多孔平衡节流装置设计|节流装置厂家|节流装置选
摘要:多孔平衡节流装置设计|节流装置厂家|节流装置选型置是一种多孔圆盘平衡节流的新一代节流装置。 同其他(传统)节流装置特别是孔板相比, 具有、节能等各种优越性, 同时由于需要的直管段短, 对于大口径工艺管道安装有利, 测量范围和适用场所大大拓展, 因此从航天业迅速被推广到石化、化工、冶金、电力、医药、造纸和各种工业应用中。
1、测量原理：
多孔平衡节流装置是一个多孔的圆盘节流整流器 ,安装在管道的截面上 ,每个孔的尺寸和分布基于独特的公式和测试数据定制, 称为函数孔。当流体穿过圆盘上的函数孔时, 流体将被平衡整流 ,涡流被***小化, 形成近似理想流体, 通过常规的取压装置,可获得稳定的差压信号, 根据伯努利方程计算出体积流量、质量流量。多孔平衡节流装置巧妙之处在于将多孔整流器和测量孔板合二为一,能***大限度地将流场平衡调整成理想状态 ,从而将差压式流量计的优势发挥到, 其结构原理如图 1所示。
图 1 平衡节流装置结构原理
在美国,多孔平衡节流装置已经广泛应用到天然气、炼油、化工、钢铁、发电和制药等行业 , 2006 年底 ,上海科洋科技公司将平衡节流装置 A +FLOWT EK 产品引进中国 。
2、平衡节流装置的特点：
2 .1、流量测量精度和范围：
在测量和控制各种物料进出装置的配比时, 高精度测量设备将会显著提高物料平衡比率 ,提高成品率, 降低浪费和污染排放, 能耗也自然降低。流量计在工业生产中扮演极其重要的计量角色 , 例如:某石化企业工业用水测量误差为 1 .5%,1 年计量误差带来的损耗:1 .5 %×24 h ×365 d ×2 000 t/h ×2 元/t =525 600 元(约 53 万人民币)。
1 .5%误差不是很高 ,但长期的累积却不是小数目 。若流量计普遍出现误差 , 则成品率会大大降低 , 带来巨大浪费。
1 .5%误差不是很高 ,但长期的累积却不是小数目 。若流量计普遍出现误差 , 则成品率会大大降低 , 带来巨大浪费。
对于差压流量计,当选用精度 0 .2%的差压变送器 ,精度 0 .2%的流量演算器, 可以得到 ±2 .5%的系统精度。在使用 1 .5%精度的差压流量计的发展阶段 ,一般公认其量程比只能达到 3 ∶1 , 但有不少研究者认为可以做到 10 ∶1 。
多孔平衡节流装置经过实流标定使传感器精度达 ±0 .30 %, ±0 .50 %。同时其常规测量量程比为 10 ∶1 。
2 .2、解决气体积液问题：
用来测量压缩空气等气体流量的较大口径孔板流量计, 孔板前常有积水, 影响测量准确度。解决节流件前积水的常用方法是将节流装置安装在垂直工艺管上, 或改用圈缺孔板或偏心孔板。而多孔平衡节流装置因其本身多孔的结构特点可以根本解决节流件前积水的问题, 而又因为这是其固有的特点而无需特制或特别处理 ,所以不会对测量造成任何不确定性。
2 .3、解决液体含杂质问题：
当流体中杂质含量较高, 标准节流装置易因固形物沉积和对锐缘的磨损而失准, 因而常采用契型节流件。而多孔平衡节流装置因其多孔的特点可以消除固形物的沉积 ;因其平衡(无锐缘)的特点可以解决锐缘磨损现象。较好地解决了液体含杂质的问题。
2 .4、减少压力损失及液态气体测量应用：
流量计的运行成本包括测量精度成本和介质输送成本 ,测量精度成本是因计量不准确造成的贸易结算损失,对于贵重介质而言, 精度成本十分重要;介质的输送成本是介质输送过程消耗的能量 ,主要由测量元件造成的压力损失为标志,就液体、气体和蒸汽等介质而言, 运行成本是一笔很大的开支(泵和压缩机所消耗的电能), 它容易被忽略, 因为它不在一次投资里体现 ,但在动态投资里远远超过仪表的一次投资。例如 :1 台 DN200 的孔板测蒸汽 , 若差压值为 50 kPa , 压损为 30 kPa ,单表运行能耗约为 2 万元/年;平衡节流装置压力损失约为 10 kPa , 运行能耗约为7 000 元/年, 相对节能 60 %～ 70 %。
多孔平衡节流装置的突出优点:在保存测量差压的情况下能大大降低压损,在确保稳定测量的前提下降低能耗。
而在液氨流量测量时应尽量避免出现两相流 , 接近气液平衡状态的液氨 ,在流过流量计时, 如果压损过大, 很容易引起部分气化, 影响测量精度。为了避免液氨流量测量时出现气化现象,选用压力损失较小的仪表将非常关键。
多孔平衡节流装置的设计原型,就是缘于美国航空航天局下属马歇尔航空飞行中心针对航天飞机的主发动机液氧测量而设计发明的流量计 , 在液氨、液氧等对压损敏感的液态气体测量领域应用越来越广泛 ,在该领域的应用本来就是其强项。表 1 是一张平衡节流装置和其他差压式流量计性能的比较。
表 1 平衡节流装置与其他差压式流量计性能对比表
| 项 | 目 | 平衡节流件 | 孔 | 板 | 喷 | 嘴 | 文 丘 里 |
