體場分布變得平坦和對稱，從而確保測量精度；非常獨特的錐形元件，能阻止污染物的形成與沉積。所以特別適用于高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣、混合煤氣的測量，而且價格與孔板流量計相差不多，是一種值得推廣應(yīng)用的新型流量計。

4 結(jié)束語

威孔流量計，結(jié)合智能型二次儀表或PLC，完全可以作為計量考核儀表使用；并且重現(xiàn)精度高，這個特點特別適用于過程流量和控制流量的測量；焊接式安裝方式，保證威孔傳感器長時間、無泄漏安全運行；對直管段要求低，可方便地在狹小的地方或裝置內(nèi)使用，適應(yīng)性強；配合不同的彎管材質(zhì)和合適的幾何尺寸，威孔流量計可以適應(yīng)絕大多數(shù)工藝介質(zhì)和工藝條件的流量測量，威孔流量計的適用范圍十分廣闊。

參考文獻(xiàn)：

[1]蔡武昌，孫淮清，紀(jì)綱。流量測量方法和儀表的選用。北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001。

[2]何岳，張志鋒，李志。彎管流量計在蒸汽計量中的應(yīng)用。工業(yè)計量，2001（2）：36-38。