在圓形的管道中安裝一個(gè)直徑比管道小的節(jié)流件(或者類(lèi)似的裝置),如下圖所示:
充滿管道的流體經(jīng)管道內(nèi)節(jié)流件時(shí),由于流通截面突然縮小,流束將在節(jié)流件處形成局部收縮,流速增加,根據(jù)能量守恒定律,動(dòng)壓能和靜壓能在一定條件下互相轉(zhuǎn)換,流速加快的結(jié)果使得動(dòng)壓增加,靜壓降低,從而在節(jié)流件前后產(chǎn)生靜壓差,流體流量越大,產(chǎn)生的靜壓差越大,因而可依據(jù)靜壓差來(lái)衡量流量的大小,采用這個(gè)原理或類(lèi)似的原量來(lái)測(cè)量流量的儀表可以被稱為差壓式流量計(jì)。這種測(cè)量方法是以流動(dòng)連續(xù)性方程(質(zhì)量守恒定律)和伯努利方程(能量守恒定律)為基礎(chǔ)的,壓差大小不僅與流量還與其他許多因素有關(guān),如節(jié)流裝置型式、流體的物理性質(zhì)(密度、黏度等)以及雷諾數(shù)等。
差壓式流量計(jì)的基本方程如下:
上式中:
C:流出系數(shù)(無(wú)量綱);
d:工作條件下節(jié)流件的節(jié)流孔或喉部直徑(mm);
D:工作條件下上游管道內(nèi)徑;
qm:質(zhì)量流量(Kg/s);
qv:質(zhì)量流量(m3/s);
β:直徑比d/D(無(wú)量綱);
ρ:流體的密度(Kg/ m3);
ε:可膨脹等系數(shù)(無(wú)量綱);
差壓式流量計(jì)是一類(lèi)應(yīng)用范圍較廣的流量計(jì)量?jī)x器,也是目前工業(yè)生產(chǎn)中流量測(cè)的一種測(cè)量?jī)x表,在各類(lèi)流量?jī)x表中其使用量占居。
差壓式流量計(jì)一般由節(jié)流裝置、引壓裝置、三閥組、差壓變送器、顯示儀表組成。其中節(jié)流裝置用來(lái)產(chǎn)生流體的靜壓差,引壓裝置將高低兩個(gè)靜壓引入到差壓變送器中,三閥組起到壓力保護(hù)和便于安裝拆卸的功能,差壓變送器將差壓信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)的電信號(hào)(如4-20mA)傳輸?shù)蕉伪砝镆员阌谔幚砗陀?jì)算,顯示儀表(二次表)將差壓變送器傳輸過(guò)來(lái)的標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)以及其它儀表傳輸過(guò)來(lái)的補(bǔ)償信號(hào)(如溫度、壓力等補(bǔ)償信號(hào),只對(duì)氣體流量才進(jìn)行溫度、壓力等補(bǔ)償)進(jìn)行開(kāi)方并積算,顯示出瞬時(shí)流量、累積流量等并進(jìn)行流量信號(hào)的遠(yuǎn)傳和控制。如下圖所示:
差壓式流量計(jì)的節(jié)流裝置按其作用原理可分為:節(jié)流式、動(dòng)壓頭式、離心式、水力阻力式、射流式幾大類(lèi)。其中:1)節(jié)流式是依據(jù)流體通過(guò)節(jié)流孔使部分壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能以產(chǎn)生靜差壓的原理來(lái)工作,是差壓式流量計(jì)的主要品種;2)動(dòng)壓頭式是依據(jù)動(dòng)壓轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓的原理來(lái)工作,如均速管流量計(jì),皮托管流量計(jì)等;3)離心式是依據(jù)彎曲管或環(huán)狀管產(chǎn)生離心力原理形成的壓差來(lái)工作,如彎管流量計(jì);4)水力阻力式是依據(jù)流體阻力產(chǎn)生壓差的原理來(lái)工作,其檢測(cè)件為毛細(xì)管束,又稱層流流量計(jì);5)射流式是依據(jù)流體射流撞擊產(chǎn)生壓差的原理來(lái)工作,如射流式差壓流量計(jì)。
