摘要：檢測(cè)儀表(biǎo)的合理選型正确使(shǐ)用不(bú)僅是(shì)工(gōng)藝生産(chǎn)的需要,也(yě)是節能降(jiàng)耗(hào)的需(xū)要(yào)。對玻璃(lí)生産線(xiàn)常見(jiàn)的氣體流(liú)量計 的(de)選(xuǎn)型與(yǔ)應用進(jìn)行一些(xiē)探讨(tǎo)。
　　玻璃(lí)生産線(含(hán)全氧燃燒(shāo)、富氧燃(rán)燒、特種玻璃(lí)、深(shēn)加工玻(bō)璃(lí)線等)常有些(xiē)氣體介(jiè)質的流量需要測(cè)量，如(rú)助燃風、調溫風(fēng)等冷卻風、壓縮(suō)空氣、惰性氣、氮(dàn)氣、氫氣(qì)、氧氣、天然氣(qì)、液化氣、蒸(zhēng)汽等。以(yǐ)最常見的風(fēng)流量計的(de)選型應(yīng)用(yòng)爲例,按時(shí)期先後大(dà)緻如下:節流差(chà)壓式流(liú)量計(标(biāo)準節流孔闆、文(wén)丘(qiū)裏，管等(děng)), 渦街(jiē)流量(liàng)計 ,差壓式(shì)流量計(jì)(均速管(guǎn)流量計(jì)), 熱(rè)式質(zhì)量流量計 ,節流(liú)差(chà)壓式流量計(jì)(彎管(guǎn)流量(liàng)計),節(jiē)流差壓(yā)式流量(liàng)計( 多孔孔(kǒng)闆平(píng)衡流量計 )等。幾(jǐ)種流量計各有(yǒu)優缺點,下面(miàn)對(duì)它們進行(háng)一-些(xiē)分析探(tàn)讨,以期合理(lǐ)選(xuǎn)型正确(què)使用。
1标(biāo)準(zhǔn)節流(liú)差壓(yā)式流量計(jì)
　　标準節流(liú)孔闆(pǎn)及文丘(qiū)裏管等(děng)典型的(de)節流 差(chà)壓式(shì)流(liú)量計 ,是(shì)傳統最常(cháng)見的流量計。基(jī)于流(liú)體連續(xù)性(xìng)原理(lǐ)和流(liú)體(tǐ)力學能(néng)量守(shǒu)衡原(yuán)理,遵(zūn)從伯(bó)努利定(dìng)律(lǜ)。标準節(jiē)流式流(liú)量計(jì)的(de)基本公式爲(wèi):
質量流量(liàng):m=α?ad(2ρΔp)1/2
體積(jī)流量(liàng):q=m/p=α?ad(2ρΔp)1/2
式中(zhōng):α爲流(liú)量(liàng)系數;?爲(wèi)流束(shù)膨脹系數(shù);ad爲工作狀(zhuàng)态下(xià)節流(liú)件開孔面(miàn)積;ρ爲節流件.上(shàng)遊側取壓(yā)處流(liú)體密(mì)度，标(biāo)準節流件上、下遊側(cè)規定(dìng)的取壓孔(kǒng)位(wèi)置上所(suǒ)測得(dé)的靜壓力之差。
以孔(kǒng)闆流(liú)量計爲例，推(tuī)導得其應用(yòng)公(gōng)式爲:
q=0.01252α?k,d2(Δp/ρ)1/2(3)
　　當(dāng)孔闆流(liú)量系數(shù)α、流束(shù)膨脹(zhàng)系數(shù)ε、管道與孔(kǒng)闆材(cái)料熱膨(péng)脹(zhàng)校正(zhèng)系數(shù)k1、流體密度(dù)ρ及孔(kǒng)闆節流孔(kǒng)徑d近似(sì)視(shì)爲(wèi)常數c時(shí)，流體流量(liàng)q與孔闆前、後的(de)壓力差Δp的(de)平方(fāng)根成(chéng)正比，公式(shì)簡化爲(wèi):