| 节流原理 | 平衡节流 | 边缘节流 | 边缘节流 | 缩管节流 | |||
| 测量介质 | 气体、液体、蒸汽 | 气体、液体、蒸汽 | 气体、液体、蒸汽 | 气体、液体、蒸汽 | |||
| 管径范围/ mm | 15～ 3 000 | 50 ～ 1 000 | 50～ 500 | 50～ 1 200 | |||
| 直管段要求 | 前 0.5D , 后 0.5D | 前 20D , 后 5D | 前 10D , 后 5D | 前 10D , 后 5D | |||
| 精度等级 | 0 .3%～ 0.5% | 1%～ 2 % | 1%～ 2 % | 1 %～ 2% | |||
| 长期稳定性 | 优 | 差 | 中 | 好 | |||
| 量程 比 | >10 ∶1 | 10∶1 | 10 ∶1 | 10∶1 | |||
| 压力损失 | 10 %～ 30 %差压 | 50%～ 70%差压 | 50%～ 70%差压 | 10 %～ 30 %差压 | |||
| 耐脏防堵性能 | 好 | 差 | 差 | 好 | |||
| 双向测量 | 能 | 有可能 | 不能 | 不能 | |||
| 雷诺数范围 | 200 ～ 10 000 000 | >8 000 | >20 000 | >80 000 | |||
| 并联冗余取压 | 可以, 很好 | 可以, 很好 | 可以, | 很好 | 可以, 很好 | ||
| 高流速测量 | 好 | 差 | 好 | 好 | |||
| 低流速测量 | 好 | 差 | 差 | 差 | |||
| 体 | 积 | 中 | 小 | 中 | 很大 | ||
| 价 | 格 | 中 | 很低 | 中 | 高 | ||
| 使用寿命 | 很长 | 短 | 中 | 长 | |||
3、测量极低温度流体的流量计选用：
目前极低温流体流量测量的仪器主要有孔板、涡街流量计、涡轮流量计三种。极低温流体以液体和气体两种状态存在 ,但几乎所有的问题都发生在流体在经过节流件后会产生气化现象。
实际上,在低温介质测量领域中, 孔板应用得***多 ,因为其性能非常可靠 ,在孔板的加工及应用中多用材质 316L 进行加工 , 孔板由于用法兰连接,容易在极低温度状态下产生漏蚀现象 , 在工业生产中增加了隐患的存在。尤其对于不能够停车检修的场合,更加不利于生产的安全稳定。
低温涡街流量计为了减少热收缩等原因产生漏液的可能性, 主体一般装有法兰盘, 法兰盘需使用低温材料 SUS316 。当配管直径很大或使用量增加之后 ,会出现测量精度变差甚至不能测量的情况,***小流量时雷诺数大约为 2 000 ;***大流量换算为流速约为 6 m/s , 这是涡街流量测量的极限值 , 取该值的原因是流量计检测部分压力损失增加,流体在该处急剧蒸发。
用涡轮流量计测量极低温流体时, ***容易发生的故障是因仪表的压力损失而引起的急剧蒸发。仪表中形成急剧蒸发后, 转子将以比通常转速快数十倍的速度旋转。在这种情况下涡轮流量计的转动轴承部分难以承受如此高的流速。在间断使用时,如将被测***大流量控制在仪表量程的 70 %以下,基本上不会产生因仪表本身的压力损失而出现的故障。连续使用时 ,要将常用流量限制在仪表量程的 50 %以下。当流体雷诺数小到一定数值, 转速就会受到影响。因此 ,在小流量时 ,可测量的流体的密度和流量之间存在一定的极限。
综上所述三种常规测量低温气体的仪表都存在一些测量或性能的缺陷 ,而平衡流量计能解决工业上对于低温气体测量上的一些难题并弥补了一些缺陷。
a)它使用低温铝材或者耐低温的 316L 不锈钢加工,采用一体化加工的焊接式结构解决了低温漏蚀现象的发生。
b)由于采用多孔结构 , 具有整流的作用 。介质的通过性较好, 且不会产生涡流 ,信号的稳定性和测量的准确性有很大的提高。
c)有些工况 ,介质在临界状态附近。温度和压力的变化很容易引起液体气化。 当介质流过节流件时 ,流速增加 , 静压力降低。如果压力低于蒸发压力 , 会产生气化现象。有些条件下 , 液态氧气流经孔板时 , 气化严重 , 根本无法测量。当液态气体流过平衡流量计时 ,由于它的独特结构设计 , 性能比孔板优化很多 , 气化问题得到较好的解决。
例如 :测量液氧的工况———温度 :-179 ℃,压力 :0 .204 M Pa(绝压), 蒸发压力 :0 .148 M Pa(绝压);用 DN65 的管道测量。 当温度高于 -175 ℃,或者压力低于 0 .148 MPa(绝压)都会发生气化现象。在此条件下 ,介质流过孔板时, 气化现象严重 ,以至于无法正常测量。而平衡流量计由于压损小 ,使稳定性和测量精度得以保证。
4、供货商必须负责核对用户要求的管道内外径和管道材质：