差壓式流量計(jì)的節(jié)流裝置按其用途可分為:
1)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置:包括標(biāo)準(zhǔn)孔板、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴、經(jīng)典文丘里管和文丘里噴嘴;
2)低雷諾數(shù)節(jié)流裝置:如1/4圓孔板、錐形入口孔板和雙重孔板;
3)臟污流體用節(jié)流裝置:如圓缺孔板、偏心孔板和楔形件等;
4)低壓損節(jié)流裝置:如道爾管、羅洛斯管、通用文丘里管、彎管和環(huán)形管等;
5)小管徑節(jié)流裝置:如內(nèi)藏孔板和一體化差壓流量變送器等;
6)寬范圍度節(jié)流裝置:如線性孔板等;
7)臨界流節(jié)流裝置:如臨界流文丘里管等;
差壓式流量計(jì)的節(jié)流裝置按其結(jié)構(gòu)形式可分為:
1)標(biāo)準(zhǔn)孔板??装迨且粔K加工成圓形同心的具有銳利直角邊緣的薄板,孔板開(kāi)孔的上游側(cè)邊緣應(yīng)是銳利的直角。標(biāo)準(zhǔn)孔板有三種取壓方式:角接、法蘭及D~D/2取壓。
2)標(biāo)準(zhǔn)噴嘴。有ISA1932噴嘴和長(zhǎng)徑噴嘴兩種結(jié)構(gòu)形式。
3)經(jīng)典文丘里管。由入口圓筒段A、圓錐收縮段B、圓筒形喉部C和圓錐擴(kuò)散段E組成,有三種結(jié)構(gòu)形式:具有粗鑄收縮段的;具有機(jī)械加工收縮段的;具有鐵板焊接收縮段的。
4)文丘里噴嘴。由進(jìn)口噴嘴,圓筒形喉部及擴(kuò)散段組成。
5)錐形入口孔板。錐形入口孔板與標(biāo)準(zhǔn)孔板相似,相當(dāng)于一塊倒裝的標(biāo)準(zhǔn)孔板。
6)1/4圓孔板。1/4圓孔板與標(biāo)準(zhǔn)孔板相比只是孔口形狀不同,它的外形輪廓由一個(gè)與軸線垂直的端面,半徑r為1/4圓構(gòu)成的入口截面及噴嘴出口端面組成,取壓方式有角接取壓和法蘭取壓兩種。管徑小于DN40只能為角接取壓。
7)圓缺孔板。其開(kāi)孔為一個(gè)圓的一部分(圓缺部分),開(kāi)孔的圓弧部分的圓心應(yīng)精確定位,使其與管道同心。
8)偏心孔板??装宓目资瞧牡模c管道同心的圓相切。
9)楔形件。楔形孔板的其檢測(cè)件為V形,不會(huì)使管道堵塞, V形檢測(cè)件頂端為圓弧形,有較好的耐磨性。
10)內(nèi)藏孔板。內(nèi)藏孔板又稱整體孔板、小口徑孔板。當(dāng)管徑較小時(shí)要使用內(nèi)藏孔板。
11)線性孔板。又稱變壓頭變面積孔板,其孔隙面積隨流量大小而自動(dòng)變化,曲面圓錐形塞子在差壓和彈簧力的作用下來(lái)回移動(dòng),使孔板孔隙變動(dòng),輸出信號(hào)(差壓或位移)與流量呈線性關(guān)系,這種孔板*地?cái)U(kuò)大了流量測(cè)量的范圍度。
12)環(huán)形孔板。它由一個(gè)被同心固定在測(cè)量管中的圓板、三腳支架和中心軸管組成,中心軸管將上下游壓力傳送到差壓變送器。環(huán)形孔板的優(yōu)點(diǎn)是既能疏泄管道底部的較重物質(zhì)又能使管道中氣體或蒸汽沿管道頂部通過(guò)。
13)道樂(lè)管。它由40°入口錐角和15°擴(kuò)散管組成,是經(jīng)典文丘里管長(zhǎng)度的17%。道爾管產(chǎn)生的差壓比經(jīng)典文丘里管大,在高差壓下卻有低的壓損。
