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冶金行业使用楔形流量计的实际应用

发布日期:2018-11-30 10:24:35   

一 概述

楔形流量计属差压式流量计,自20 世纪70 年代后期我国引进美国泰勒(Taylor)公司的这种产品后,在化工企业的高黏度液体测量中使用效果令人满意。美国一家污水处理厂1987~1988 年共安装15 台楔形流量计测量污水流量,投运后仪表运行正常。据国外相关报道:一台管径为76.2mm 的楔形流量计,其被测液体内含有19%~23%的固体,黏度达680mPa·s,雷诺数仅为12~17,在这样的运行条件下,测量准确度仍达到±2%,这是其他节流装置根本达不到的。我国新疆独山子石化总厂炼油厂在蒸馏渣油、丙烷脱沥青、酮苯脱腊装置的原料流量检测上采用的孔板、电靶流量计使用效果一直不佳,换成楔形流量计测量后,效果很好。

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二 测量原理

楔形流量计是根据伯努利公式,利用流体在流动过程中遵守能量守恒定律,即动能和静压能之和不变,以流体通过起节流作用的圆缺楔形块时产生压差的原理而进行流量测量的。楔形流量孔板由两块平板(一般为不锈钢)制成,这两块平板在临界角上焊接在一起,然后插入槽内,差压引出管在位于楔形片中心两边等距离的地方。见图1。当流体流经V 形节流块时,流通面积减少,流速增大,静压减小,从而产生静压力差。由于压差的平方根与流量成正比,测得压差即可求得管道中的流量。

三 结构及基本特点

1. 楔形流量计基本结构

楔形流量计的构造简单,其结构(见图2)介于圆缺孔板、喷嘴和1/4 圆孔板之间,在兼顾以上几种形式流量计的优点时,还兼具较好的适应性。

2. 主要特点

(1)较脏污的流体易于通过,污物不易附着、积沉,提高了测量的准确性,延长了使用维护周期,适合于冶金、化工、环保等多种介质测量。

(2)改善了对孔板入口尖锐度的要求,提高了测量准确性。

(3)适用于高黏度介质,应用广泛。

(4)量程比宽,通常可达10∶1 以上;测量准确度较高,可达±(0.5~1)% FS。

(5)压损比孔板小

本公司生产的楔形孔板,夹角一般为60°~90°。若夹角为0°,即成为圆缺孔板。夹角越小,产生的静压差越大,同时压损也相应增大。由于楔形孔板呈倒三角形,这种形状有导流作用,流体流动时能圆滑过渡。与孔板相比,楔形孔板产生的压损较小。图3 为楔形孔板与锐孔板产生的压力损失比较。

(6)楔形孔板具有圆缺孔板的优点

当流体中含有杂质或固体时,容易从楔形孔板下部流过,不会沉积在孔板周围,即楔形孔板有自清洗作用。

(7)适用于低雷诺数RD 流量测量

标准孔板、文丘里管等不宜在低雷诺数下进行测量。标准孔板的流量系数通常在雷诺数4000 以上时趋于稳定,在低雷诺数时,其流量系数会随雷诺数的变化而变。当雷诺数小于1800 时,则流量与差压之间会偏离基本的平方根关系,这显然会对测量准确度造成很大影响。而楔形孔板是V 型节流元件,流量系数线性好,具有喷嘴入口的曲线流畅、无滞流区的特点,雷诺数对其影响小。当雷诺数小至500 时,楔形流量计的准确度和流量系数变化不大;雷诺数在400~10000 之间进行流量测量,误差小于±3%,楔形孔板雷诺数与流量系数的曲线见图4。

(8)安装使用方便

与孔板相比,楔形流量计两端用法兰与工艺管道连接即可,安装方便、日常维护量小、运行成本相对低廉。

四 楔形流量计的标定

1. 楔形流量计为非标仪表,出厂时每台仪表必须经过实流标定重钢电子公司生产的楔形流量计采用标准表法,用水作介质对每台仪表进行标定,所建立的水流量标定装置获得了重庆市质量技术监督局颁发的“计量标准考核证书”及计量器具生产许可证,用户使用后普遍反映良好。楔形流量计在设计时选择的流出系数由于很难准确地测量楔形元件的流通面积,找出等效孔径,因而大多凭经验先选择流出系数,只有通过标定才能计算出实际的流出系数,确定该台仪表的误差,并对原设计的差压进行调整以达到仪表准确度等级的要求。

