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彎管流量計與孔板流量計的性能比較
发布时间:2021-3-16 08:22:25

摘要:從介紹産品工作原理入手,闡述了彎管流量計孔板流量計在原理上的本质区别 。在性能比较的基础上突出说明了彎管流量計具有的无附加压力损失的节能性能明显优于孔板流量計 。文章指出,在长期运行的大流量系统中应充分考虑这种区别所引起的能源合理利用问题 。
一、引言
  彎管流量計也是一种差压式流量计,但其差压的产生與孔板流量計有根本性区别:孔板流量計是節流型差壓流量計,是利用对流体节流装置施行节流产生差压来测量流体的流量的:彎管流量計的流量传感器是一个90°标准弯管,它是利用流体的惯性原理产生差压来测量流体的流量的 。
二、彎管流量計和孔板流量計原理
1.彎管流計
(1)基本原理
  当流体流经弯管时,由于弯管的约束作用,迫使流体在弯管内作近似于圆周运动 。根据流体强制旋流理论,流体在管道内作圆周运动必然会产生惯性离心力,该离心力的大小與流体的流速、流体的质量(密度)以及作圆周运动的曲率半径等因素有关 。离心力的大小可以通过对弯管内、外侧压力差的测量来确定的:因此,只要测出弯管内、外侧的差压值,就可以方便地计.算出管道内流体的流速,进而算出管道内流体的流量值,这就是彎管流量計的基本测量原理(见图1).
(2)流量方程

式中,?一流體的平均流速
a一流量系數
R/D一彎管的彎徑比
P1-P2一彎管內、外側壓力差
β一指數
ρ一流體的密度
2.孔板流量t計
(1)基本原理
  充滿管道的流體,當它流經管道內的節流件時 。如圖2所示,流體將在節流件處形成局部收縮.因此,流速增加,靜壓力降低,在節流件前後産生了壓差 。流體流量愈大,産生的壓差愈大,因而可依據壓差來衡量流量大小 。這種測量方法是以流動連續性方程(質量守恒定律)和伯努力方程(能量守恒定律)爲基礎的:
(2)流量方程

