摘(zhāi)要：與孔闆、文丘裏管等傳統差壓式(shì)流量計相(xiàng)比,“邊壁逐漸收(shōu)縮式"v
錐(zhuī)流(liú)量計(jì)
在結(jié)構上(shàng)具有優勢(shì)。v錐流(liú)量計(jì)對安裝前(qián)後直管段(duàn)的(de)要求低(dī),且具有壓(yā)力損失小(xiǎo)、抗髒污、測(cè)量性能優等優(yōu)點。因(yīn)此，在空間(jiān)緊湊的flng裝置上(shàng),将v錐流(liú)量計作(zuò)爲流(liú)量計選型(xíng)的先考(kǎo)量對象(xiàng)。
v錐流量計具備(bèi)錐(zhuī)形管(guǎn)的特殊(shū)結構，能夠對(duì)流經錐(zhuī)體的流體(tǐ)速度分布梯度進行(háng)調整,消除(chú)漩渦二(èr)次(cì)流，降(jiàng)低v錐(zhuī)流量計前(qián)後直管(guǎn)段的要(yào)求。v錐流量計安(ān)裝成本低、量程比寬.信(xìn)号穩定(dìng)、值範圍寬(kuān)。
1v錐(zhuī)流(liú)量計(jì)的(de)工作原(yuán)理和(hé)結構特點
1.1v錐流(liú)量計(jì)的工(gōng)作原理
v錐(zhuī)流量(liàng)計作(zuò)爲1種(zhǒng)差(chà)壓式流量計(jì)，其基(jī)本理(lǐ)論是可以在密(mì)閉(bì)管道中進(jìn)行能量(liàng)相互(hù)轉換(huàn)的伯努利(lì)原理。結合(hé)流動(dòng)連續性原理，可(kě)以推斷在穩定流(liú)場情況下，管(guǎn)道中的(de)流速與錐體(tǐ)前(qián)後(hòu)差壓的平(píng)方根呈正(zhèng)比例(lì).函(hán)數關系。測(cè)得錐體(tǐ)上下(xià)遊的壓力得出(chū)差壓(yā)即(jí)可(kě)實現(xiàn)流量測(cè)量。v錐流(liú)量計(jì)結構見圖(tú)1。
體積流量與(yǔ)差壓的關系由(yóu)下式确(què)定(dìng)如式(1)所示。
體(tǐ)積(jī)流量(liàng)與(yǔ)差(chà)壓的關系(xì)如式2)所(suǒ)示。
式中:d一工(gōng)況下測量(liàng)管的内徑,m;
d一工(gōng)況下v錐體的最(zuì)大直徑(jìng),m;
c一流出(chū)系數,無(wú)量綱;
β一(yī)可膨脹修正系(xì)數,無(wú)量綱(gāng),對不(bú)可壓(yā)縮流(liú)體時(shí)β=1,當流(liú)體(tǐ)是可壓(yā)縮流體時，β<1;
ρ一工(gōng)作狀态下(xià)，節流(liú)件上遊處流體(tǐ)的密度,kg/m³;
△p一差壓(yā)值,pa;
p1一節流件上(shàng)遊導壓處壓力(lì),pa;
p2一節流件(jiàn)下遊(yóu)導壓處壓力，pa。
1.2v錐(zhuī)流量計與其他(tā)節流裝置的比(bǐ)較
v錐流量計将“流體(tǐ)收(shōu)縮到管(guǎn)道中心”的概念(niàn)改變(biàn)爲“收(shōu)縮到(dào)管道的内邊壁(bì)”。當流(liú)體流經錐體與測量(liàng)管道之間的環形通(tōng)道時(shí)，流體逐漸向(xiàng)管内(nèi)壁平滑(huá)收縮，錐體(tǐ)前後(hòu)産生(shēng)差壓,實現(xiàn)流量測(cè)量。錐體(tǐ)在管(guǎn)線中心位置的(de)測(cè)壓(yā)點的(de)流量(liàng)速度(dù)剖面(miàn)最佳，可以在不考慮上(shàng)遊(yóu)流動(dòng)狀況的情況下,獲得精度高、可(kě)靠好的流(liú)量測(cè)量。