14)彎管。利用管道系統(tǒng)彎頭作檢測(cè)件,無(wú)附加壓損及專(zhuān)門(mén)安裝節(jié)流件是其優(yōu)點(diǎn),彎管取壓口開(kāi)在45°或22.5°處,取壓口結(jié)構(gòu)與標(biāo)準(zhǔn)孔板相同,兩個(gè)平面內(nèi)的兩個(gè)取壓口對(duì)準(zhǔn),使其能處于同一條直線上,彎管內(nèi)壁應(yīng)盡量保持光滑。
一、孔板流量計(jì) 孔板流量計(jì)可用于測(cè)量氣體、蒸汽、液體及天然氣的流量,廣泛應(yīng)用于石油、化工、冶金、電力、供熱、供水等領(lǐng)域的過(guò)程控制和測(cè)量。
參數(shù):
1、公稱直徑: 15 mm ≤DN≤1200mm
2、公稱壓力:PN≤10MPa
3、工作溫度:-50℃≤t≤550℃
4、量程比:1:10, 1:15
5、精度:0.5級(jí),1級(jí)
二、一體化差壓流量計(jì) 一體化差壓式流量計(jì)是把標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置或非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置與差壓變送器有效地組合成一體,它的測(cè)量原理與標(biāo)準(zhǔn)和非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的測(cè)量原理相同,是一種測(cè)量精度高、安裝方便、運(yùn)行維護(hù)成本低、經(jīng)濟(jì)性的流量計(jì)。一體化差壓式流量計(jì)由標(biāo)準(zhǔn)或非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置、三閥組、差壓變送器、安裝和連接附件組成,用于氣體、蒸汽等介質(zhì)可以選配多參數(shù)差壓變送器的一體化差壓式流量計(jì),此種流量計(jì)不需另接壓力測(cè)點(diǎn)和溫度測(cè)點(diǎn),即可使輸出信號(hào)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)溫度和壓力補(bǔ)償,提高測(cè)量精度。
一體化差壓式流量計(jì)由于無(wú)需引壓管線,減小了差壓失真的現(xiàn)象,使它比分體式差壓式流量計(jì)具有更高的精度。對(duì)于需要實(shí)流標(biāo)定的差壓式流量計(jì),由于是對(duì)整體裝置進(jìn)行流量標(biāo)定,所以系統(tǒng)精度能提高0.3%。一體化差壓式流量計(jì)只需與現(xiàn)象管道采用法蘭連接或直接焊接即可,并且直接引出差壓變送器電流信號(hào),不需再另外敷設(shè)引壓管線及安裝差壓送器。用于測(cè)量氣體或蒸汽流量,不需要另安裝溫度和壓力測(cè)量元件,大大提高了安裝進(jìn)度。
對(duì)于一次元件可以采用不同形式的節(jié)流裝置,只要針對(duì)各種不同的運(yùn)行工況選用合適的一體化差式流量計(jì),就可以實(shí)現(xiàn)任何一種復(fù)雜工況流量的準(zhǔn)確流量。
它的結(jié)構(gòu)形式有2種:
三、噴嘴流量計(jì) (一)ISA1932噴嘴:具有耐高溫高壓、耐沖擊、使用壽命長(zhǎng)、測(cè)量范圍大、測(cè)量精度高等特點(diǎn),適用于電廠高溫高壓蒸汽、熱網(wǎng)管路、流速高的流體流量測(cè)量。標(biāo)準(zhǔn)噴嘴按國(guó)標(biāo)GB/T224-93進(jìn)行設(shè)計(jì)制造,按國(guó)標(biāo)JJG640-94進(jìn)行檢定,無(wú)需實(shí)流標(biāo)定。
主要技術(shù)指標(biāo):
1、公稱直徑:50mm≤DN≤500mm。
2、公稱壓力:PN≤32MPa。
3、雷諾九范圍:0.30≤β≤0.44時(shí),70000≤ReD≤107;0.44≤β≤0.8時(shí),2000≤ReD≤107