q=cap2(4)
　　孔闆(pǎn)流(liú)量計優(yōu)點(diǎn)是經(jīng)典成熟(shú)，一次測(cè)量元件構造較(jiào)簡單,便于制造(zào)加工。缺點是壓(yā)力損(sǔn)失(shī)大，差壓(yā)信号(hào)較(jiào)小(xiǎo),量程(chéng)比小(xiǎo)，一般爲3:1,要(yào)求直管段(duàn)長,需要占(zhàn)用較長的(de)工藝管(guǎn)路(lù),無法在線(xiàn)拆裝檢修(xiū),檢測件和(hé)管路(lù)安裝(zhuāng)較(jiào)麻煩,需(xū)另外配套(tào)差壓(yā)變送(sòng)器,大口徑(jìng)管路流(liú)量(liàng)測量(liàng)時,無論(lùn)是性/價(jià)比還是(shì)安(ān)裝方(fāng)面考慮均不可取。
　　當流體實際(jì)工況(密度、成分(fèn)、壓力(lì)、溫度(dù)等)較(jiào)多(duō)地(dì)偏(piān)離設計(jì)計算參數時,将(jiāng)引入很大(dà)的測(cè)量誤差;當孔闆(pǎn)前、後的直管段(duàn)長(zhǎng)度不滿(mǎn)足規(guī)定要(yào)求時也會(huì)導緻(zhì)較(jiào)大(dà)的測量誤差(爲了保證标稱的(de)測量(liàng)精度,近(jìn)年的新(xīn)标準對直(zhí)管(guǎn)段長度有加(jiā)長的(de)趨勢),孔(kǒng)闆加工精度、變形、節流孔(kǒng)入口邊緣磨(mó)損變鈍(dùn)等也(yě)影(yǐng)響測(cè)量精(jīng)度。此外,安裝使用不(bú)當,也會(huì)附(fù)加測(cè)量(liàng)誤差。比如孔(kǒng)闆中心與管道中心(xīn)不同心,管道内表面(miàn)不光(guāng)潔,管道變形或(huò)内(nèi)徑偏離設計計算(suàn)取值,上、下遊取壓管(guǎn)不-緻(高度(dù)、阻(zǔ)力、受熱(rè)等),取壓管(guǎn)路、接(jiē)頭、閥(fá)門洩(xiè)漏或(huò)堵塞(sāi),配套(tào) 差壓(yā)變送器 誤(wù)差等(děng)。
　　标準孔(kǒng)闆或文丘裏(lǐ)管流(liú)量計(jì)在浮(fú)法玻璃生(shēng)産線上有一些應用,但(dàn)由(yóu)于壓(yā)力損大,不(bú)利于節能(néng)降耗(hào),工藝(yì)管路(lù)又(yòu)往往較(jiào)難獲得(dé)測(cè)量所(suǒ)需的足夠長的(de)直管段,不能在線拆(chāi)裝(zhuāng)檢修,加(jiā)上要(yào)配(pèi)套取壓(yā)管路和差壓變(biàn)送器(qì),安(ān)裝相對(duì)較麻煩,壓力、溫(wēn)度變動(dòng)較大時(shí)若不(bú)采取自動(dòng)補償則誤(wù)差很(hěn)大,故(gù)後來(lái)采用(yòng)得較(jiào)少(shǎo)。對于大(dà)口徑(jìng)低(dī)壓力風(fēng)管流量測(cè)量更(gèng)不宜(yí)采用。
從節(jiē)能降(jiàng)耗的(de)角度考慮,建議盡量(liàng)少選用标(biāo)準節(jiē)流孔闆(pǎn)等流量(liàng)計,改選壓(yā)力損(sǔn)失小的其(qí)它新(xīn)型流量(liàng)計。
