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              孔板流量計

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              孔板流量計在高粘度介質臟污流漿料測量中的選型與安裝

              作者: 來源: 發布時間:2018-01-05 18:57:25
                      摘 要 針對高粘度介質、漿料、臟污流及雙向流等傳統流量計難以準確測量的流體工況,提出了楔式 流量計的選型解決方案。介紹了孔板流量計的測量原理、結構特點、主要技術參數和設計選型,并說明 了儀表的安裝要求。
              在石油、化工行業的工藝流程檢測過程中,有時會遇到原油、黑水及漿液等介質流量測量問題, 這類介質具有粘度大、易結晶及固體顆粒易磨損 等特點,導致傳統的孔板流量計、靶式流量計等不 僅測量精度低、安裝維護工作量大,而且很難保證 儀表的長期穩定運行。針對上述問題,一種新型 差壓式流量測量儀表———孔板流量計應運而生, 并在業內得到了廣泛應用[1]。
              1 測量原理
                      孔板流量計的測量原理是基于伯努利方程 ( 能量守恒和連續性方程) 的。通過在管段中設 置一個 V 形楔塊節流件,當流體流經此楔塊時, 流通面積減小、流速增大,在楔塊前后產生一個靜 壓差,該壓差的開方與質量流量或體積流量成正 比,從而實現流量的測量。測量管的流量系數與 楔塊比( H/D) 相關,即流量測量范圍可通過 H/D 來調整[2]。 工程設計中不同介質的常用流量計算式如 下:
              20180105185856.jpg
                      K ———流量系數;
                      pf ———流體絕對壓力; Qm ———質量流量; Qv ———體積流量; SGs ———氣體在標況下的比重; α ———測量管的熱膨脹系數; Δp———壓差; ρf ———流體密度。
              2 流量計結構 
                      孔板流量計( 圖1) 主要由測量管和流量差壓 變送器組成。
              楔式流量計典型結構示意圖
               
                      按照測量管與工藝管道的連接方式,楔式流 量計可分為對夾式、螺紋式、對焊式和法蘭式連接 結構形式。對夾式和螺紋式適用于管道口徑為 1/2 ~3″( 1 英寸 = 25. 4mm) 、壓力等級不大于 CL300 的低壓管線; 對焊式適用于管道口徑為1/2 ~48″、壓力等級為 CL900 或更高的管線;法蘭 式適用于管道口徑為1/2 ~ 48″、壓力等級為 CL900 或更高的管線。
                      按照測量管取壓方式的不同,孔板流量計又 可分為螺紋取壓、法蘭遠傳式( 隔膜密封式) 取壓 和化學 T 取壓。螺紋取壓適用于測量氣體、蒸汽 或潔凈液體,通常采用1/2″NPT( F) 配合終端接頭 與變送器測壓管線進行連接。法蘭遠傳式取壓適 用于測量容易堵塞的漿料、臟物流和強腐蝕性介 質。此外,對于有毒有害介質的測量和介質溫度 超過傳統變送器可直接接觸溫度限定值的情況, 亦可采用法蘭遠傳式進行取壓測量?;瘜W T 取壓 適用于測量容易堵塞的漿料和易結晶介質,該方 式與法蘭遠傳式相比,具有更大的取壓口,且沒有 突出段取壓短管,取壓法蘭安裝后膜片基本能與 測量管內徑平齊,不容易引發堵塞,但需要注意的 是,該方式只適用于壓力等級為 CL300 以下的管 線。另外,變送器一體式和自帶溫度補償的儀表, 可以減小不必要的安裝誤差,現場使用方便,但需 要注意安裝空間。
              3 特點與主要技術參數
                      孔板流量計測量原理簡單,可滿足大多數流 體的測量要求,且使用范圍廣。除了可以應用于 一般的氣體、液體和蒸汽測量外,還特別適用于高 粘度、高腐蝕性、易結晶、含懸浮顆粒的液體和含 塵量高的氣體的流量測量??装辶髁坑嫻軓椒秶?1/2 ~48″;壓力等級可達 CL900 或更高;雷諾數zui 低可達300,zui高可達 106; 粘度zui高可達3Pa·s, 且不會影響孔板流量計的測量精度; 量程比可達 10∶ 1;所測介質的zui低流速可達0. 01m/s[3]。
                      孔板流量計的節流元件呈倒等腰三角形,使 用時具有導流作用,使流體能夠圓滑過渡[4]。與 孔板相比,孔板流量計沒有銳角要求,所以其壓損 更小,更加節能。常用的節流裝置的壓損對比如 圖2 所示??装辶髁坑嫷臏y量元件無可動部件和 易損部件,使用過程中幾乎可以免維護。在選型 時還可要求楔塊或測量管內壁整體帶耐磨涂層, 如在煤漿氣化工藝和渣水處理工段中,采用碳化 鎢噴涂進行表面硬化處理后可以更好地抵抗黑 水、灰水等含硬質顆粒流體的沖擊。
                      孔板流量計的楔塊焊接于測量管頂部,倒三 角結構使得測量介質中的固體雜質在節流件處很 容易地就從節流件下部流過,而不會附著在節流件上側,即具備了自清潔功能。 幾家主流孔板流量計廠家的技術資料( 表1) 顯示,經過現場實流標定后的儀表測量精度較高, 重復性可達 ±0. 2%,滿足工藝過程的測量與控制 要求。
              常用節流裝置的壓損對比 儀表測量精度
               