4、孔徑比:0.30≤β≤0.80
5、精度:1級(jí)
ISA1932噴嘴結(jié)構(gòu)形式:
ISA1932標(biāo)準(zhǔn)噴嘴由垂直于軸線的入口平面部分A、圓弧形曲面B和C構(gòu)成的入口收縮部分、圓筒形喉部E和為防止邊緣操作所需的保護(hù)槽P組成,其取壓方式上游取壓口采用角接取壓,下游取壓口可按角接取壓設(shè)置,也可設(shè)置于較遠(yuǎn)下游處。
(二)長(zhǎng)徑噴嘴。主要應(yīng)用于電力行業(yè)高壓或高溫高壓的場(chǎng)合,裝機(jī)容量在50MW以上的主蒸汽、主給水或減溫水等均采用此典型設(shè)計(jì)形式,它具有壓力損小、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。
長(zhǎng)徑噴嘴是按照ASME PTC6-1966標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)制造時(shí),它是一種標(biāo)準(zhǔn)化的高精度流量測(cè)量裝置,主要應(yīng)用與電廠汽輪機(jī)性能試驗(yàn)或者測(cè)量精度要求特別嚴(yán)格的場(chǎng)合,它未經(jīng)流量標(biāo)定時(shí)的精度登記為0.5級(jí),經(jīng)標(biāo)定后可達(dá)0.25級(jí)。
四、文丘里管流量計(jì) 文丘里管流量計(jì)適用于各種介質(zhì)的測(cè)量場(chǎng)合,具有壓力損失小、要求的前后直管段長(zhǎng)度短、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。在鋼鐵廠熱風(fēng)爐的助燃風(fēng)、冷風(fēng)、煤氣計(jì)量(高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣)及熱電廠的鍋爐一次風(fēng)、二次風(fēng)大管徑、低流速管道測(cè)量中收到了良好的效果,解決了現(xiàn)行工業(yè)企業(yè)中低壓、大管徑,低流速各類(lèi)氣體流量精確測(cè)量的問(wèn)題。
五、V錐流量計(jì) V錐流量計(jì)的開(kāi)發(fā)成功是差壓式流量測(cè)量質(zhì)的飛躍,它利用V錐體在流場(chǎng)中產(chǎn)生的節(jié)流效應(yīng),通過(guò)檢測(cè)上下游壓差來(lái)測(cè)量流量。與普通節(jié)流件相比,它改變了節(jié)流布局,從中心孔節(jié)流改為環(huán)狀節(jié)流。
(一)、V錐流量計(jì)的技術(shù)特點(diǎn):
1、安裝要求低:前0~3D直管道,后0~1D直管段;
2、量程比寬:通常為10∶1,選擇合適的參數(shù)可做到50∶1;
3、壓損小:同樣的β值,壓損是孔板1/3~1/5;
4、耐磨損:流線型錐形體節(jié)流后,在錐形體表面產(chǎn)生真空層效應(yīng),使得錐形體不易磨損;
5、不堵塞,不粘附:錐形*吹掃式設(shè)計(jì)避免了流體中的殘?jiān)?、凝結(jié)物或顆粒的滯留;
6、*穩(wěn)定性好:β值可*不變,并保證*精確測(cè)量;
7、精度高:0.52級(jí);
8、重復(fù)性好:優(yōu)于0.122%;
9、信號(hào)穩(wěn)定:"信號(hào)波動(dòng)"是孔板的1/10;
10、β值范圍寬:V錐流量傳感器*的幾何形狀允許有廣泛的β值范圍;
11、口徑范圍寬:DN25~DN2000;
12、可測(cè)高溫、高壓介質(zhì):工作溫度850℃, *壓力40MPa;
13、可測(cè)臟污介質(zhì)(焦?fàn)t煤氣、高爐煤氣、原料油、渣油等);
14、可測(cè)氣液兩相介質(zhì)(濕氣、冷凝水等);
