在現(xiàn)代的化工和石油化工裝置中,時(shí)常會(huì)遇到一些大口徑管道,其中介質(zhì)大多為氣體,例如氮?dú)狻⒐に囷L(fēng)、煙道氣、焦?fàn)t煤氣等介質(zhì)。如何準(zhǔn)確測量這些管道中氣體流量,有時(shí)是很重要的,例如在硫酸生產(chǎn)裝置中,工藝風(fēng)流量是一個(gè)非常重要的工藝參數(shù)。一方面工藝風(fēng)量大小和分配直接關(guān)系到沸騰爐內(nèi)硫是否能充分燃燒,避免爐內(nèi)*的產(chǎn)生,防止?fàn)t膛燒結(jié);另一方面還關(guān)系到整個(gè)裝置的操作狀況和平穩(wěn)運(yùn)行,以及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的核算、標(biāo)定。因此,主風(fēng)量測量儀表應(yīng)具備高可靠性和較高測量精度。
測量大口徑管道的氣體流量通常為孔板、文丘里管以及阿牛巴等差壓節(jié)流元件,但是,節(jié)流裝置在某些場合卻難以采用。在某硫酸裝置設(shè)計(jì)中,工藝風(fēng)流量測量遇到難題,若采用常規(guī)流量儀表孔板、文丘里管或阿牛巴,則安裝位置受到限制。工藝管道公稱直徑700 mm,其直管段前后僅有1 m。對(duì)于大口徑管道的流量測量, a方案采用孔板流量計(jì),其安裝要求高,一般d、后5d應(yīng)為直管段,滿足不了這么長的要求。b方案采用文丘里管,其本身長度近5 m,再加上滿足精度要求的最小安裝直管段(前5. 5d、后3. 5d) ,共計(jì)11. 3 m,受安裝條件限制,風(fēng)機(jī)出口管線根本滿足不了這么長的直管段要求。c方案采用阿牛巴,其安裝要求一般為前5d、后2d,也滿足不了這么長的直管段要求。
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隨著測量技術(shù)的不斷發(fā)展,近期推出了先進(jìn)的流量測量儀表———錐形流量計(jì)。該流量計(jì)不僅很好地解決了直管段長度的要求,而且提高了測量精度,這是由于錐形流量計(jì)采用*的中心流線型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),巧妙地解決了長直管段整流的問題。中心懸掛的流線型錐體能重塑流速曲線,在緊靠錐體上游和下游較窄的區(qū)域內(nèi)(前0～3d、后0～1d) ,將流速不規(guī)則的流體直接整流成理想流體,獲得很高的測量精度和重復(fù)性,不需要直管段整流。因此筆者在該管線的氣體流量測量中,設(shè)計(jì)采用了錐形流量計(jì)及差壓變送器進(jìn)行測量。本文將結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際,著重比較孔板流量計(jì)與錐形流量計(jì)測量儀表的各自優(yōu)缺點(diǎn),供大家參考。
1 孔板流量計(jì)的特點(diǎn)及功能孔板流量計(jì)是一種差壓型的流量儀表,也是使用歷史悠久、應(yīng)用泛的一種。它是基于流體流動(dòng)的節(jié)流原理,利用流體流經(jīng)節(jié)流元件時(shí)產(chǎn)生的壓力差與其流量有關(guān)而實(shí)現(xiàn)測量的。
充滿管道的流體,當(dāng)它流經(jīng)管道內(nèi)的節(jié)流元件孔板時(shí),流束將在節(jié)流元件處形成局部收縮(見圖1)。此時(shí)流速增大、靜壓降低,在節(jié)流元件前后產(chǎn)生差壓,流量愈大,差壓愈大,因而可根據(jù)差壓來衡量流量的大小。這種測量方法是以連續(xù)性方程和伯努利方程為基礎(chǔ)。
孔板流量計(jì)由節(jié)流元件、差壓變送器和流量顯示儀表組成。儀表無可動(dòng)部件,工作可靠,價(jià)格低廉,量程比約為3∶1。應(yīng)用范圍廣泛,適用于單相流體,包括液體、蒸汽、氣體皆可測量。檢測件,特別是標(biāo)準(zhǔn)型的為通用。但現(xiàn)場安裝條件要求較高,需較長的直管段長度,對(duì)大口徑工藝配管一般難以滿足。對(duì)小口徑管道(小于50mm)的流量測量有困難,壓損較大,儀表刻度為非線性,測量精度不很高,有時(shí)維護(hù)工作量較大。
2 錐形流量計(jì)的特點(diǎn)及功能錐形流量計(jì)是一種新型的高精度差壓型流量計(jì)。它與孔板節(jié)流相反,通過在密閉管道中心線懸掛一個(gè)特制的流線型錐體來進(jìn)行節(jié)流,用上游管壁和錐體尾部測量的差壓來計(jì)算流量。其特點(diǎn):
①?zèng)]有直管段安裝要求,可以解決其他流量計(jì)安裝時(shí)要求直管段長度較長給現(xiàn)場配管帶來的困難,尤其適用于大口徑管道單相流體的計(jì)量;②低壓損、高精度(≤0. 5%) ,適用于需要控制全廠能耗的公用工程流體流量的計(jì)量;③的雙法蘭取壓+密封截流錐體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),適用于測量高黏度(如油漿、原油、回?zé)捰?、渣?、粉塵介質(zhì)的流量;④耐臟污,不易堵,長期穩(wěn)定性好。
錐形流量計(jì)的工作原理錐形流量計(jì)也是一種差壓型的流量儀表。差壓型流量計(jì)是基于密封管道中的能量轉(zhuǎn)換原理,也就是說對(duì)于穩(wěn)定流體,管道中流體的流速與差壓的平方根成正比。當(dāng)流體接近錐體時(shí),其壓力為p,在通過錐體的節(jié)流區(qū)時(shí),速度會(huì)增加,壓力會(huì)降低至p。如圖2所示,p和p都通過錐形流量計(jì)的取壓口引到后接的差壓變送器上。流速發(fā)生變化時(shí),錐形流量計(jì)的兩個(gè)取壓口之間的差壓值會(huì)增大或縮小。當(dāng)流速相同時(shí),若節(jié)流面積大,則產(chǎn)生的差壓值也大。