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在蒸汽测量中孔板与涡街流量计的比较


文章日期:2017-06-17|阅读数:


蒸汽流量测量中孔板和涡街流量计是比较常见的两种测量元件,在实际应用中根据实际应用场所环境等不同,孔板和涡街流量计各有优缺点。

1 .孔板式流量计

孔板流量计是差压式流量计的一种。简单的说。流体流经一个收缩截面,测量通过此截面的差压。

 

1.1 孔板流量计的测量原理充满管道的流体,当它们流经管道内的节流装置时,流

 孔板流量计选购资料

束将在节流装置的节流件处形成局部收缩,从而使流速增加,静压力低,于是在节流件前后便产生了压力降,即压差,介质流动的流量越大,在节流件前后产生的压差就越大,所以孔板流量计可以通过测量压差来衡量流体流量的大小。这种测量方法是以能量守衡定律和流动连续性定律为基准的。

 

1.2 孔板流量计的安装条件(1)标准孔板的中心线应当与管道中心线同轴。(2)孔板流量计安装时应配有一段测量管,至少保持前 10D、后 5D 的等径直管段,以提高测量精度。(3)引压管路的内径与管路长度和介质脏污程度有关,通常在 45 米以内用内径为 8-12mm 的管子。(4)引压管路应有牢固的支架托承,两根取压管路应尽可能互相靠近并远离热源或震动源,测量水蒸汽流量时,应用保温材料一同包扎,必须时(如气温 0℃以下)加伴热管防止结冰。在测量脏污流量时,应附设隔离器或沉降器。(5)引压管路内必须始终保持单相流体状态。被测流体是液体时,引压管路内全部是液相,不能有气泡。为此应在引压管路的较低点装排水阀或在***高点装排气阀,在新装或检修差压变送器时应特别注意。

 

1.3 孔板流量计的优缺点孔板流量计的优点:

 

(1)应用***多的孔板式流量计结构牢固,性能稳定可靠,使用寿命长;(2)检测件与变送器、显示仪表分别由不同厂家生产,便于规模经济生产。

 

孔板流量计的缺点:(1)测量精度偏低;(2)量程比小,一般仅为 1:4~1:5;(3)现场安装要求高;(4)压损大。(5)冬季需保温处理,易冻。

2 涡街流量计

 

涡街流量计利用一个非线性的发生体放置在管道内,流体流经钝体时会在其尾部产生有规则的旋涡。这些旋涡可以检测、计算和显示。在一定流量范围内,涡街产生的数量与流体的体积流量成比例,这样就可以测得流体的速度。

 

2.1 涡街流量计工作原理在流体中设置旋涡发生体,则从旋涡两侧交替产生有规

 

则的旋涡,这种旋涡称为卡门旋涡,旋涡列在旋涡发生体下游非对称地排列。旋涡流量计是根据卡门涡街原理测量气体、蒸汽或液体的体积流量、标况的体积流量或质量流量的体积流量计,并可作为流量变送器应用于自动化控制系统中。

 

2.2 涡街流量计的安装要求(1) 避免安装在有机械振动的管道上。当振动不可避

 

免时,应考虑在距传感器前后约 2D 处的直管段上加固定支撑架;(2)流量计上下游必须有足够的直管段,一般为前 10D 后 5D;(3)安装点上下游的配管应与传感器同心,同轴偏差应不小于 0.5D;(4)根据测量的需要,需在传感器附近测量压力和温度时,测压点应在传感器下游的 3-5D 处,测温点应在传感器下游的 6-8D 处。

 

2.3 涡街流量计的优缺点涡街流量计的优点:(1)量程比大,可达到 1:20;(2)无运动部件;(3)低阻流。

 

涡街流量计的缺点:(1)振动容易引起误差;(2)直管段距离要求严格。

3 实际应用中孔板与涡街流量计测量误差比较

 

3.1 孔板流量计计量误差分析差压式流量计是利用流体的动静压能转换原理进行流

量测量的,这一差压与流体流量存在如下关系:

 

qm  = 0.003997aed

     

rDp

(1)

       

qv  = 0.003997aed 2

Dp

(2)

 

r

 

式中:qm 为质量流量,kg / h ;qv 为工况条件下的体积流量,m3 / h ;a 为流量系数;e 为流束膨胀系数;Dp 为差压,Pa ;r 为工况条件下被测流体的密度,kg / m3 ;d 为工

况条件下的节流开孔直径,mm。由(1)式和(2)式可以看出,被测流体的流量是流体的密度和孔板前后差压的函数。

 

3.2 涡街流量计计量误差分析涡街流量计是利用振动原理进行测量的,在流体中,在

 

流动的垂直方向插入发生体,流体流经时在其下游两侧交替产生两列卡门涡街,卡门涡街的发生频率存在一定的雷诺数范围与流体的流速有关,并呈正线性关系。其关系式如下:

 

f  = St  vd (3)

式中:f 为涡街频率,Hz ;St 为斯特罗哈尔常数(无量纲);v 为流体经过发生体时的平均流速,m / s ;d 为

发生体的特征宽度,m 。

 

在实际测量中,一台制造完成的涡街流量计其发生体的特征宽度是一定固定不变的。由此看见,卡门涡街的频率在一定的雷诺数范围内只与流体的平均流速有关,与流体的密度、粘度等物理参数基本无关。只要测得了涡街f 和发生体处的流通面积即可测得流过发生体两侧流体的体积流量,其体积流量关系式为:

 

qv    =

pD 2

   
 

mdf(4)

   

4St

   

式中:q

为体积流量,m 3  / h ;S

t

为斯特罗哈尔常数;

v

     

m 为涡街发生体两侧弓形面积与管道横截面面积之比;d为涡街发生体迎面宽度,m ;D 为表体通径,m ;f 为涡街频率,Hz 。由上式可以看出,在式中没有涉及流体的任何物理参数。所以在常规使用中,一台涡街流量计无论用于何种流体测量,只要雷诺数2 ′ 104 ~ 7 ′ 106 范围内,就能得到稳定的流量系数。只要测得准确的涡街频率,便可准确测得工况下流体的体积流量。

4 结语

 

通过实际应用过程中问题可发现,在蒸汽测量中,涡街安装方便而孔板流量计需要配套差压变送器、引压管、三组阀等附件使用,且因为冷凝水测量,在冬季使用引压管易冻结,造成测量误差。在运行方面,涡街后期基本不需要维护,而孔板由于成锐角边缘易磨损,需定期维护,分体式结构还需定期对引压管排污,综上所述,工业企业中除非特殊恶劣环境下,蒸汽测量一般选用涡街流量计作为计量仪表。

 

 



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