氣體流量檢測是工業(yè)測量的重點也是難點。 孔板、噴嘴等傳統(tǒng)差壓式流量計由于先天結(jié)構(gòu)的缺陷, 實際應(yīng)用效果很不理想：如流出系數(shù)不穩(wěn)定、線性差, 易積污、壓損大、量程比小, 特別是對直管段的要求在實際使用中很難滿足。尤其是雜質(zhì)較多的混合煤氣和高溫高壓的蒸汽流量檢測一直是流量測量的難點。我們曾使用過孔板、 超聲波流量計、渦街流量計、威力巴流量計等測量混合煤氣和蒸汽, 但應(yīng)用效果都很不理想, 且問題頻出, 例如數(shù)據(jù)不準確、不穩(wěn)定、波動大、 易臟污、難清理、計量異議多等。采用蒸汽流量計后, 流量檢測取得了很好的應(yīng)用效果, 解決了困擾生產(chǎn)的諸多計量難題, 因此蒸汽流量計在濟鋼的應(yīng)用越來越廣泛。
1、部分常用流量計的優(yōu)缺點：
1. 1、威力巴流量計：
威力巴流量計是一種差壓式流量檢測儀表。 其優(yōu)點有:
（1）適應(yīng)環(huán)境能力強, 在干凈介質(zhì)中運行穩(wěn)定、可靠。
（2）結(jié)構(gòu)簡單。
（3）可在線安裝、維護。
（4）幾乎無壓力損失。
缺點有:
（1） 適應(yīng)性差, 不適合臟污介質(zhì)的測量, 取壓管路易堵塞。
（2）不能測量雙向流和脈動流流量。
（3）選型條件要求嚴格。
目前, 威力巴流量計在濟鋼的應(yīng)用較少。
1. 2、渦街流量計：
渦街流量計是根據(jù) “卡門渦街” 原理制造的一種流體振蕩型流量儀表。其優(yōu)點有:
（1）適應(yīng)性較強, 可測量一般的臟污介質(zhì)和混合氣體。
（2）結(jié)構(gòu)簡單, 無可動部件。
（3）量程下限低, 量程范圍寬。
（4）壓力損失小。
缺點有:
（1）氣體介質(zhì)含塵、含油量大時可能導(dǎo)致旋渦發(fā)生體變形, 影響測量結(jié)果。
（2）不能測量雙向流和脈動流流量。
（3）不能在線安裝。
（4）屬于速度式流量儀表, 需要溫度、壓力補償。
目前, 渦街流量計在濟鋼的應(yīng)用比較少, 其他流量計如孔板、文丘利管、噴嘴、超聲波流量計等在濟鋼的應(yīng)用也很少, 這里就不一一列舉闡述。
2、蒸汽流量計的結(jié)構(gòu)原理：
蒸汽流量計與其他差壓式流量計原理相同, 都遵循封閉管道中流體質(zhì)量守恒和能量守恒定律, 蒸汽流量計是通過管道中心軸線處的流體節(jié)流件達到流體的均速測量效果, 蒸汽流量計結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示。
圖：蒸汽流量計結(jié)構(gòu)示意圖
蒸汽流量計的管道中心處懸掛著一個V形錐體 ( 也叫V錐) , 當流體經(jīng)錐體后速度加快, 動能增加, 這部分增加的動能是由錐體下游靜能 ( 壓力) 的下降而轉(zhuǎn)換過來的, 即V形錐的下游會形成一個低壓帶。流體的流量與其流經(jīng)V形錐前后所產(chǎn)生的差壓形成一定的關(guān)系。這便是基于封閉管道中能量相互轉(zhuǎn)換的伯努利定理的應(yīng)用。關(guān)系如下:
基本流量方程為:
可化簡為實用流量方程:
3、蒸汽流量計的主要特點及應(yīng)用優(yōu)勢：
蒸汽流量計與孔板、渦街流量計、超聲波流量計、威力巴流量計的應(yīng)用相比, 其特點顯著, 優(yōu)勢明顯, 現(xiàn)將應(yīng)用情況 總結(jié)如下。
3. 1、對流體的均速作用：