2渦街(jiē)流量計(jì)
　　渦街流量計(旋渦流量(liàng)計)屬流體振動(dòng)流量計,基(jī)于karman卡i門]渦街(jiē)效應原理。流體在(zài)非流(liú)線型(xíng)阻擋物(旋(xuán)渦發生體(tǐ))後的(de)兩側會(huì)産(chǎn)生兩列交錯排(pái)列的(de)旋渦。旋渦分離(lí)的頻(pín)率f與(yǔ)阻擋(dǎng)物側面的流速(sù)v成正比,與(yǔ)阻擋物的迎流(liú)面寬(kuān)度d成反比(bǐ),遵從下列公式:
其中(zhōng)st爲strouhal斯特(tè)勞哈爾數,雷(léi)諾數在一(yī)定區段範(fàn)圍内(nèi)s,是常數。
由壓電(diàn)元(yuán)件測得頻率(lǜ)f,便可(kě)測得工況(kuàng)流速v,管道(dào)有效截面(miàn)積(jī)4已知,進(jìn)而可獲(huò)得流體流(liú)量(liàng)。
　　其測量是(shì)基于漩渦頻率,因而(ér)不存在零(líng)點和(hé)量(liàng)程(chéng)的漂(piāo)移問(wèn)題;輸出與(yǔ)工況流量(liàng)成正(zhèng)比,不受流(liú)體密度、成(chéng)分、壓(yā)力、溫(wēn)度等(děng)影響,但若(ruò)轉換(huàn)爲标況流量,則也(yě)要(yào)進行(háng)壓力、溫度修正(zhèng)。已有(yǒu)一(yī)體(tǐ)化渦街質量(liàng)流量計(jì)。 插入式(shì)渦(wō)街流(liú)量(liàng)計 無(wú)須占用工藝管(guǎn)段。安裝(zhuāng)簡單,維護使用(yòng)方便,無堵塞之(zhī)慮。國(guó)内(nèi)外在不少場合用渦街(jiē)流量計取(qǔ)代傳統孔(kǒng)闆(pǎn)、 渦輪流(liú)量計(jì) 等(děng)。
　　渦街流量計(jì)量程(chéng)比一(yī)般(bān)爲10:1,優(yōu)于孔闆等差(chà)壓式流量(liàng)計,但不及(jí)熱式(shì)流量計。其測量(liàng)下限(xiàn)值取決于是否(fǒu)産生漩渦(wō)(流體黏度(dù)是(shì)主(zhǔ)内因(yīn))和漩(xuán)渦強(qiáng)度是否足夠(流(liú)體密度(dù)是(shì)主内(nèi)因)。一般不适用于低(dī)流(liú)速(sù)流體(tǐ),有時不得(dé)不将(jiāng)工藝(yì)管道縮管(guǎn),以提(tí)高流(liú)速。雙(shuāng)發(fā)生體的渦街(jiē)流量計可(kě)以(yǐ)測(cè)量雷諾數(shù)較低(dī)的流體(tǐ)。渦街流(liú)量計(jì)要(yào)求的直管段長,不(bú)适合(hé)低流速測量，怕(pà)振動。在(zài)直管段(duàn)足夠長(zhǎng)、流速足夠大、無(wú)較大振(zhèn)動的場(chǎng)合可選(xuǎn)用。直管(guǎn)段足夠長時(shí),最好(hǎo)采用(yòng)平均流速點法(fǎ),插入(rù)深l=0.121d,測量精(jīng)度(dù)幾乎不(bú)受雷(léi)諾數變化的影(yǐng)響;直管段(duàn)較短(duǎn)時,一般(bān)采用中(zhōng)心最大流速點法,插入深l=0.5d.
