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  • 均速管流量計(jì)優(yōu)缺點(diǎn)分析(轉(zhuǎn)載)
  • 2019-12-06
  • 均速管流量計(jì)(國(guó)外稱Annubar、Torbar、Probar、verabar、itabar……等),問(wèn)世已三十余年,名稱不同,截面各異,但都是基于皮托管測(cè)速原理,以測(cè)管道中直線上幾點(diǎn)流速來(lái)推算流量的一種插入式流量?jī)x表。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,價(jià)格低廉,裝、拆方便,壓損小等特點(diǎn)。從耗材少、運(yùn)行費(fèi)用低二方面來(lái)看都是一種節(jié)能儀表,在當(dāng)前大力倡導(dǎo)建設(shè)節(jié)約型經(jīng)濟(jì)情況下,是一種值得推薦的流量?jī)x表。

    一、均速管流量計(jì)基本原理
      流量Q是單位時(shí)間s通過(guò)管道中某一截面A的流體體積m3(或質(zhì)量kg),即Q= m3/s=m2·m/s=A·V
    因此,流量也可變換為管道截面A與流速V的乘積。但工業(yè)管道中的流速通常不是常數(shù),只有將截面劃分為許多單元面積Ai,乘以通過(guò)Ai的流速Vi,即流量Q=,但這種方法過(guò)于繁瑣。幸好無(wú)論管道中流速分布多么復(fù)雜,在較長(zhǎng)的直管段(一般應(yīng)為30倍直徑)后,在流體的粘性作用下,管內(nèi)的流速分布將呈現(xiàn)對(duì)稱于圓心的充分發(fā)展紊流。在這種情況,只需測(cè)直徑方向上幾點(diǎn)的流速,就可以準(zhǔn)確地推算流量值。
      采用皮托管測(cè)速原理,通過(guò)測(cè)流體的總靜壓,運(yùn)用柏努利方程就可測(cè)量流體的流速值。均速管沿管道直徑方向插入管道,迎流向有數(shù)對(duì)總壓孔,由于流速不等,所測(cè)總壓也不相等,在高壓腔內(nèi)平均后,通過(guò)高壓閥接入變送器高壓端;背流向一側(cè)有數(shù)對(duì)背壓孔,所測(cè)背壓(如處于位流各背壓值應(yīng)基本相等)在低壓腔平均后,通過(guò)低壓閥接至變速器低壓端,如忽略一些影響不大的因素,均速管的流量計(jì)算公式可表示為
      ……①
      式①中:Q為流量(m3/h);C為系數(shù)取決于各參數(shù)的單位;
      D為管道內(nèi)徑(m);ΔP平均后的高低壓之差(Pa);
      ζ流體密度(kg/m3)。

    二、均速管流量計(jì)主要特點(diǎn)
    1、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕巧,總共僅10多個(gè)零件。
    2、適應(yīng)范圍寬闊。可適用于多種流體(氣、液、蒸汽);口徑自25毫米至9米,壓力上限可達(dá)40mPa;溫度上限1000℃。
     3、節(jié)能顯著。不可恢復(fù)壓損僅為孔板的幾十分之一,年運(yùn)行費(fèi)用為孔板的1/40~1/50。
     4、安裝簡(jiǎn)便。僅需在管道上鉆一個(gè)約40毫米圓孔,焊上安裝座即可,不斷流型可在低壓情況下,不中斷流程進(jìn)行裝、拆。
     5、長(zhǎng)期穩(wěn)定性好。無(wú)可動(dòng)部件。準(zhǔn)確度不受粘污、腐蝕等的影響。在可保證直管段長(zhǎng)度情況下可達(dá)±1%;在直管段長(zhǎng)度達(dá)不到要求時(shí),重復(fù)性也可達(dá)到0.2%,適用于工控系統(tǒng)。
     6、準(zhǔn)確度。在直管段長(zhǎng)度無(wú)法滿足時(shí),由于具有取樣性質(zhì),準(zhǔn)確度難以高于±2%~3%,不宜作為計(jì)量?jī)x表,特別是貿(mào)易核算情況。
     7、防堵性。早期均速管,僅通過(guò)一細(xì)管取背壓,易于堵塞,要求流體潔凈度較高,新型均速管背壓采用多點(diǎn),且空腔較大,可改善易堵塞情況。

