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長頸噴嘴和孔板流量計(jì)對比

來源:南京金諾儀表有限公司   2025年02月17日 14:07  

長頸噴嘴和孔板流量計(jì)對比

在工業(yè)流量測量領(lǐng)域,精準(zhǔn)測量流體流量對于保障生產(chǎn)過程的穩(wěn)定運(yùn)行、提高能源利用效率以及確保產(chǎn)品質(zhì)量起著關(guān)鍵作用。長頸噴嘴和孔板流量計(jì)作為兩種常用的流量測量設(shè)備,各自憑借性能特點(diǎn),在不同的工業(yè)場景中發(fā)揮著重要作用。下面,我們將從多個維度對這兩種流量計(jì)展開深入細(xì)致的對比。

一、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

長頸噴嘴

長頸噴嘴從結(jié)構(gòu)上看,其入口收縮部分的設(shè)計(jì)十分精妙,它能夠使流體平穩(wěn)且迅速地收縮,逐漸調(diào)整流速分布 ,讓流體在進(jìn)入圓筒形喉部時,形成較為理想的流束狀態(tài)。圓筒形喉部是保證測量精度的關(guān)鍵部位,在這個區(qū)域,流體流速穩(wěn)定,壓力分布均勻,為準(zhǔn)確測量壓差提供了良好的條件。下游端平面則對流體起到一定的緩沖和整理作用,減少流體流出時的擾動。
它的取壓方式通常為 D-D/2 取壓,即上游取壓口位于距離噴嘴入口端面為管道內(nèi)徑 D 處,下游取壓口位于距離噴嘴入口端面為 D/2 處。這種取壓方式經(jīng)過長期的實(shí)踐驗(yàn)證,能夠較為準(zhǔn)確地反映出流體流經(jīng)噴嘴時產(chǎn)生的壓差變化。
由于整體結(jié)構(gòu)堅(jiān)固且無復(fù)雜活動部件,在石油化工等存在強(qiáng)腐蝕、高振動環(huán)境的生產(chǎn)線上,長頸噴嘴能夠長期穩(wěn)定運(yùn)行,保障流量測量工作的順利進(jìn)行。

孔板流量計(jì)

孔板流量計(jì)主要由標(biāo)準(zhǔn)孔板以及多參數(shù)差壓變送器構(gòu)成,部分還會配備溫度變送器和壓力變送器。標(biāo)準(zhǔn)孔板是一塊中央開有圓形小孔的薄板,小孔的直徑、板厚以及邊緣的銳利程度等參數(shù)都有著嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。當(dāng)流體流經(jīng)孔板時,由于流通面積突然縮小,流速加快,在孔板前后就會形成明顯的壓力差。
其結(jié)構(gòu)簡單,在一些小型工廠的水流量測量系統(tǒng)中,技術(shù)人員可以輕松完成孔板流量計(jì)的安裝與調(diào)試工作。不過,在長期面對高速、高含沙量的水流沖刷時,孔板的邊緣會逐漸磨損,原本銳利的直角邊緣會變得圓滑,進(jìn)而改變流體流經(jīng)時的壓力分布,導(dǎo)致測量精度下降。

二、工作原理

長頸噴嘴

根據(jù)伯努利方程,理想流體在穩(wěn)定流動時,其動能、勢能和壓力能之和保持不變。同時,流體連續(xù)性方程表明,在流管中,流體的流速與流通截面積成反比。當(dāng)流體流經(jīng)長頸噴嘴時,在入口收縮部分,流速逐漸加快,壓力能部分轉(zhuǎn)化為動能,壓力降低;進(jìn)入圓筒形喉部時,流速達(dá)到最大值,壓力達(dá)到最小值;在下游端平面,流速又逐漸降低,壓力回升。通過測量喉部前后的壓差,并結(jié)合事先確定的流體密度、粘度等物性參數(shù)以及噴嘴的幾何尺寸參數(shù),利用相關(guān)的流量計(jì)算公式,就可以精確計(jì)算出流體的流量。
在熱電廠的蒸汽流量測量中,通過精準(zhǔn)測量蒸汽流經(jīng)長頸噴嘴產(chǎn)生的壓差,再結(jié)合蒸汽的溫度、壓力等參數(shù),能夠準(zhǔn)確計(jì)算出蒸汽的質(zhì)量流量,為電廠的能源核算和生產(chǎn)調(diào)度提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)。

孔板流量計(jì)