　　在浮(fú)法玻(bō)璃生(shēng)産線(xiàn)上,影(yǐng)響其被選(xuǎn)用的主(zhǔ)要(yào)是現(xiàn)場沒(méi)有測量所(suǒ)需的足夠長的(de)直管段,環境(jìng)振(zhèn)動和測量(liàng)下限(xiàn)值限制(zhì)等因素(sù)。
3均速(sù)管流量計
　　屬差壓(yā)式流量(liàng)計,由單點測速的皮(pí)托管(guǎn)演變(biàn)發展而來,基于(yú)流體力學能量(liàng)守衡原理,遵從伯努利(lì)定律。流(liú)體的全壓(總壓(yā)力)等(děng)于其動壓(yā)加靜(jìng)壓，測得流體(tǐ)的平均全壓(yā)與平均靜壓之(zhī)差dp,就獲得流體(tǐ)的平(píng)均(jun1)動(dòng)壓值(zhí)。流體(tǐ)的平均動(dòng)壓即平均差壓(yā)dp與平均流速(sù)v間(jiān)的關系(xì)爲:
v=k(20p/p)(6)
q=av(7)
式中(zhōng):k爲均(jun1)速管流量(liàng)系數(shù);4爲管(guǎn)道有(yǒu)效截(jié)面積。
　　均速(sù)管流量計(jì)導緻(zhì)的流體(tǐ)壓(yā)力損(sǔn)失很小，永(yǒng)久壓(yā)力損(sǔn)失僅是标(biāo)準(zhǔn)孔闆的5%以下(xià),均速(sù)管結構簡(jiǎn)單,安裝維(wéi)護比較方便(但(dàn)比渦(wō)街流量(liàng)計和熱式質量流量計(jì)要增加取壓導(dǎo)壓管和差壓變送器(qì)),大口(kǒu)徑管路流(liú)量(liàng)測量時(shí)優點突出。各公(gōng)司标稱的所需(xū)直管段差(chà)異很大,有的小到2d,大(dà)的卻(què)要20d;價(jià)格差(chà)異也很大,不含(hán)差壓(yā)變送器(qì),便(biàn)宜的一兩千元(yuán),貴的上萬元。
　　均(jun1)速管流量計第(dì)一代圓型(xíng)截面(miàn)産品缺點是(shì)互換性(xìng)較(jiào)差(chà),k值欠(qiàn)穩定(dìng),差壓(yā)信号(hào)小，取壓孔(kǒng)有堵(dǔ)塞之慮。針對缺(quē)點,近(jìn)十幾年出現了第二代(橢(tuǒ)圓型、扇型、菱型(xíng)即寶石鑽(zuàn)石型(xíng)、子彈型、機翼型等)和第三代産(chǎn)品(t型)。emerson旗下(xià)的羅(luó)斯蒙特(tè)推出的t型專(zhuān)利産(chǎn)品，具(jù)有本質抗堵性(xìng),信噪比(bǐ)大,k值穩定,測(cè)量精(jīng)度較高,對安裝(zhuāng)要求降低(dī)。
一些(xiē)玻璃(lí)廠用戶反映,均(jun1)速管風(fēng)流(liú)量計(jì)安裝初期(qī)尚好(hǎo),後期(qī)檢測不正(zhèng)常。可能原(yuán)因無(wú)外(wài)乎(hū)以下幾點(diǎn):
①均速管正(zhèng)負檢(jiǎn)測孔(kǒng)堵(dǔ)塞(sāi);或均速管未固(gù)定安裝好,正壓檢測孔未正對流體(tǐ)方向。
②取壓導壓(yā)管洩漏或堵塞(若洩漏不僅會(huì)直接(jiē)影響(xiǎng)測量,還由(yóu)于有含塵(chén)流體緩(huǎn)慢(màn)流動,易導(dǎo)緻均(jun1)速管(guǎn)内積雜塵(chén),易堵(dǔ)塞)。
③閥門(含 三閥(fá)組 )堵塞或(huò)洩漏(lòu)。
④差壓變送器異(yì)常。
排除以上故(gù)障後應可恢複(fú)正常工作(zuò),無須更(gèng)換流(liú)量計。
　　需(xū)要提(tí)示的是,若(ruò)直管段不(bú)夠長(zhǎng),會引(yǐn)入測(cè)量誤差。另外,若沒有(yǒu)采用(yòng)溫、壓自動(dòng)補償,而實際.運(yùn)行工藝(yì)參(cān)數(尤其是(shì)壓力)偏離(lí)均速管選(xuǎn)用設(shè)計值較大(dà)時,将(jiāng)引入較大的測(cè)量誤差,在(zài)助燃風等普(pǔ)遍采用(yòng)變頻(pín)調速控制(zhì)的情況下此問題較(jiào)突出,建議(yì)應采(cǎi)用溫、壓自動補償(cháng)。
