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环形孔板流量计原理与特点说明


文章日期:2017-11-01|阅读数:


    企业对能源调控越来越重视,能源的调控离不开流量测量装置。

    节流装置是利用测量管内流通面积的改变使流动的流体产生静压力差的一类流量仪表。它的历史悠久、种类繁多、用途广泛。尽管当今流量仪表的种类有近百种,节流装置依然是用量***大的一种。支撑这“冠军”宝座的有三大支柱:节流装置已有品种的改进和提高;节流装置新品种的不断出现并获得推广应用;与节流装置相配套的差压变送器及显示仪表在性能和质量方面发展迅速。

    本文介绍的环形孔板节流装置。近年来,在我单位的高炉煤气、焦炉煤气、混合煤气等介质的流量测量中获得了成功应用,在解决防堵塞、防堆积等方面有突出的特点。

    1、工作原理:

    标准孔板的***小流通截面是板(孔板)片中心的圆孔,流体通过时因流通面积的突然收缩而加速,流体绕过孔板入口边缘时产生的附面层是圆柱形。环形孔板的***小流通截面是板(测流板)片的外缘和管内壁形成的圆环,流体通过时因流通面积的突然收缩而加速,流体绕过测流板入口边缘时产生的附面层也是圆柱形,对流体产生阻力的机理是相近的。因此孔板或测流板对流体造成的阻力系数是相近的,这就使两者有可能具有相近的流出系数。

图1 标准孔板节流装置结构简图 图2 环形孔板节流装置结构简图

    标准孔板节流装置和环形孔板节流装置的结构分别如图1和图2所示。由图可见,环形孔板与标准孔板的区别是:标准孔板的***小流通面是与管轴线同轴的圆柱,环形孔板的***小流通面是与管轴线同轴的圆环柱,从流场的对称性考虑,都优于圆缺孔板、偏心孔板;另一方面,环形孔板把中间流速高、靠近管壁处流速低的流动模式强制变成了靠近管壁处流速高、中间流速低的流动模式,相当于流场的二次分配,进入环形孔板的上游流场如果因上游局部阻力的干扰产生了畸变(即不再轴对称),在二次分配时就会因“均化”的趋势恢复成轴对称,就像没有受到局部阻力的干扰似的。

    环形孔板节流装置和普通的标准孔板一样,依据的基本原理是流体连续性方程和伯努利方程。把环形孔板的测流件安装在圆管中,当流体流经节流装置时,其上、下游侧之间就会产生压力差,见图3环形孔板工作原理图,经推导可得到流量基本方程式:

   图3 环形孔板工作原理图

    式中,qm为流体的质量流量,kg/h;C为流出系数;ε为流体经过节流装置后的可膨胀性系数(对液体ε=1);β为径比(β=d/D1,d:环形孔板的等效孔径,mm,D1:管道内径,mm);D为测量管(工作状态下)的内径,mm;ΔP为节流装置上、下游取压口处测取的差压值,KPa;ρ1为流体(在节流装置上游侧工作条件下)的密度,kg/m3。

    经过正确设计计算制造出来的测流板在流体中形成阻挡,当流量为qm时产生的差压为ΔP,利用差压变送器将差压值ΔP转变成标准电流信号,再经过显示仪表或数据处理系统,显示出流体的流量或总量。

    2、产品的特点:

    环形孔板的特殊结构决定了它在应用时的诸多特点,这些特点不但在理论上是有根据的,而且也已经被现场使用证明。比较突出的是:

    (1)结构牢固、性能稳定、工作可靠,基本上是“免维护仪表”。
    (2)仪表本体是一段直的测量管,内壁经过加工,精度高,而标准孔板要另订一段直管段才能达到同样效果。安装误差(偏心、密封垫片伸入管道等)对仪表的测量几乎没有影响,因此本仪表的使用精度比标准孔板高。
    (3)节流件和测量管内壁都是形状简单的圆形,容易达到高的尺寸精度、严的形位公差,利用“抽样标定”就能获得高精度,流出系数稳定性好。
    (4)流体进入仪表本体后经过测流板的突然阻挡,强制再分配均化了来流时的畸变,通过环孔节流再加上“ 均压环”取压机构,使得进入差压变送器的测量值( 差压)很少受上游局部阻力的影响。
    (5)环形孔板不但可测量一般流体的流量,还可测量含杂质的流体流量。因为环形孔板的检测件结构形式与标准孔板有本质不同,环形孔板***小流通面是紧贴管内壁的圆环,而标准孔板***小流通面是处于管中心的同心圆。流体中的杂质流速较低,一般是紧贴着管壁边流动,在标准孔板的附近,杂质流得更慢,很容易沉淀堆积,以至于影响测量精度或堵塞取压口。即使是圆缺孔板或偏心孔板,也避免不了这种故障。然而对于环孔节流式流量计,流体中的杂质随着主流一起高速通过***小流通截面(环隙),不大可能堆积在测流板附近,取压口远离滞流区,不容易堵塞,何况采取了多个取压口(冗余设计)并联在均压环上,只有全部堵死才会失效,这就大大延长了检修周期。防堵型环形孔板流量计的均压环上与取压口正对着的管壁处设有‘ 堵头’或排污球阀,可定期旋开排污或用捅条疏通杂物。对含尘量更大的流体,可以选带隔离膜片的差压变送器,堵塞的可能性更小。带均压环的防堵型环形孔板结构见图4。

图4 带均压环的防堵环形孔板

    3、总结:

    焦炉煤气、半水煤气等脏污流体介质含有粉尘、焦油、萘、硫化物、水,使用其它仪表遇到的问题较多。在仪表结构方面,采用均压环和多个取压口,在均压环上与取压口相对的地方焊接一段与取压管相同内径的排污管、连接一个球阀,在清污时打开球阀排污或者在停气时用捅条疏通,也可以采用专用结构在不停气时用顶杆插入管壁清理取压管。我单位已应用十几台,***长的使用已有6年,至今未发生故障,节约了大量的维护人力和物力。为生产单位提供了准确的计量数据,使生产单位在节能降耗工作中有数据进行指导,降低了生产能耗


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