V锥流量计的市场应用及研究

2020-06-03 10:30:37

流量计量是科学计量的一个重要组成部分,它在贸易结算、能源计量、过程控制、环境保护等方面起到重要的作用。特别是随着资源的匮乏,社会对流量计量的要求越来越高。因此,研究和探索满足各种使用条件的流量计并提高测量准确度就成为流量计量工作者不懈的追求。因为流量计量应用在各种不同场合,不同条件。如流体介质有液、气之分,流体的粘度、密度、清洁程度、压力、温度等有较大差异。也因为流量计量的动态特性,因为流体介质的复杂性,对流量计在工艺上、结构上、电信号处理上都提出了很高的要求,给流量测量仪表留下了无数个技术难题需要不断研究、探索。

在各种流量计中,差压流量计以其结构简单、价格低廉在大、中流体流量计量中得到广泛的应用。

差压式流量计是根据安装于管道中流量检测件产生的差压,已知的流体条件和检测件与管道的几何尺寸来计算流量的仪表。

差压式流量计由一次装置(检测件)和二次装置(差压流量计无附加误差,对直管段长度要求低,特别是以计算流体力学为基础进行了深入的模拟计算,以理论指导实践;正是这些发展使差压流量计的计量准确度达到0.5%的水平,使这一古老的流量计重现活力。但是必须指出的是由于差压流量计依赖差压传感器进行测量,且流量与差压值的平方根成正比。而一般差压传感器的准确度是用引用误差来表示的,也就是说,如果所使用的差压传感器的准确度为0.05%FS,当流量计的量程比为1:3时,所使用的差压计的量程比就需要达到1:9,所以在其下限的相对误差可能达到0.45%。现在也有使用多传感器自动切换的智能型差压传感器实现差压测量的节流装置,但差压测量的量程比也只能达到1:100的水平,其流量量程比将是1:10压转换和流量显示仪表)组成。通常以检测件形式对差压式流量计分类,如孔板流量计、文丘里流量计、均速管流量计等。二次装置为各种机械、电子、机电一体式差压计,差压变送器及流量显示仪表。它已发展为三化(系列化、通用化及标准化)程度很高的、种类规格庞杂的一大类仪表,它既可测量流量参数,也可测量其它参数(如压力、物位、密度等)。

解决了传统孔板需直管段长度过长的问题。其中内锥式流量计采用了新结构,使其压力损失系数明显下降,且具有较好的自整流能力;而弯管,远远低于其它种类流量计的量程比。这正是限制差压流量计的量程比和准确度水平提高的主要原因。此外,小流量下由于系统压力波动导致压差测量相对误差增加也是限制量程比的原因。使用差压流量计时,还应特别注意温度和压力的测量。特别是在测量蒸汽等温度可能变化的介质流量时,为确定其密度需对温度、压力进行测量,应严格按计算的数学模型确定压力和温度的测量位置,为了得到正确的密度值温度的测量应与压力在同一位置。如果上游测压下游测温,可能会使测量的密度值偏大,产生测量误差。

一个V锥流量计由节流装置、信号压差管线、三阀组组件、压差变送器及流量计计算显示仪组成,其整机接线示意图,如图所示。

建立在流体连续性方程和伯努利方程基础之上的、利用流体流过节流装置产生压差来测量流量的方法已有上百年的历史,其代表性的有孔板、喷嘴和文丘里管等。经过大量的实践和总结,技术已经十分成熟,在流量测量中占用半壁江山。但是就使用最多的孔板来说,公认有以下不足:(1)易滞留污物;(2)压损大;(3)量程比不宽,在3:1左右;(4)安装要求直管段很长;(5)孔板入口锐角容易磨损,导致流出系数发生变化,测量精度下降。针对这些不足,急需采用新型内锥式节流装置,逐步代替孔板。直到上个世纪90年代由美国Micrometer公司推出的V型非标准内锥式流量计为压差式流

量计揭开了崭新的一页。内锥式节流装置是一个圆锥体置于管道中心的节流装置,它与孔板的结构不同在于,孔板是中心开孔,边沿节流,而内锥节流装置是中心节流,边沿开孔。流体流过锥体时,逐步收缩,速度加快,形成自整流,正是由于它独特的结构,使它具有良好的性能,完全克服了孔板的不足。很多资料显示他测量范围宽,典型值在1:10以上;无需很长的直线段,一般上游仅需2-3D,安装地点很好选择;压损小,仅为孔板的一半左右,长期使用节能效果好,适合低静压流体流量测量场合,如烟道气;由于具有自清洗作用,污物不易沉积在节流件上,特别适合于有悬浮颗粒粘度较高的介质,如焦炉煤气,湿气体;测量准确度高,一般都是可达0.5级;无可动部件;当流体流经具有特殊廓形的内锥体时,会在其周边形成边界层并疏导流体离开锥体尾部的边缘,从而减少它被磨损的可能性。随着对它更加深入的研究和市场化进程,将会越来越多地占有市场份额。目前,国内已有很多家内锥流量计制造厂商,由于内锥式节流装置使用时间不长,无国家标准作依托,仅依据企业的标准制造。对于描述流量计性能的重要参数——流出系数C,更是没有统一的标准。

目前C值皆是由实验方法确定的。只有孔板流出系数的里德-哈利斯/加拉赫公式,所以对V锥型流量计的流出系数拟合事在必行。


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