4熱式質量流量(liàng)計(jì)
　　 熱式(shì)質(zhì)量(liàng)流量(liàng)計基(jī)于熱傳遞原理。傳感(gǎn)元件是封(fēng)裝于(yú)不鏽(xiù)鋼套管内的2個精密(mì)熱(rè)電阻rtd(一般爲鉑電(diàn)阻(zǔ))，其一是(shì)流體介(jiè)質溫度(dù)傳感元件，另一(yī)爲加(jiā)熱兼(jiān)傳感(gǎn)元件，由它(tā)們組(zǔ)成惠斯登電橋的兩(liǎng)個橋臂，控(kòng)制加熱傳感器(qì)的加熱功率，以(yǐ)使加熱傳(chuán)感器(qì)和參比(bǐ)溫度傳(chuán)感器(qì)間保(bǎo)持恒(héng)定溫差(chà)Δt=t,-t.=常數。流(liú)體流過加熱傳(chuán)感器(qì)所帶走的(de)熱量(liàng)和流體的(de)流速與密度之(zhī)積ρv的m次(cì)方成正(zhèng)比，即(jí)與流體的(de)質(zhì)量流量的m次(cì)方成(chéng)正比。流(liú)體(tǐ)的質量流量變(biàn)化時(shí)，必(bì)須同時(shí)相應改變加熱(rè)傳感器的加熱(rè)功率，才能(néng)保持Δt不變(biàn)，故測得加熱功率(lǜ)就間接地測得流體的(de)質量(liàng)流量。檢測(cè)元件(jiàn)總熱損失(shī)e與質量流(liú)速ρv、質量流量(liàng)m間的函(hán)數關系(xì)式(shì)如下(xià):

　　式(shì)中(zhōng):k爲(wèi)流體導(dǎo)熱系數;a,爲(wèi)被加熱元件(jiàn)面(miàn)積;b爲(wèi)傳感器支(zhī)撐件(jiàn)的自然(rán)對流、熱(rè)輻射(shè)和熱傳導(dǎo)總的熱(rè)傳遞(dì)常(cháng)數(相(xiàng)對于(yú)介質的強(qiáng)制對流，傳感器的自然對(duì)流、熱(rè)輻射和熱(rè)傳導影響極小);c爲.常(cháng)數;d爲傳感器直徑;μ爲(wèi)流體(tǐ)黏度(dù);m爲(wèi)系數(一(yī)般m≥0.3);t,爲元件(jiàn)表面(miàn)溫度;t爲介質(zhì)溫(wēn)度;a爲管道有效(xiào)截面(miàn)積。
　　熱(rè)式工(gōng)作原(yuán)理的質量(liàng)流(liú)量計幾十年(nián)前就有，但獲得推廣(guǎng)應用(yòng)是近十幾年(nián)的(de)事。遺(yí)憾的(de)是目(mù)前國内售價仍(réng)太高(gāo)，其實測量原(yuán)理(lǐ)和制造工(gōng)藝并(bìng)不太複(fú)雜。相信(xìn)随着制(zhì)造(zào)商的(de)增加(jiā)和競(jìng)争的(de)引入，其價格可望逐漸降至與(yǔ)渦街流量計相(xiàng)當。
　　熱(rè)式(shì)質量流量計有(yǒu)許多優(yōu)點:一體化結構(gòu)，安裝方(fāng)便(biàn)，直接測得(dé)質(zhì)量流量，不受溫、壓等波(bō)動(dòng)影(yǐng)響，量程比(bǐ)大，壓力損小，直(zhí)管段要求也比(bǐ)較低，“能适(shì)應較惡劣(liè)環(huán)境(jìng)，響應速度快(可達1s)等(děng)。尤其(qí)突出的是高量程比，一般100:1以上，甚(shèn)至可達(dá)300:1,特别(bié)是(shì)在量程(chéng)低端(duān)也(yě)有極高(gāo)的靈敏度(dù)和精(jīng)度，這在工(gōng)況參(cān)數事先不(bú)能确知的場合(hé)是很(hěn)可貴的。缺點是(shì)目前價仍較高(gāo)(進口産品(pǐn)約2萬)，并且長期使用(yòng)也會(huì)在傳感元(yuán)件處黏附粉塵(chén)雜質，影響測量(liàng)，需及時(shí)清潔。對(duì)于天然(rán)氣、液化(huà)氣、氧、氫等非空(kōng)氣(qì)流體(氮(dàn)氣接近空(kōng)氣(qì)，誤(wù)差(chà)較(jiào)小)，應(yīng)要求供應(yīng)商按實(shí)氣标定(dìng)，否則誤差較大。