平衡流量计可与直管段一起供货但尺寸仍较小,由于平衡流量计计算严格,保证一定精度。在平衡流量计样本中, 供货商给出的管道壁厚为英制 SCH 标准,在实际工程设计中有管道不符合该标准(如常用的钢管 57 mm ×3 .5mm)。而不同公称直径和材质所选用的 SCH 又不同。故在工程中可能会出现供货商与用户的管道内外径出现偏差,影响精度。所以供货商必须负责核对用户要求的管道内外径和管道材质并将外形尺寸返回给用户。
c)有些工况 ,介质在临界状态附近。温度和压力的变化很容易引起液体气化。 当介质流过节流件时 ,流速增加 , 静压力降低。如果压力低于蒸发压力 , 会产生气化现象。有些条件下 , 液态氧气流经孔板时 , 气化严重 , 根本无法测量。当液态气体流过平衡流量计时 ,由于它的独特结构设计 , 性能比孔板优化很多 , 气化问题得到较好的解决。
例如 :测量液氧的工况———温度 :-179 ℃,压力 :0 .204 M Pa(绝压), 蒸发压力 :0 .148 M Pa(绝压);用 DN65 的管道测量。 当温度高于 -175 ℃,或者压力低于 0 .148 MPa(绝压)都会发生气化现象。在此条件下 ,介质流过孔板时, 气化现象严重 ,以至于无法正常测量。而平衡流量计由于压损小 ,使稳定性和测量精度得以保证。
4、供货商必须负责核对用户要求的管道内外径和管道材质：
平衡流量计可与直管段一起供货但尺寸仍较小,由于平衡流量计计算严格,保证一定精度。在平衡流量计样本中, 供货商给出的管道壁厚为英制 SCH 标准,在实际工程设计中有管道不符合该标准(如常用的钢管 57 mm ×3 .5mm)。而不同公称直径和材质所选用的 SCH 又不同。故在工程中可能会出现供货商与用户的管道内外径出现偏差,影响精度。所以供货商必须负责核对用户要求的管道内外径和管道材质并将外形尺寸返回给用户。
| 平衡流量计（又称多孔孔板）也是一种差压式流量仪表，其工作原理与其他差压式流量计一样，都是基于密封管道中的能量转换原理：在理想流体的情况下管道中的 流量与差压的平方根成正比；用测出差压值根据伯努利方程即可计算出管道中的流量。多孔孔板流量传感器是一个多孔的圆盘节流整流器，安装在管道的截面上，当 流体穿过圆盘的整流孔时，流体将被平衡整流，涡流被***小化，形成近似理想流体，通过取压装置，可获得稳定的差压信号，根据伯努利方程计算出体积流量、质量 流量。 | |
| 如今大量使用的标准节流装置，由于只有一个流通孔，孔两边的死区产生大量的涡流消耗流体的动能，会导致很大的压力损失；随机和杂乱涡流所形成的噪声引起取压点信号波动，使测量线性和重复性降低；一个孔的结构，需要很长的直管段来整理流场和恢复压力。 | |
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| 平衡流量计传感器通过多孔贺盘节流整流器，能巧妙实现流体平衡测量，明显减少涡流的形成，降低死区效应，减少流体动能的损失，降低涡流带来的取压点信号波动。 | |
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| 流量方程式——————————————————————————————————————- | |
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式中： qm–质量流量，kg/s qv–体积流量，m3/s C–流出系数 ε–可膨胀性系数 β–直径比，β=d/D d–工作条件下节流件的孔径，m △P–差压，Pa ρ1–上游流体密度，kg/m3 |
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| ◆ 流量计的自清洁功能，可测脏污和易结垢流体 | |
| ◆ 对流体有整流功能，因此无苛刻的直管段要求（前1~3D后0~1D） | |
| ◆ 耐磨损，因此能保持长期稳定的工作 | |
| ◆ 相对压损小，能耗低，符合当前的节能减排政策 | |
| ◆ 纯机械体（不含任何电子部件），因此耐高温，高压，耐腐蚀，不怕振动 | |
| ◆ 精度高，重复性好 | |
| ◆ 适合湿气的测量 | |
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| ◆ 气体：高炉煤气，焦炉煤气，发生炉煤气，转炉煤气，城市煤气；天然气，油井伴生天然气；空气，氮气，氧气，氢气，氩气等各类气体，含湿5%的湿气体，脏污气体，烟道气 | |
| ◆ 蒸汽：过热蒸汽，饱和蒸汽 | |
| ◆ 液体：水，污水，脱盐水，各种水溶液，油类，其它化工液体 | |
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| 1、FLPH-HJ系列直接焊接式平衡流量计（钻孔取压） | |