    三、目前常用的幾種均速管流量計(jì)
      均速管在上世紀(jì)60年代末期推向市場(chǎng),*早檢測(cè)桿截面為圓形,后發(fā)現(xiàn)流體在雷諾數(shù)Re<105時(shí),在圓截面上分離點(diǎn)為78°;而Re>106時(shí),分離點(diǎn)將轉(zhuǎn)為130°,當(dāng)Re處于105~106之間時(shí),分離點(diǎn)不確定,因而使流量系數(shù)有近±10%的偏差。在70年代末期,國(guó)內(nèi)外逐漸推出了分離點(diǎn)確定的菱形截面檢測(cè)桿(國(guó)外稱鉆石Diamond)以取代圓截面。目前常用的有以下幾種:
     1、菱形—Ⅰ型(圖2a),由美國(guó)DSI公司1978年推出。由于均速管一般使用在位流中,即管道橫截面上沒(méi)有橫向流動(dòng),背壓應(yīng)相等,可僅取一點(diǎn)背壓,用一根內(nèi)徑約3毫米的細(xì)管引至變送器,但現(xiàn)場(chǎng)流體大多不夠潔凈,常有堵塞故障發(fā)生。目前國(guó)內(nèi)仍有廠家生產(chǎn),國(guó)外早已棄而不用。
     2、托巴管(圖2b),由英國(guó)托巴(TFL)流量計(jì)公司1985年推出。在圓形檢測(cè)桿上銑一個(gè)六角形,迫使流體在六角處分離。它與菱形—Ⅰ型沒(méi)有本質(zhì)的區(qū)別。至于說(shuō)到其內(nèi)部有“獨(dú)特”的二次平均結(jié)構(gòu),就是菱形—Ⅰ型早期采用過(guò)的總壓引出管,實(shí)踐證明,不僅沒(méi)有什么優(yōu)異的性能,反而增大易于堵塞的弊病,這種結(jié)構(gòu)早被國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)廠商所淘汰。國(guó)內(nèi)某廠也推一種托巴管,其實(shí)就是在每個(gè)總壓檢測(cè)孔上焊一個(gè)彈頭,檢測(cè)桿仍為圓形。它既沒(méi)有彈頭型控制附面層的優(yōu)點(diǎn);又保留了圓截面分離點(diǎn)不確定的缺點(diǎn)。匠心何在?難以理解!
     3、菱型—Ⅱ型
      總壓、背壓檢測(cè)孔均采用2~4對(duì),在高、低壓腔中平均后,分別引至差壓變送器高低壓端。美國(guó)DSI公司1984年推出的Probar均速管(圖2c-1),它由三個(gè)型材(一個(gè)菱形、二個(gè)三角形)組合成檢測(cè)桿。而德國(guó)intra-automation公司于上世紀(jì)90年代推出了一體化結(jié)構(gòu)(圖2C—2),稱為Itabar均速管,檢測(cè)桿內(nèi)用隔板分為高低二個(gè)壓力腔,強(qiáng)度好且不易泄漏,如采用高強(qiáng)度耐熱鋼,耐壓可達(dá)40mPa,耐溫可達(dá)1000℃。Probar及Itabar的檢測(cè)桿都采取了復(fù)合結(jié)構(gòu),可將溫度變送器插入檢測(cè)桿組成一體化智能質(zhì)量流量計(jì)。
     4、彈頭型(圖2D)
      1992年由美國(guó)Veris公司推出,稱為Verabar(威力巴)。
      Verabar在其彈頭前端表面做了粗糙處理(x/Ks≈200),認(rèn)為這樣處理后可保證形成紊流附面層,提高測(cè)量準(zhǔn)確度。附面層由層流轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪麟m會(huì)影響準(zhǔn)確度,但這種影響相對(duì)其他因素來(lái)說(shuō)是微不足道的,而彈頭形及靜壓點(diǎn)的位置,卻使其輸出差壓相對(duì)其他類型均速管偏低不少,影響了它在低密度、低流速情況下的選用。
     5、T型(圖2E)
      2001年由美國(guó)DSI公司推出T型結(jié)構(gòu)正對(duì)流向,有二排密集的總壓檢測(cè)孔(直徑約2mm)或取壓槽,背流向一測(cè)采用了二排背壓孔。認(rèn)為這樣的設(shè)計(jì)可獲得“更多”的速度分布,有利于提高準(zhǔn)確度。其實(shí)總壓孔即或是密集到變成了槽口,也只能測(cè)管道中某一直徑方向的流速。而在直管道不夠長(zhǎng),直徑方向上的流速分布不足以反映整個(gè)截面時(shí),這種設(shè)計(jì)毫無(wú)意義。用槽口代替總壓孔,在幾十年前就出現(xiàn)過(guò),并未推行說(shuō)明沒(méi)有實(shí)用價(jià)值。其次,采用較小的總壓孔(或槽)卻易于堵塞,事實(shí)上并非如廠商所說(shuō)T形檢測(cè)桿正前方形成了高壓區(qū),粉塵不易進(jìn)入。如真是這樣,汽車擋風(fēng)玻璃板上還有必要用雨刷嗎?