熱式質量(liàng)流量(liàng)計在(zài)浮(fú)法玻璃(lí)線上(shàng)獲得(dé)了廣(guǎng)泛應用(yòng)。
5多函數孔孔(kǒng)闆平衡式(shì)流量計
　　标準節(jiē)流孔闆、文丘裏(lǐ)管等傳統(tǒng)節流差壓(yā)式(shì)流量計(jì)永久(jiǔ)壓力(lì)損大(由(yóu)于死區和大(dà)量渦流(liú))，量程比小，要求直管段(duàn)長，尤(yóu)其不(bú)适合(hé)允許(xǔ)壓力損小(xiǎo)、直管段短(duǎn)和大(dà)口徑(jìng)管(guǎn)路的測(cè)量。
　　新型的a+k多函數孔(kǒng)圓盤式平衡流(liú)量(liàng)計bfm(balancedflowmeter)，是美(měi)國(guó)航(háng)空(kōng)航天局(jú)、馬歇爾航空飛行中心深人研究、大量(liàng)試(shì)驗的(de)成果，巧妙地将(jiāng)傳(chuán)統(tǒng)整流(liú)器和(hé)節流件一(yī)體化(huà)、創新化，雖(suī)然原(yuán)理類(lèi)同标(biāo)準孔(kǒng)闆等節流式差壓流量計，同樣(yàng)遵從伯努(nǔ)利定律，但(dàn)由于圓盤(pán)具有(yǒu)多(duō)個(gè)獨特的函數孔(kǒng)，在節(jiē)流同時還對流體進行整流和(hé)平衡調(diào)整，因此(cǐ)在減小(xiǎo)直(zhí)管段要求(qiú)(最短0.5d)，減小(xiǎo)永久壓力損(是(shì)傳統的1/3),提(tí)高量程比(>10:1)、測量(liàng)精度(dù)(優于0.5%)、穩定(dìng)性(噪(zào)聲是(shì)傳統的1/15)、耐(nài)污堵等方(fāng)面均有極大改(gǎi)善(shàn)。還(hái)可測雙(shuāng)向(xiàng)流、氣液兩相(xiàng)流(liú)、漿料(liào)甚至(zhì)固體顆粒(lì)流，幾乎适用于(yú)所有流體。
　　缺點(diǎn)是由于(yú)專有技(jì)術、前期開發等因素(sù)，目前售價(jià)比較高，相(xiàng)信總(zǒng)趨勢将逐(zhú)漸向(xiàng)标準(zhǔn)節流(liú)件價(jià)格靠(kào)攏;此外，雖(suī)然永(yǒng)久(jiǔ)壓力損比傳(chuán)統标準節(jiē)流件小(xiǎo)很多(duō)，但(dàn)仍比(bǐ)熱式、均速管等流量計壓(yā)力損(sǔn)大，特(tè)别是用于低壓(yā)流體(tǐ)時，其(qí)永久壓力(lì)損往往高(gāo)于總(zǒng)壓力的(de)10%以(yǐ)上;另(lìng)外，與标(biāo)準節流件一樣(yàng)，要配套(tào)取壓管(guǎn)路(lù)和差壓變送器，壓力(lì)、溫度(dù)變(biàn)動較大(dà)時要(yào)采取自動(dòng)補償;大(dà)口徑管(guǎn)路流量測量時(shí)，無論(lùn)是性1價比(bǐ)還是安(ān)裝方面(miàn)考慮均無(wú)優勢。
　　多孔平衡式流(liú)量計将逐(zhú)漸取代原來傳統的(de)标準(zhǔn)差壓式節(jiē)流裝(zhuāng)置，随着價(jià)格的(de)逐漸(jiàn)下降(jiàng)和節能(néng)降耗事業的深入(rù)發展，其在流量測量(liàng)領域(yù)将(jiāng)有較廣闊的應用前景(jǐng)。

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