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连接：直接焊接到管道介质：输油管，输气管、热力管网、高压等场合 取压：螺纹（1/2NPT）焊接 准确度：±0.5%、±1.0% 管道：DN40~1500mm 重复性：±0.1% 压力：0-42MPa 量程比：10：1 温度：-80~800度 雷诺数：500~10000000 材质：各种材质 前后直管段：前3~5D，后1~2D |
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| 2、FLPH-FA系列法兰连接型平衡流量计（法兰取压） | |
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连接：平焊或对焊法兰 （法兰执行标准：JB/T8Z/HG20592） 适用介质：粘稠液体，脏污气体 取压：法兰 准确度：±0.5%、±1.0% 管道：DN40~1500mm 重复性：±0.1% 压力：0-42MPa 量程比：10：1 温度：-80~800度 雷诺数：500~10000000 材质：各种材质 前后直管段：前3~5D，后1~2D |
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| ————————————————————————————————————————————— | |
| 3、FLPH-FB系列法兰连接型平衡流量计（焊接取压） | |
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连接：平焊或对焊法兰 （法兰执行标准：JB/T8Z/HG20592） 适用介质：粘稠液体，脏污气体 取压：螺纹（1/2NPT）焊接 准确度：±0.5%、±1.0% 管道：DN40~1500mm 重复性：±0.1% 压力：0-42MPa 量程比：10：1 温度：-80~800度 雷诺数：500~10000000 材质：各种材质 前后直管段：前3~5D，后1~2D |
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| 4、FLPH-DJ系列对夹式平衡流量计（钻孔取压） | |
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连接：法兰端面对夹（法兰执行标准：JB/T8Z/HG20592） 适用介质：气体、液体、蒸汽（小直径高流速介质） 取压：螺纹（1/2NPT）焊接 准确度：±0.5%、±1.0% 管道：DN40~150mm 重复性：±0.1% 压力：0-42MPa 量程比：10：1 温度：-80~800度 雷诺数：500~10000000 材质：各种材质 前后直管段：前3~5D，后1~2D |
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产品价格：
| 价格 | ¥ 800.00~31500.00 |
| 起批量 | ≥1 台 |
规格参数：
| 加工定制 | 是 | 品牌 | 华云 | 型号 | TY-BH |
| 类型 | 标准节流装置 | 公称通径 | DN20-DN1000 | 测量精度 | 0.5 |
| 公称压力 | 40（Mpa） | 适用范围 | 蒸汽、液体、气体 |
平衡流量计的特点 测量精度是标准孔板的5～10倍 流动噪声是标准孔板的1/15 压力损失是标准孔板的1/3 压力恢复比标准孔板快2倍 ***小直管段可以小于0.5D。
一、线性度高、重复性好 平衡流量传感器具有对称多孔结构特点，能对流场进行平衡，降低了涡流、振动和信号噪声，流场稳定性大大提高，使线性度比孔板提升了5～10倍，重复性提高了54％，为0.15％，从其综合性能来看，平衡流量计属于流量计行列。 5:1量程比时，线性度可达±0.3％； 7:1量程比时，线性度可达±0.5％； 10:1量程比时，线性度可达±1.0％
二、直管段要求低 平衡流量传感器由于流场稳定，且压力恢复比孔板快两倍，大大所短了对直管段的要求其前后直管段一般为前3D后1D，***小可以小于0.5D，从而省去大量直管段，尤其是特殊昂贵的材料的管道。
三、减少压力损失 多孔对称的平衡设计，减少了紊流剪切力和涡流的形成，降低了动能的损失，在同样的测量工况下，与孔板相比减少了2.5倍的压力损失，从而节省了相当大的运行能量成本，是一种节能型仪表，值得大量推广。
四、耐脏污不易堵 多孔对称的平衡设计，减少了紊流剪切力和涡流的形成，从而大大降低了滞留死区的形成，保证脏污介质顺利通过多个孔，减小了流体孔被堵塞的机会。
五、可直接替换孔板 其与孔板具有相同的使用方法和外形，因此可以直接进行替换，不需要任何配管的变化和相关仪表的更改，很适合全厂能源计量EMS改造中将孔板改为平衡流量计。