(二)、V錐流量計(jì)的主要技術(shù)參數(shù)
1、精度等級(jí):0.5級(jí)(差壓流量變送器精度應(yīng)高于0.2級(jí),含0.2級(jí)),(β:0.45~0.85,當(dāng)β<0.55,量 程比4∶1時(shí),精度等級(jí):≤0.30)
2、重復(fù)性:0.11%
3、工作壓力:0~40MPa(有多個(gè)壓力等級(jí)可供選擇)
4、工作溫度:-40~851°C 環(huán)境溫度:-42~65°C、
5、安裝直管段要求:前0-3D直管道,后0-1D直管段
6、量程比寬:通常為10∶1,選擇合適的參數(shù)可達(dá)到50∶1
7、壓損小:同樣的β值,壓損是孔板1/3~1/5
8、口徑從DN25~DN2000
六、楔形流量計(jì) 楔形流量計(jì)是八十年代開(kāi)始逐步走向?qū)嵱玫囊环N新型流量計(jì),其檢測(cè)件是一個(gè)V字形楔塊(又稱楔形節(jié)流件),它的圓滑頂角朝下,這樣有利于含懸浮顆粒的液體或粘稠液體順利通過(guò),不會(huì)在節(jié)流件上游側(cè)產(chǎn)生滯流。因此特別適合在石油、化工等行業(yè)中用于體積流量和質(zhì)量流量的測(cè)量。
主要特點(diǎn):
- 重復(fù)性好、精確度高,經(jīng)標(biāo)定的楔形流量計(jì),精度達(dá)0.5 級(jí);
- 具有自清潔能力,無(wú)滯流區(qū);
- 耐磨損、壽命長(zhǎng)、可靠性高;
- 壓損比孔板?。?
- 一體型結(jié)構(gòu),現(xiàn)場(chǎng)安裝無(wú)需安裝導(dǎo)壓管路,直接與管道進(jìn)行螺紋或法蘭連接。施工省時(shí)省力,維護(hù)方便;
- 特別適合于高粘度、低雷諾數(shù)、帶懸浮顆粒或氣泡的介質(zhì)測(cè)量;
- 測(cè)量精度不受流體介質(zhì)介電常數(shù)等特性的影響和限制;
- 楔形件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特殊,有導(dǎo)流作用,防堵塞;
- 具有流體粘度變化、溫度變化、密度變化等補(bǔ)償功能;
- 抗振動(dòng)、抗沖擊、抗臟污、抗腐蝕;
- 具有雙向流量測(cè)量功能;
- 測(cè)量精度高;
- 楔形流量計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、牢固、高可靠性,安裝方便,運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低;
- 無(wú)運(yùn)動(dòng)部件、無(wú)磨損,*使用時(shí)不需要重新標(biāo)定。
技術(shù)參數(shù):
- 測(cè)量精度: ±1.0%~±1.5%
- *流速:0.01m/s。
- 使用壽命:可長(zhǎng)達(dá)十年以上。
- 量程比≥10:1
- 雷諾數(shù)系數(shù)使用范圍:下限300,上限達(dá)1×106以上。
- 測(cè)量液體粘度上限:500MPa·S。
- 工作壓力范圍:-0.1~6.4MPa。
- 工作溫度范圍:-50~400℃。
其他特性:
1)適合于測(cè)量泥漿、煤焦油瀝青、煤水懸浮液以及其他高粘度流體;
2)在很低的管道雷諾數(shù)情況下(甚至低至Re=500時(shí)),流量與差壓之間仍能保持平方根關(guān)系。而孔板流量計(jì)的可側(cè)量*小雷諾數(shù)要比楔形流量計(jì)大得多;
3)經(jīng)單獨(dú)標(biāo)定的楔形流量計(jì)有較高的測(cè)量精確度(可達(dá)0.5%),未經(jīng)標(biāo)定的楔形流量計(jì)的精確度也可達(dá)3%左右;
4)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,安裝、使用和維修方便;