孔板流量計(jì)同樣基于流體力學(xué)的基本原理。當(dāng)流體流經(jīng)孔板時,在孔板前,流體流速相對較慢,壓力較高;在孔板處,流通面積突然減小,流速急劇增大,壓力迅速降低;在孔板后,流體逐漸擴(kuò)散,流速又逐漸降低,壓力逐漸回升。這個壓力差與流體的流量之間存在確定的函數(shù)關(guān)系。
在實(shí)際應(yīng)用中,通過差壓變送器測量出孔板前后的壓力差,再根據(jù)事先在實(shí)驗(yàn)室或?qū)嶋H工況下標(biāo)定好的流量系數(shù),代入流量計(jì)算公式,即可得到流體的流量值。然而,流量系數(shù)并非固定不變,它會受到雷諾數(shù)、孔板的粗糙度、流體的流動狀態(tài)等多種因素的影響。在不同的工況下,比如測量不同溫度、粘度的液體時,需要對流量系數(shù)進(jìn)行重新測定或修正,以確保流量測量的準(zhǔn)確性。

三、優(yōu)缺點(diǎn)對比

長頸噴嘴

  • 優(yōu)點(diǎn)

    • 測量精度高:其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及科學(xué)合理的取壓方式,能夠有效減少測量過程中的誤差。在對流量測量精度要求苛刻的航天燃料輸送系統(tǒng)中,長頸噴嘴能夠精確測量燃料的流量,確保發(fā)動機(jī)在不同工況下都能獲得精準(zhǔn)的燃料供應(yīng)。

    • 壓力損失小:相較于一些其他類型的流量計(jì),長頸噴嘴在流體流經(jīng)過程中,壓力損失能夠控制在較小的范圍內(nèi)。在大型供熱管網(wǎng)中,較小的壓力損失意味著可以減少供熱泵的能耗,降低整個供熱系統(tǒng)的運(yùn)行成本。

    • 量程比寬:可以適應(yīng)從較低流量到較高流量的大幅度變化。在化工生產(chǎn)中,當(dāng)反應(yīng)過程需要在不同流量條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)時,長頸噴嘴能夠準(zhǔn)確測量不同工況下的流體流量,為工藝優(yōu)化提供可靠的數(shù)據(jù)支持。

    • 使用壽命長:堅(jiān)固的結(jié)構(gòu)和良好的耐沖擊性能,使其在惡劣的工作環(huán)境下依然能夠保持穩(wěn)定的工作狀態(tài)。在礦山的高壓水噴射系統(tǒng)中,長頸噴嘴經(jīng)受住了高壓水的頻繁沖擊和水中雜質(zhì)的磨損,長期穩(wěn)定地測量水流量。

    • 無需實(shí)流標(biāo)定:按照國標(biāo) GB/T2624 - 93 進(jìn)行設(shè)計(jì)制造,并依據(jù)國標(biāo) JJG640 - 94 進(jìn)行檢定,通過幾何檢定即可投入使用,無需花費(fèi)大量的時間和資金進(jìn)行實(shí)流標(biāo)定,降低了使用成本和前期準(zhǔn)備工作的難度。

  • 缺點(diǎn)

    • 生產(chǎn)制造復(fù)雜:由于其對結(jié)構(gòu)精度和加工工藝有要求,在生產(chǎn)過程中,需要使用高精度的加工設(shè)備和先進(jìn)的制造工藝,這使得生產(chǎn)制造過程較為復(fù)雜,對生產(chǎn)廠家的技術(shù)實(shí)力和設(shè)備條件要求較高。

    • 價格較高:綜合考慮生產(chǎn)制造的高成本以及其優(yōu)良的性能,長頸噴嘴流量計(jì)的價格相對孔板流量計(jì)來說偏高。這在一定程度上限制了其在一些預(yù)算有限、對成本較為敏感的小型企業(yè)或一般性流量測量場合的應(yīng)用。

孔板流量計(jì)

  • 優(yōu)點(diǎn)

    • 性價比高:標(biāo)準(zhǔn)孔板經(jīng)過長期的發(fā)展和應(yīng)用,積累了豐富的國際、國家標(biāo)準(zhǔn)以及大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。在滿足一般流量測量需求的情況下,無需進(jìn)行實(shí)流標(biāo)定,大大降低了設(shè)備成本和使用成本,對于預(yù)算有限的企業(yè)來說是一個經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的選擇。