六、流量测量范围宽 根据试验结果，我们了解到：平衡流量计的性能，使其流速可以从***小到音速；其***小雷诺数可低于200，***大雷诺数大于107；β值可选0.25～0.90。
七、长期稳定性好 由于其紊流剪切力的明显减小，大幅度降低了介质与节流件直接的摩擦，其β值长期保持不变，整个仪表无可动部件，因此可以长期保持稳定性。
八、可测高温高压介质 与孔板等节流装置一样，工作温度压力取决于管道和法兰的材质和等级，工作温度可达850℃，工作压力可达42MPa。
九、可测复杂工况介质 由于其特殊的结构设计，使其具有特殊的性能，它可以进行气液两相 ，各种混合气体（如瓦斯、沼气、煤气等等）、各种低温气体（如LNG、液氮、液氧、液氩、液氢、液氯、液化乙烯、液化石油气等等）、气液两相介质（如湿气）、浆料、多相水
流、震动水流、电磁干扰介质和双向流（因为平衡流量计左右完全对称）。
流、震动水流、电磁干扰介质和双向流（因为平衡流量计左右完全对称）。
产品选型：
|
TY-BH
|
平衡流量计
|
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公程通径
|
-XXX
|
100表示DN100
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|
安装形式
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pp
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管道式
|
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HF
|
对夹式
|
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|
FW
|
焊接式
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DF
|
双法兰式
|
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|
SP
|
方管式
|
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|
公称压力
|
A
|
0~0.6MPA
|
||||
|
B
|
0~1.0MPA
|
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|
C
|
0~1.6MPA
|
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|
D
|
0~2.5MPA
|
|||||
|
E
|
0~4.0MPA
|
|||||
|
F
|
0~6.4MPA
|
|||||
|
G
|
0~10MPA
|
|||||
|
H
|
0~16MPA
|
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|
J
|
0~40MPA
|
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|
管道材质
|
0
|
碳钢
|
||||
|
1
|
304不锈钢
|
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|
2
|
12CrMOV
|
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|
|
3
|
其它
|
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|
输入信号
|
A
|
无输出
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B
|
4~20MA
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|
C
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RS485 MODBUS
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5、结束语：
鉴于该节流装置同其他(传统)节流装置特别是孔板相比, 具有、节能等各种优越性 ,同时由于需要的直管段短以及其多孔的特点 ,测量范围和适用场所大大拓展。因而有望成为新一代的节能型的节流装置。但其推广之路还很长 ,虽已取得国外专利, 但未进入标准范围的问题还有待解决。