    四、定位——適用于檢測(cè)、監(jiān)控系統(tǒng)
      均速管流量計(jì)優(yōu)點(diǎn)不少,如節(jié)能、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便……,但正所謂“福兮禍所伏,禍兮福所倚”,這些優(yōu)點(diǎn)也不可避免地會(huì)帶來(lái)一些不足之處,如準(zhǔn)確度不夠高,易堵塞等。如前所述,均速管是一種插入式,具有取樣性質(zhì)的儀表,在直管段不能達(dá)到要求時(shí),無(wú)論采用什么形式的檢測(cè)桿都難以達(dá)到廠商所宣傳的±1%*度,而重復(fù)性卻可優(yōu)于0.5%。
      20多年前,W·Rahmeyer等人已進(jìn)行了驗(yàn)證。他們將均速管安裝在阻力件(閥門(mén)、彎頭……)后2~12D,即在非充分發(fā)展紊流條件下進(jìn)行了系統(tǒng)的試驗(yàn)。試驗(yàn)表明,在直管段小于4~5D時(shí),流量系數(shù)的偏差可達(dá)到±8%以上,而重復(fù)性卻可優(yōu)于1%。說(shuō)明對(duì)于均速管這種取樣性質(zhì)的儀表,直管段長(zhǎng)度對(duì)其準(zhǔn)確度的影響至關(guān)重要,而對(duì)重復(fù)性的影響卻微不足道!
      在實(shí)際應(yīng)用中,由于均速管特別適用于大管道,一般情況都難以保證足夠長(zhǎng)的直管段,即無(wú)法具有較高的準(zhǔn)確度,均速管在流程工業(yè)中還有無(wú)立足之地??jī)x表一般有以下三種用途:
      ① 用于貿(mào)易、經(jīng)濟(jì)核算的計(jì)量,準(zhǔn)確度應(yīng)放在首位。
      ② 用于工控系統(tǒng)作為信號(hào)源頭的檢測(cè),重復(fù)性是主要的。
      ③ 用于監(jiān)控工藝流程是否正常工作,可靠性是優(yōu)先考慮的。
      例如:對(duì)于一個(gè)鍋爐的燃燒系統(tǒng),必需測(cè)空氣流量來(lái)調(diào)控燃料量,以保證*佳的空氣燃料比。這時(shí)如用均速管測(cè)空氣,只要它的輸出能反映空氣的變化,二者呈一一對(duì)應(yīng)的單值函數(shù)關(guān)系,不隨意變化,即重復(fù)性好就可以了。至于空氣的*量,人們無(wú)需知道。其次,均速管也適用于監(jiān)控工藝流程是否正常,如我國(guó)西氣東輸1米直徑的干線,并不涉及計(jì)量收費(fèi)問(wèn)題,所用的96支干線流量計(jì),就采用了50支均速管(占52%)。
      在大口徑的流量檢測(cè)、監(jiān)控系統(tǒng)中,均速管以其顯著的節(jié)能效果,優(yōu)異的性價(jià)比,常作為*儀表。

    五、小結(jié)——揚(yáng)長(zhǎng)避短,各取所需
      流量?jī)x表由于影響因素較多,相應(yīng)的品種也十分多,當(dāng)前還沒(méi)有一種流量?jī)x表可取代其他儀表而一統(tǒng)天下,對(duì)于每一種儀表來(lái)說(shuō)都只能揚(yáng)長(zhǎng)避短,在己之長(zhǎng)的領(lǐng)域中發(fā)揮作用。業(yè)界專家*近指出,由于準(zhǔn)確度不夠,均速管不宜作為計(jì)量、貿(mào)易結(jié)算的儀表,并建議:①將國(guó)內(nèi)外均速管檢測(cè)件選用一種作為標(biāo)準(zhǔn)形式;②建立流量系數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù);③對(duì)現(xiàn)場(chǎng)安裝條件進(jìn)行試驗(yàn)研究。這些建議看來(lái)誘人,但實(shí)施卻有難度,它由誰(shuí)組織?由誰(shuí)埋單?
      近年來(lái),有些流量?jī)x表發(fā)展很快,據(jù)“Flow·Research”報(bào)告分析,近五年超聲及哥氏流量計(jì)年銷售增長(zhǎng)率分別為10.4%及 6.9%。這二種儀表準(zhǔn)確度都可達(dá)到±0.5%以上,完全可以勝任計(jì)量、貿(mào)易結(jié)算。均速管的研究、生產(chǎn)廠商應(yīng)克服“家有弊帚,享之千金”的心態(tài),莫將這種插入式儀表一定要用于計(jì)量、貿(mào)易結(jié)算領(lǐng)域,能不斷總結(jié)應(yīng)用中的問(wèn)題,勇于創(chuàng)新,能在檢測(cè)、監(jiān)控領(lǐng)域中充分用好均速管,就是很大的貢獻(xiàn)。


產(chǎn)品包括:電磁流量計(jì),污水流量計(jì),蒸汽流量計(jì),壓縮空氣流量計(jì),甲醇流量計(jì),乙醇流量計(jì),磁翻板液位計(jì),空調(diào)水流量計(jì),氨水液位計(jì)等.
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