5)可測(cè)量腐蝕性介質(zhì),由于差壓測(cè)量是采用隔膜式的雙法蘭差壓變送器,腐蝕性介質(zhì)不能進(jìn)人導(dǎo)壓管和差壓變送器,所以只要用耐腐蝕材料加工楔形節(jié)流件,就能使儀表對(duì)腐蝕性介質(zhì)進(jìn)行測(cè)量。
七、彎管流量計(jì)
彎管流量計(jì)與傳統(tǒng)的孔板流量計(jì)一樣同屬于差壓式流量計(jì)的范疇,只是彎管流量計(jì)產(chǎn)生差壓的方式與孔板流量計(jì)不同,孔板是利用流體的縮放原理產(chǎn)生差壓的,而彎管傳感器是利用流體的慣性原理產(chǎn)生差壓的。彎管流量計(jì)既繼承了傳統(tǒng)差壓式流量計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、測(cè)量精確的優(yōu)點(diǎn),又克服了差壓式流量計(jì)壓力損失大、容易堵塞、維護(hù)困難等缺點(diǎn)。
彎管流量計(jì)的特點(diǎn):
- 測(cè)量準(zhǔn)確度高、重復(fù)性好:彎管流量計(jì)系統(tǒng)測(cè)量精度高達(dá)0.5~1.5級(jí),重復(fù)性準(zhǔn)確度則高達(dá)0.2%。
- 無(wú)附加壓力損失。彎管傳感器沒(méi)有任何插入件或節(jié)流件,因此在測(cè)量流量過(guò)程中不會(huì)對(duì)被測(cè)流體造成附加壓力損失,可節(jié)省流體輸送的動(dòng)力消耗,節(jié)約能源。
- 適應(yīng)性強(qiáng):彎管傳感器可在高溫、高壓、粉塵、振動(dòng)、潮濕及其它惡劣環(huán)境中正常使用。
- 量程范圍寬:流速測(cè)量范圍:液體介質(zhì)為0.2~12米/秒, 蒸汽或氣體介質(zhì)為5~160米/秒的。管徑范圍: φ10~φ2000mm。
- 直管段要求不嚴(yán)格:直管段前五(5D)后二(2D)即可充分滿足使用要求。
- 使用壽命長(zhǎng):彎管傳感器耐溫、耐壓、耐腐蝕、耐磨損、耐振動(dòng)性能好,并對(duì)微量磨損不敏感。傳感器經(jīng)特殊加工處理后壽命至少與管道壽命相同。
- 安裝方便、耐磨損、免維護(hù):由于彎管傳感器對(duì)磨損不敏感,所以可以直接焊接安裝在管道上,一次焊接完成后再也不存在泄漏等令人頭痛的問(wèn)題,不需維護(hù)。
八、均速管流量計(jì)(威力巴流量計(jì)) 當(dāng)流體流過(guò)探頭時(shí),在其前部產(chǎn)生一個(gè)高壓分布區(qū),高壓分布區(qū)的壓力略高于管道的靜壓。根據(jù)伯努利方程原理,流體流過(guò)探頭時(shí)速度加快,在探頭后部產(chǎn)生一個(gè)低壓分布區(qū),低壓分布區(qū)的壓力略低于管道的靜壓。流體從探頭流過(guò)后在探頭后部產(chǎn)生部分真空,并在探頭的兩側(cè)出現(xiàn)旋渦。均速流量探頭的截面形狀、表面粗糙狀況和低壓取壓孔的位置是決定探頭性能起決定性作用。威力巴均速流量探頭能精確地檢測(cè)到由流體的平均速度所產(chǎn)生的平均差壓。威力巴均速流量探頭在高、低壓區(qū)有按一定準(zhǔn)則排布的多對(duì)取壓孔,使準(zhǔn)確測(cè)平均流速成為可能,截面形狀在探頭能產(chǎn)生精確的壓力分布,固定的流體分離點(diǎn);位于探頭側(cè)后兩邊、流體分離點(diǎn)之前的低壓取壓孔,可以生成穩(wěn)定的差壓信號(hào),并且有效防堵。內(nèi)部一體化結(jié)構(gòu)能避免信號(hào)滲漏,提高探頭結(jié)構(gòu)強(qiáng)度,保持*高精度。
技術(shù)指標(biāo):
- 公稱壓力:≤32MPa
- 溫度范圍:-180℃-650℃
- 公稱通徑:DN25mm-DN6000mm
- 精度等級(jí):1.0