                      孔板流量計節流元件的流量系數對管道內流 體速度分布不敏感,相比于大部分的差壓式和速 度式流量儀表,孔板流量計具備更小的前后支管 段要求,zui小可達前5D 后2D,這使得孔板流量計 具備更強的安裝適應性。
              4 設計選型
                      孔板流量計的選型計算通常由業主或設計院 提供工藝參數,再由儀表廠家使用各自的計算軟 件完成選型計算。選型計算時所需確定的主要工 藝數據有工藝介質、工藝管道材料、管道口徑、流 量范圍、操作壓力及操作溫度等。
                      孔板流量計的口徑和壓力等級通常與連接處 的工藝管線一致。根據不同的工況要求,應選擇 合適的過程連接與取壓方式。流量計本體和楔塊 的材料應根據工藝介質進行選用,不能低于管道 等級表的要求,并考慮腐蝕、磨損等特殊工況下的 選材特點。對于法蘭遠傳式取壓,還需注意介質 的溫度,對于高溫介質的測量,毛細管填充液應選 用可耐受高溫的介質。
                      楔塊比 H/D 的選用需保證計算得到的差壓 量程分別為 6、 10、 16、 25、 40、 50kPa,在滿足測量 要求的前提下,對于液體介質的測量,量程應首選25kPa [5, 6]
              。計算結果應滿足孔板流量計對zui低 雷諾數的要求,以保證在流量范圍內流量系數是 線性的、穩定的。
              孔板流量計的精度應滿足工藝測量要求,通 常要求標定后精度為 ± 0. 5% FS,重復性為 ±0. 2%,在相應的雷諾數范圍內量程比應達到 10∶ 1。流量計的標定可采用特定介質由獨立的 NIST 認證實驗室來完成,或者進行現場實流標定 以達到測量精度要求。
              5 儀表的安裝
                      孔板流量計可采用水平或垂直安裝的方式。 水平安裝時,對于液體或蒸汽介質, V 形節流件宜 安裝在與管道水平中心線垂直方向,即取壓口與 管道水平中心線平行,以免測量介質內的氣泡進 入取壓口影響測量精度,或者采取必要的排氣措 施;對于氣體介質,可將取壓口朝上安裝。垂直安 裝時,由于存在輕微靜壓差,因此使用之前應注意 變送器的調零。 為了保證測量的準確性,流體在經過節流件 之前需處于穩定的層流狀態,因此需要保證 V 形 節流件前后具備一定的直管段,zui小直管段要求 可以參照各儀表廠家的樣本執行。 對于粘稠或易結晶介質的測量,如果選用法 蘭遠傳式取壓,為了便于儀表的現場維護,宜在法 蘭連接處增加沖洗管線以便及時對測量管路進行
              清洗,或者采用插入式法蘭進行取壓以避免取壓 口堵塞導致無法準確測量。
              6 結束語
                      隨著化工行業的蓬勃發展,孔板流量計作為 一種非標節流裝置,已經越來越多地被應用在燃 料油、污水及重油等高粘度、高固體含量、腐蝕性 介質的流量測量中,并得到了較好的用戶反饋。 筆者對該流量計的技術特點進行了總結,梳理了 設計選型的注意事項,并對儀表的安裝使用提出 了建議,以供同行參考。
               
               

               

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