式中.qm一質量流量,kg/s
C一流出系數
E一可膨脹性系數
β一直徑比.β=d/D
d.一工作條件下節流件的孔徑,m

D一工作條件下.上遊管道內徑,m
△p一差壓,Pa
P1一流體密度,kg/m3
三、彎管流量計的基本特点及其與孔板流量計性能比较
  以供热系统为对象,选定孔板流量計與弯管流量.计作对比,是因为孔板流量計目前在供热系统中仍然是使用最普遍的流量计 。
(1)無任何附加節流件或插人件.可大大降低流體在管道內輸送的動力消耗,節約能源 。
  由于彎管流量計独特的测量原理,它没有其它流量计必须具备的节流件或插入件,这一特点给彎管流量計的工业化应用带来了巨大的便利和好处 。
  对于节流型孔板流量計来说,流体在孔板上的压力损失是不可避免的 。在通常情况下,该节流压力损失(称其为不可恢复压力损失)可达孔板在该流量下产生的差压值的30%~90%(與孔板的β值有关) 。为了提高孔板流量計的测量精度,设计人员在选定孔板流量計的工作差压值时一般都取高值,于是该压力损失就相当可观 。在供热系统中,由于孔板的阻力损失会使供热循环水泵耗电量增加或使同样的水泵压头不能满足远端供热用户的需求 。对于一个完整的供热系统来说,它所安装的流量检测孔板不会只是一块,而多孔板的安装使系统功率损失更大 。对于蒸汽介质来说,孔板节流压力损失会使蒸汽品质下降,或需要提供更高的供汽质量才能满足用户对蒸汽品位的要求 。无论是哪--种情况都会造成附加的经济损失和提高系统.的运行费用 。如果用彎管流量計代替孔板流量計进行流量检测.则不存在管道附加阻力损失的问题,孔板流量計的节流损耗也可简单地看作是彎管流量計的节能效果 。这种替代对于那些大系统、大管径、大流量、低压头的测量对象好处将更加明显 。
(2)結構簡單,價格低廉
  彎管傳感器就是-一個90標准彎頭,隨著彎管機械加工工,業的發展和行業標准化、規範化管理的不斷完善.用作彎管傳感器的標准機制彎頭其質量越來越好.價格也越來越低,它一方面使彎管傳感器的技術指標能得到更好的保證.同時.也大大降低了彎管傳感器的價格,目前.彎管傳感器甚至比市場上價格最便宜的.法蘭式孔板傳感器還要便宜.而且管徑愈大.愈便宜 。
(3)彎管傳感器耐磨損,對微量磨損不敏感
  传感器对磨损不敏感是保证流量计长期高精度测量的重要条件之一.这方面彎管流量計有着不可比拟的优势:而孔板流量計的人口锐角对微量磨损就十分敏感 。规程规定,计量用孔板流量計的孔板每年必须进行一次或一次以上的强制性磨损检查,这是保证孔板流量計准确计量的必要条件:即便如此.在两个检修周期内也很难保证孔板流量計测量精度的一致性.这样频繁的拆装、检查、维修不是一般单位都可以作到.的,对于那些大管径的孔板.尤其是蒸汽孔板其拆装难度之大使维修者无不望而却步.大量的维修费用也给使用者带来了额外的经济负担:因此.现实情况是多数孔板流量計使用单位以损失测量精度为代价来减少孔板流量計的检修次数 。这种方法当然是不可取的:弯管传感器不仅耐磨性能好,即使有轻微磨损,对弯管传感器的工作性能和测量精度的影响也是极小的 。因此.彎管流量計可以长期保持高精度的状态 。
(4)可測量容易髒汙、堵塞傳感器的流體
  供熱系統的循環水其水質是比較差的,原因是在一個供暖期內循環水是反複使用而不更換(只是少量補充).加上防腐需求等其它原因在循環水中還要加入一些化學物質,使循環水對流量測量裝置的汙染影響更大 ?装鍌鞲衅魅丝诘闹苯遣糠旨词故禽p微的沾汙也會對測量精度造成極大的影響 。而彎管傳感器對于供熱循環水這樣的介質其適應性是很強的.即使是長期的運行也能保證其正常工作,且能保證足夠的測量精度不受影響 。
(5)量程範圍寬、直管段要求不嚴格.適應性強
  只要是可以用孔板流量計进行测量的对象都可以用彎管流量計来代替 。而在耐高温、耐高压、耐冲击、耐震动、耐潮湿、耐粉尘等方面,彎管流量計远远优于其它常用流量计(如渦街流量計電磁流量計超聲波流量計等等) 。震动、冲击对弯管传感器的正常工作几乎没有影响.而高温、高压对于彎管流量計来说只是采用與工艺管道相同材质的标准弯头作传感器,就可以方便地得到解决 。.
  彎管傳感器的幾何尺寸幾乎沒有限制,管經小可到幾十mm甚至十兒mm.大可到Im甚至2m以上,只要彎管的彎徑比符台規定要求 。都可以作爲傳感器進行流量測量,這一-特點是一般流量傳感器不容易作到的:
  直管段要求不太严格也是彎管流量計在现场使用.中十分重要的特点之一 。许多流量测量装置都因为现场直管段不能满足要求而不能进行测萤或不能保证其瀏量精度.彎管流量計由于其特殊的测量原理使其在实际应用时对直管段的要求不严格,一-般只需保证前5D后2D即可.远远低于其它流量测量装置的要求 。
(6)可采用直接焊接法進行安裝
  流量测量装置现场跑、冒、滴、漏是一个十分令人头痛的现实问题,它包含了诸如能源和物料的浪费,环保、安全、计量准确等方面的问题.是运行、管理部门十分重视又不易彻底解决的老大难问题:流量传感器直.接焊接法安装就是为解决这个实际问题而产生的(例如焊接式孔板):但是.孔板的不耐磨损给焊接式孔板保持长期高精度正常使用带来了困难.既然孔板检修周期短,那么,严格地说焊接法安装绐孔板流量計带来的不是好处,相反使经常性的检修工作变得更加困难 。因此,焊接式孔板并不是解决测量装置现场的跑冒滴漏的好方法 。而弯管传感器完全可以满足直接焊接法安装的一-切技术条件.它的耐磨损、免维护、长周期.高精度运行的特点使焊接法安装这一优势得到了充分的发挥.现场跑冒滴漏的麻烦得到了彻底的解决
(7)通过实验研究.提出了弯径比为1.5~1.6范围内.在该条件下的蒸汽彎管流量計的简化模型,不但可使弯管参量无须单独标定即可实现蒸汽流量高准确度测量,而且在采用了蒸汽温度、压力智能补偿后,使流量计能适用于温度、压力变化范围大的蒸汽流量测量:二次仪表以计算机技术为核心,采用蒸汽密度补偿处理.因而使二次仪表准确度达到0.29.流量测量系统实测准确度达到了1.14%(引用误差):
四、結束語
  虽然将彎管流量計和经典的孔板流量計作了一系列的对比.指出了孔板流量計存在的一些不尽人意的缺点,但是.有一点是十分清楚的.孔板流量計作为一种流量计量器具.它具有悠久的历史.经过无数专家、学者的潜心研究和完善,它的设计、计算、加工、安装、使用、维护等等环节都具备了完备的标准和规范.尤其值得强调的是它已具备了计量管理部门承认的、具有.法律效用的几何相似检定的许可、获得了有关管理部门的正式推荐,所有这一切使它在工业化应用中具备了极其强大的竞争力 。目前还没有任何一种流量计可以和它“相提并论” 。正如历史是不会停止一样.流量计的发展也是日新月异的 ?装辶髁坑嫷闹疃嗳钡阌从嗣撬厥,要么解决这些缺点,要么用一种更好的流量计代替它 。
  其实,彎管流量計研究工作也有80余年的历史,只是过去的工作受到诸多客观条件的限制,使彎管流量計的工,业化推广应用十分困难,其中最重要的是弯管加工技术和弯管的空间测量技术 。这些限制条件的存在几乎葬送了彎管流量計的发展前途 。现在这一切都得到了解决,高精度的弯管加工技术可以保王弯管传感器的弯径比能够控制在一个极小的范围内.而科学的测量方法又使弯管弯径比的测量精度得到了保证,所有这些使弯管传感器的几何相似性成为可能 。同时.通过研究我们发现,在弯管传感器特定弯径比条件下,弯径比與流量系数之间出现的互补性规律,由此大大提高了这种流量计的测量精度及其稳定性 。
  在流速爲7~70m/s範圍內,檢定其相應的測量範圍,其系統流量准確度(包括差壓、壓力、溫度變送器及二次儀表等配套儀表)小于企業標准規定的+2.5%FS的准確度,在檢定樣機中.流速爲25~70m/s的常用蒸汽流速範圍內,其實測准確度優于1.14%FS:
彎管流量計突破了困扰它发展的流量系数离散性大、测量精度低的困难,满足了工业应用的要求:彎管流量計的高精度.无附加压力损失、量程比大、适应能力强,经济效益高等特性完全符合能源建设和科学化计量管理事业的发展要求:如在供热行业全面推广使用彎管流量計.仅计算它的无附加阻力损失并将其折.算成水泵电耗所能获得的效益,在一个取暖期就可高达3亿元人民币:据初步统计,在全国用彎管流量計全面替代目前应用最广泛的孔板流量計.每年就叮取得数十亿元人民币的经济效益,且节约大量的能源:因此.大力发展彎管流量計,把它尽快地推广到能源建.设和科学化管理的各个领域是十分必要和可能的 。

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