2. 标定及数据处理

为保证仪表在使用范围内的准确性,标定点应选择在常用流量范围内,一般选取流量测量上限的20%、40%、60%、80%、100%;每一标定点按企业标准规定,用计算机多次采样后取平均值,再求出各标定点的流出系数(C)平均值作为该仪表的流出系数。其C 值计算公式如下:

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重钢电子公司生产的数十台楔形流量计,经标定后对流出系数的分析,各种规格楔形孔板(管径25~300mm、量程比为10:1)的流出系数十分稳定,测量误差均小于±1%。八成左右的仪表显示流量与标准幸运飞艇(经华东国家计量测试中心、上海市计量测试技术研究院给出的校准证书标明,其最大示值误差为-0.10%、-0.12%)之差均在±0.5%以内。楔形流量计标定数据表列出了qvmax= 50000kg/h、Hmax=44kPa、楔形比β=0.2522 的楔形孔板的标定数据。

五 楔形流量计的应用

楔形流量计量程比宽,雷诺数适用范围在300~106 之间,因而尤为适用于高黏度流体测量,如化工厂各种高粘度流体及污水;较脏污的气体,如高炉煤气、焦炉煤气测量;也可进行蒸汽、天然气等气体测量。实际应用举例如下:

(1)重钢焦化厂工业萘初塔循环流量、精塔循环、初期塔原料、精塔原料、一段、二段焦油的测量,过去一直采用靶式流量计,使用效果欠佳。该厂首先在工业萘初塔循环流量上尝试采用了楔形流量计进行流量检测,实践表明其运行稳定、可靠。后又在其他几个点上采用了楔形流量计,包括精塔循环、初塔原料、精塔原料、一段焦油流量、二段焦油流量。如今,基本取消了原电靶流量计,流量检测稳定性、可靠性大大提高,数据稳定、维护工作量大减、故障率极低,降低生产能源消耗、节约生产成本,带来明显经济效益。

(2)本公司炼铁厂异地大修的3 号高炉(750m3)煤气发生量和热风炉用高炉煤气(管道直径为D1820×10mm 和D1420×10mm)均采用楔形流量计进行测量,根据二年多的使用情况看,数据十分稳定,取压管从未堵塞。

(3)重钢中板厂使用的部分蒸汽和天然气流量的计量也采用了楔形流量计,经天然气二年多、蒸汽一年多的使用,用户反映良好。

(4)重庆第四钢厂在全厂天然气、压缩空气计量系统中全部采用重钢电子公司生产的楔形流量计,克服了以前用孔板时用量变化范围大的难题,满足了工艺生产的需求。

(5)重钢公司各单位使用最多的是工业水流量的测量,目前已用十多台。由于工业水含有泥沙和杂质,以往使用孔板容易使杂质在孔板前堆集,易造成取压管发生堵塞,仪表维护工作量大。改用楔形流量计后,这些问题大大减少,效果明显。

六 节能情况

重钢某厂压缩空气总量计量装置使用楔形流量计和孔板流量计的情况对比如下:

工艺参数:

D322×8mm

Mmax=14400m3/h

Mcom=10800m3/h

Mmin=4000m3/h

P 工=0.6MPa

t=30℃

采用楔形孔板经计算为:楔形比h/D=0.5、楔子高度h=153mm、节流面积比m=0.5、最大差压ΔPmax=1.56kPa。采用孔板流量计经计算为:β=0.707

最大差压ΔPmax=2.24kPa(采用北京博斯达仪器仪表有限公司生产的“流量测量节流装置专家系统软件”进行计算;楔形比/D=0.5,与孔板β=0.707 其节流面积比是一样的)。

楔形孔板压差为752.73Pa,标准孔板压差为1080.84Pa,永久压损的差值为328.1Pa,标准孔板多消耗的功率为246.1W,每年多耗能费用为1293.4(元/年)。采用楔形孔板比标准孔板在此例(β=0.707)稍有节能效果,如果其β 值在0.5 左右节能效果更好些。

七 结语

本文在介绍楔形流量计使用的优点时,决无贬低孔板及其他仪表之意。在一些不是作为计量结算十分严格的场所,采用一些实用、可靠的非标仪表也是可以考虑的。标准与非标仪表也是相对的,今天的非标有可能成为明天的标准。加之诸多设计好的标准节流装置因现场条件所限成为非标,而且有些误差还难以确定,这种情况在工厂的计量中屡见不鲜。使用楔形流量计后,我们的体会是:工作稳定,准确度适中,能适应多种介质,维护量小。缺点是必须每台标定,价格比孔板贵。





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