    • 結(jié)構(gòu)簡單:組成部件較少,安裝和維護(hù)工作相對輕松。在小型食品加工廠的液體配料系統(tǒng)中,普通技術(shù)人員經(jīng)過簡單培訓(xùn),就能夠熟練完成孔板流量計(jì)的安裝、調(diào)試和日常維護(hù)工作。

    • 應(yīng)用范圍廣:可以測量氣體、蒸汽、液體和天然氣等多種類型的流體流量。在石油開采、化工產(chǎn)品生產(chǎn)、冶金過程以及城市供水供電等眾多領(lǐng)域的過程控制和流量測量中都有廣泛應(yīng)用。

    • 計(jì)量數(shù)據(jù)可靠:在貿(mào)易結(jié)算領(lǐng)域,孔板流量計(jì)作為計(jì)量表,其計(jì)量數(shù)據(jù)經(jīng)過長期的實(shí)踐驗(yàn)證和行業(yè)認(rèn)可,具有較高的可靠性,能夠?yàn)橘Q(mào)易雙方提供公正、準(zhǔn)確的流量數(shù)據(jù)。

  • 缺點(diǎn)

    • 計(jì)量精度受影響因素多:孔板的尖角在長期受到流體沖刷和腐蝕后,會逐漸磨損,影響流體流經(jīng)時的壓力分布,從而降低測量精度。同時,管道內(nèi)的污垢、雜質(zhì)附著在孔板上,也會對測量結(jié)果產(chǎn)生干擾。在污水處理廠的污水流量測量中,污水中的雜質(zhì)容易附著在孔板上,需要定期對孔板進(jìn)行清理和維護(hù),以確保測量精度。

    • 檢定周期短:一般為 6 - 12 個月,需要頻繁地進(jìn)行檢定工作。這不僅增加了設(shè)備的維護(hù)成本,還需要投入一定的人力和時間成本,影響生產(chǎn)的連續(xù)性。

    • 壓損大:在大口徑管道中,孔板前后的壓差測量難度較大,而且由于孔板流量計(jì)自身的精度等級相對不高,對于一些對壓力損失要求嚴(yán)格、需要高精度測量的系統(tǒng),如精密化工生產(chǎn)中的微量液體輸送系統(tǒng),不太適用。

四、適用場景

長頸噴嘴

由于具備耐高溫高壓、耐沖擊、測量精度高以及壓力損失小等顯著特點(diǎn),長頸噴嘴主要適用于對測量精度和穩(wěn)定性很有要求,且對壓力損失較為敏感的工業(yè)生產(chǎn)過程。例如,在火力發(fā)電廠的高溫、高壓蒸汽流量測量中,準(zhǔn)確的蒸汽流量數(shù)據(jù)對于電廠的能源效率評估、發(fā)電成本核算以及機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要,長頸噴嘴能夠很好地滿足這些要求。在熱網(wǎng)管路中,為了保證供熱的均勻性和能源利用效率,需要精確測量熱水的流量,同時盡量減少壓力損失,長頸噴嘴也是理想的選擇。

孔板流量計(jì)

適用于對成本較為敏感,對流量測量精度要求不是特別高的一般性流量測量場合。在石油開采和輸送過程中,對于一些常規(guī)的原油、天然氣流量測量,孔板流量計(jì)憑借其性價比高、結(jié)構(gòu)簡單和應(yīng)用范圍廣的特點(diǎn),能夠滿足基本的流量監(jiān)測需求。在冶金行業(yè)的一些大型冷卻水循環(huán)系統(tǒng)中,對水流量的測量精度要求相對不高,孔板流量計(jì)可以穩(wěn)定地工作,為系統(tǒng)的正常運(yùn)行提供流量數(shù)據(jù)支持。同時,在貿(mào)易結(jié)算的流量計(jì)量中,孔板流量計(jì)也因其可靠的計(jì)量數(shù)據(jù),被廣泛應(yīng)用于各類大宗商品的流量結(jié)算。
綜上所述,長頸噴嘴和孔板流量計(jì)各有其優(yōu)缺點(diǎn)和適用場景。在實(shí)際工業(yè)應(yīng)用中,企業(yè)需要根據(jù)自身的具體工藝要求、流體的特性、測量精度的嚴(yán)格程度以及成本預(yù)算等多方面因素,進(jìn)行全面、綜合的考量,從而選擇出流量計(jì),以確保流量測量工作的準(zhǔn)確性、可靠性,滿足生產(chǎn)過程的實(shí)際需求,推動工業(yè)生產(chǎn)的高效、穩(wěn)定運(yùn)行。


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