孔闆采用“中(zhōng)心突然(rán)收縮式”的節流(liú)方(fāng)式。流(liú)體(tǐ)流經節(jiē)流件(jiàn)時,未對速(sù)度割(gē)面進行整形,在(zài)管道中心(xīn)線附(fù)近突然性的形成(chéng)局(jú)部(bù)收縮。孔(kǒng)闆是帶有同心(xīn)或偏(piān)心圓形開孔的(de)一塊金屬(shǔ)薄闆。當(dāng)流體流經圓形開孔時(shí),管道橫(héng)截(jié)面積的突然(rán)減小使流體局部收縮(suō)，在孔闆下(xià)遊形成幅度較大的(de)漩渦。因爲測壓點需要位(wèi)于流(liú)體流場(chǎng)較穩定(dìng)的區(qū)域以保證(zhèng)其測(cè)量精度和(hé)重複性，在安裝(zhuāng)時對(duì)直管(guǎn)段長度要(yào)求(qiú)(一般前(qián)10d、後5d)。另外，漩(xuán)渦會(huì)造成(chéng)差(chà)壓信号(hào)中的噪(zào)聲(shēng)增大，量程比縮(suō)小，測(cè)量精度降(jiàng)低,由(yóu)能量守(shǒu)恒可知(zhī),漩渦會增(zēng)大壓(yā)損。孔闆的結構(gòu)特點還(hái)會(huì)使孔闆前極(jí)易積污，對内(nèi)孔銳角線磨損從而難以(yǐ)保證精度(dù),使流出系數不穩定(dìng)。
文丘裏管采用(yòng)“中心(xīn)逐漸收縮(suō)式”的節(jiē)流方式(shì)。即流體流(liú)經節(jiē)流件時,在(zài)收縮段逐(zhú)漸收(shōu)縮後(hòu)，才會流經(jīng)管道(dào)中心線附:近的(de)喉道，通過擴散(sàn)段逐漸擴大的(de)管道(dào)流(liú)出。文丘裏管(guǎn)先逐漸收(shōu)縮而後逐(zhú)漸擴(kuò)大的特點，能(néng)夠對流體速(sù)度分布梯(tī)度有效整(zhěng)流,壓(yā)損較(jiào)小，流(liú)出系(xì)數(shù)接近1。但(dàn)是文丘裏管在使用(yòng)過程中喉(hóu)部的(de)磨損(sǔn)嚴重(zhòng),無法長期保持測量(liàng)精度。而且(qiě)文丘裏管漸縮(suō)漸擴(kuò)的(de)結(jié)構特(tè)點,對上(shàng)下遊直(zhí)管段具有(yǒu)要求，在(zài)測量濕氣體(tǐ)、冷凝物(wù)以及固(gù)液兩相介(jiè)質的(de)流量時容易被堵塞(sāi)。
孔闆、文丘裏管等老式差(chà)壓式流量計由(yóu)于其結構(gòu)上的(de)缺陷,無法(fǎ)滿足(zú)flng領域流量測量(liàng)的需(xū)求。而v錐流(liú)量計是(shì)對傳統節流式流量計(jì)改進完善(shàn)後的(de)器件，其結(jié)構特點不僅(jǐn)解決已(yǐ)有差壓式流量(liàng)計的缺(quē)陷，而且(qiě)還有(yǒu)其他測量(liàng)原理的流量計(jì)不具(jù)備的優點(diǎn)。
2v錐流量計的性能特(tè)點(diǎn)
2.1v錐流量(liàng)計的優(yōu)勢
流體(tǐ)在接(jiē)近v錐(zhuī)體流(liú)動時産(chǎn)生(shēng)扁平(píng)的流态分布，v錐(zhuī)流量計可(kě)以比(bǐ)其他(tā)差壓(yā)流量(liàng)計更接近上遊擾動處工作。v錐(zhuī)流量計的(de)建議安裝距離爲上(shàng)遊直(zhí)管段(duàn)直徑的0~3倍(bèi)和(hé)下遊直(zhí)管段直徑(jìng)的0~1倍(bèi)。單個(gè)或雙個彎(wān)頭在(zài)同(tóng)一(yī)平面或接(jiē)近儀表上(shàng)遊時,v錐流(liú)量計(jì)仍然可以産生(shēng)扁平流(liú)态。當不(bú)同流态接近錐(zhuī)體時，始終(zhōng)會産生一個可預測(cè)的流(liú)态,保(bǎo)證儀(yí)表測量。
v錐(zhuī)一次元件(jiàn)的(de)精度可(kě)以達到(dào)士0.5%。v錐一(yī)-次元(yuán)件的重複性高(gāo)達0.1%。可以測(cè)量較低雷諾數範圍(re≥8000)的流量。典(diǎn)型v錐(zhuī)流(liú)量計的(de)量程(chéng)比爲10:1。選擇(zé)合适(shì)的參(cān)數時(shí),可以達到更高(gāo)的量程。