蒸汽流量計的流量測量公式與其他差壓式儀表相似, 但幾何結(jié)構(gòu)卻截然不同。懸掛在管道中的V型錐體, 迫使流體中心部分的流體包圍著V型錐體流過, 管壁附近的流速逐漸加快, 從而達到使流速 “均化”的效果。其他差壓流量計的中心處是空的, 不能使流速 “均化”。這是蒸汽流量計的優(yōu)點之一, 使得流體在低速時仍能產(chǎn)生足夠的差壓, 而傳統(tǒng)的差壓儀表可能早已不能測量。 這種幾何上的設(shè)計使其具有傳統(tǒng)差壓流量計所沒有的優(yōu)點。蒸汽流量計的信號干擾非常低, 在低流量、低差壓的情況下, 仍能保持較高的測量精度和穩(wěn)定性。
3. 2、強抗干擾能力：
流體在管道內(nèi)流動遇到阻礙物會產(chǎn)生 “卡曼旋渦”現(xiàn)象, 這對于差壓式儀表屬于有害干擾, 而蒸汽流量計的結(jié)構(gòu)是邊壁節(jié)流, 節(jié)流件后部產(chǎn)生的干擾流分布是等量相反而相互抵消, 因此干擾很小, 這就是蒸汽流量計在低流量低差壓時還能保持較高測量精度和重復(fù)性的原因。
3. 3、無苛刻的直管段要求：
直管段長度的要求是制約許多流量計在現(xiàn)場應(yīng)用的關(guān)鍵問題, 蒸汽流量計通過中心懸掛的流線形錐體能重塑流速曲線, 在緊靠流體上游和下游較窄的區(qū)域內(nèi), 將流速不規(guī)則的流體直接整流成理想流體, 可以獲得很高的測量精度而不需要長直管段整流, 因此, 只需極短的直管段就能取得準確的測量值, 這也是蒸汽流量計的最大優(yōu)勢所在。
3. 4、具有自清潔功能和防堵專利技術(shù)：
流體在管道中流動, 因管壁的阻力流體在管壁處的流速最慢, 流體中雜質(zhì)臟污顆粒容易沉積在管壁上。但當流體接近V型錐體時, 管道中央流速變慢, 管壁附近流速逐漸加快, 在到達節(jié)流件測量的關(guān)鍵部位時流速最快, 從而對管壁、節(jié)流件表面附近形成了吹掃沖刷作用, 因此雜質(zhì)不會在錐體附近沉積。這一特性決定了流量計長期使用不易堵、基本免維護。蒸汽流量計由于具有可控加熱、多孔取壓和噴涂特殊材料等專利技術(shù), 因此具有極強的自清潔和防堵功能。
3. 5、相對壓損?。?br /> 一般流量計測量時壓力損失較大, 蒸汽流量計由于采用 “逐漸節(jié)流方式”工作, 完全不同于孔板等傳統(tǒng)儀表 “突然節(jié)流”的工作方式, 壓損很小, 壓力損失僅為孔板的1 /3, 比傳統(tǒng)儀表有很大的優(yōu)越性。
3. 6、耐磨損, 長期穩(wěn)定性好：
由于蒸汽流量計的節(jié)流錐體下游邊緣是鈍角, 流動時形成邊界層, 使流體離開了節(jié)流緣, 帶有雜質(zhì)的流體不易磨損節(jié)流緣, 其 β 值長期不變, 使節(jié)流體無需重復(fù)標定, 具有長期的穩(wěn)定性。而孔板等流量計投用一段時間后, 邊緣容易磨損, 導(dǎo)致 β 值改變, 出現(xiàn)測量偏差。
3. 7、適應(yīng)性強：
與濟鋼目前使用的其他類型流量計相比, 蒸汽流量計由于特殊的節(jié)流體構(gòu)造, 應(yīng)用范圍廣泛, 可測蒸汽、煤氣、各種混合氣體和其他液體等。 蒸汽流量計工作溫度可達500 ℃, 可測量雷諾數(shù)為8 000 - 1 × 107。蒸汽流量計的信號干擾非常低, 它在低流量、低差壓的情況下, 仍能保持較高的測量精度和穩(wěn)定性, 因此, 蒸汽流量計適應(yīng)性非常強, 應(yīng)用也越來越廣泛。