v錐(zhuī)一次元件的精度可以達(dá)到±0.5%。v錐(zhuī)一次(cì)元件(jiàn)的重(zhòng)複性(xìng)高達0.1%。可(kě)以(yǐ)測量(liàng)較低雷諾數範(fàn)圍(re≥8000)的流量(liàng)。典型v錐流(liú)量計的量(liàng)程(chéng)比爲10:1。選擇合(hé)适的參數時,可(kě)以達(dá)到(dào)更(gèng)高的(de)量程。
錐體(tǐ)的輪(lún)廓形狀将流體方向限(xiàn)制(zhì)爲朝(cháo)向管道的内邊(biān)壁,不(bú)清潔的流體不會對錐體邊界(jiè)層産生沖(chòng)擊,并且不易磨損邊(biān)緣。其β值長(zhǎng)期不(bú)變,流量計(jì)不需(xū)要重複标(biāo)定,具有長期的(de)精度(dù)穩定性。
流(liú)體在流經(jīng)節(jiē)流(liú)件時,會(huì)産生“一(yī)卡曼旋渦(wō)”現象,在流量(liàng)穩定條件下,對(duì)差壓檢(jiǎn)測産生幹(gàn)擾而(ér)形成“信(xìn)号(hào)波動(dòng)”。孔闆流(liú)量計會(huì)在孔闆(pǎn)下(xià)遊處形成渦流,呈高(gāo)幅低頻的孔闆(pǎn)信号(hào),影響流量(liàng)計的讀(dú)數。而v錐(zhuī)流量(liàng)計的結構是邊(biān)壁逐(zhú)漸收(shōu)縮節流，與錐體(tǐ)後部産生的幹擾流(liú)大(dà)小相同(tóng)方向(xiàng)相反而相(xiàng)互抵消，對信号(hào)擾動很小(xiǎo)，在低壓流場也能夠(gòu)呈現高頻低幅的壓力脈動，且(qiě)噪聲小、信(xìn)号穩定。
v錐流量計可(kě)以在低差(chà)壓力(lì)下正(zhèng)常(cháng)運行，永(yǒng)久壓(yā)力(lì)損失低(dī)。v錐流量計的結(jié)構特(tè)點(diǎn)允許有(yǒu)很寬的比範圍。标準的(de)比範圍(wéi)爲0.45.0.55.0.65.0.75和(hé)0.85。v錐流量計(jì)“掠過型”的(de)設計(jì)理念(niàn),會(huì)對流(liú)體中的殘渣、凝結(jié)物或(huò)顆粒形成(chéng)吹掃沖(chòng)刷作用,因此可(kě)以保持(chí)錐體長期清潔。
上述短(duǎn)渦流使v錐下遊(yóu)的(de)流體(tǐ)完全(quán)混合，在很(hěn)多需要即(jí)時和(hé)完全混合的(de)應(yīng)用中(zhōng),v錐(zhuī)常(cháng)被用作靜态混(hùn)合器(qì)。
2.2v錐流量計(jì)的局(jú)限(xiàn)性(xìng)
v錐(zhuī)流量計(jì)檢測元件(jiàn)是(shì)錐體，流(liú)量計(jì)的流(liú)出系數受(shòu)錐角(jiǎo)大小、下(xià)遊取壓(yā)口位(wèi)置、錐體最大截面處軸向(xiàng)長度等參數的直接影響，但是(shì)目前(qián)各個廠家尚未形成統一(yī)規範(fàn),v錐流(liú)量計(jì)仍需(xū)遵循逐台(tái)實流标定(dìng)的原(yuán)則。但(dàn)是标(biāo)準節(jiē)流(liú)裝(zhuāng)置(标(biāo)準孔(kǒng)闆、标準噴(pēn)嘴和(hé)标準文丘(qiū)裏管(guǎn))能夠達到國際(jì)标準(zhǔn)iso-5167,按照(zhào)國際(jì)标(biāo)準進行設計(jì)、制造、安裝和使用。
錐體(tǐ)的結構(gòu)特點使得(dé)其無(wú)法滿(mǎn)足(zú)雙向流(liú)的流量(liàng)測(cè)量要(yào)求。與(yǔ)标準節流(liú)裝置相(xiàng)比(bǐ),v錐流量計用料(liào)更多(duō)，加工工藝要求(qiú)嚴格,逐台标定(dìng)費用高,使其售(shòu)價較(jiào)高。但(dàn)綜合(hé)考慮并權(quán)衡節(jiē)流裝置購買價(jià)及安(ān)裝費(fèi)用、維(wéi)護費用(yòng)、因壓(yā)損(sǔn)造成(chéng)的能量損(sǔn)失等(děng)因(yīn)素,v錐流量計的總(zǒng)體費(fèi)用是更(gèng)合(hé)理的(de)。
3.v錐流量計(jì)在flng裝置上(shàng)的應(yīng)用優(yōu)勢
陸上(shàng)工廠擁有大(dà)量空間,對(duì)儀表占地要求(qiú)不高(gāo),但是在空(kōng)間擁擠的(de)海上(shàng),需要(yào)盡可能地(dì)減少空間的使用。flng裝置設計緊(jǐn)湊,實際工(gōng)作環境還(hái)涉及颠簸(bò)、腐蝕等(děng)諸(zhū)多問(wèn)題，因(yīn)此(cǐ)甲闆上(shàng)的生(shēng)産裝置詳(xiáng)細設(shè)計與陸(lù)地(dì)同規模工(gōng)廠的(de)設計完全不同。v錐流(liú)量計(jì)隻需(xū)極短(duǎn)的(de)直管段(duàn)就能(néng)取得測量(liàng)值,其(qí)直管(guǎn)段要(yào)求如下(xià):
(1)氣體測(cè)量,雷(léi)諾(nuò)數(shù)範圍(wéi)(re)>200000,v錐流量(liàng)計測量氣體的上遊(yóu)和下遊的最小直管長(zhǎng)度見表1。若(ruò)≥0.65,表中的直管段(duàn)長度(dù)需要增加(jiā)1d。
(2)液體測量(liàng),雷(léi)諾(nuò)數範圍(re)>200000,v錐流量(liàng)計測(cè)量液(yè)體的(de)上遊(yóu)和下遊的(de)最小直管(guǎn)長度見表2。若≥0.65,表(biǎo)中(zhōng)的(de)直管段長(zhǎng)度需(xū)要增加1d.。
v錐流量(liàng)計的使用流體(tǐ)非常(cháng)廣泛,低、高(gāo)流速的流(liú)體均(jun1)可以測量;v錐流(liú)量計規格齊全，适用(yòng)口徑dn15(1/2")~dn3000(120"),公稱(chēng)壓(yā)力0~25001b,工作溫度(dù)-200~800℃;且安(ān)裝方式靈(líng)活,可以(yǐ)選(xuǎn)擇管(guǎn)道法蘭式、直接(jiē)焊接式、方(fāng)管式安裝(zhuāng)。v錐流量計(jì)在惠(huì)生海工爲(wèi)exmar以epcic模式總承包(bāo)建設的flng(設(shè)計液(yè)化能(néng)力約50萬t/a的(de)lng)中得到了成功(gōng)應用，在惠(huì)生海工的flng标準(zhǔn)化項(xiàng)目(設計(jì)液化能(néng)力300萬(wàn)t/a的lng)也(yě)有選(xuǎn)型應(yīng)用。
需要将(jiāng)液體和氣體流(liú)量計放在近海平台(tái)、浮式生産(chǎn)儲油(yóu)和卸油的(de)船、海底裝置這些場(chǎng)所時(shí),具有(yǒu)自調(diào)節功(gōng)能的(de)v錐近海流量計(jì)所需(xū)要的運行直管段(duàn)比其他(tā)流量計少70%，可以産生(shēng)不動産和(hé)安裝成本(běn)乃面的巨大節省,節(jiē)省(shěng)的成本能夠(gòu)超過儀表本(běn)身的成本。
4結(jié)語
v錐(zhuī)流量計具有精(jīng)度高、自清(qīng)潔功(gōng)能、實(shí)用性強、運(yùn)行穩(wěn)定可(kě)靠、長(zhǎng)期穩定(dìng)性好,方(fāng)便了生産,滿足生産(chǎn)計(jì)量的需(xū)要。且.v錐流量計(jì)的結(jié)構(gòu)決定其(qí)不需(xū)要(yào)長的運(yùn)行直管(guǎn)段或者(zhě)流量(liàng)調節儀表(biǎo)，安裝條(tiáo)件(jiàn)的局(jú)限少，在(zài)空(kōng)間緊(jǐn)缺的flng裝(zhuāng)置上是流量測量儀表選型(xíng)的重要參(cān)考因素(sù)。
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