简述节流式差压流量计为何青春依旧

  0 导言

 

智能涡街流量计在上世纪70 时代投入工业运用时，一度被称为数字孔板，意思是它有显着的优胜性，将会像孔板流量计相同得到广泛运用。乃至有人断语，涡街流量计将全面替代孔板流量计。

 

这是由于涡街流量计具有下列显着的长处：

 

① 设备修理便利，不象一般差压式流量计那样，较长的引压管线，易漏、易堵、易冻住；
② 输出与流量成正比的脉冲信号，然后用数字技能进行处理，可不损失精度；
③ 不存在零点漂移问题；
④ 合理断定口径，可得到较宽的丈量规模度[1]。

 

时至今日，三十多年时刻过去了，虽然孔板流量计的部分市场被涡街流量计占有，但在实践运用中，许多当地仍是运用孔板流量计（节省式差压流量计中最常用的一种）。不只没有被淘汰，在某些场合，还占有适当优势。

 

下面临这一状况作大略剖析，以便读者在外表规划选型时参阅，取长补短，发挥各自的优势，争夺最大的经济效益。

 

1 高温高压低密度流体流量，用涡街流量计丈量还有困难

 

由于涡街流量计作业原理的局限性，灵敏元件和结构的局限性，关于被测流体的温度压力高于必定数值，流体密度小于必定数值，用涡街流量计来丈量，现在还有困难。

 

1.1 高温流体

 

不同的厂商供给的不同品牌涡街流量计，所适用的流体温度上限一般为400～450℃。从现场实践运用状况来看，有的品牌只能短时期到达所许诺的温度上限。例如某欧洲品牌，一台新的涡街流量计在400℃的条件下能可靠运用半年，半年今后，输出就全无了。再换上一台全新的，仍是只要半年的寿数。

 

1.2 高压流体

 

现在市场上的涡街流量计，其压力等级有4 MPa 和6.4 MPa 等多种，假如被测流体压力再高，人们仍是喜欢用老一套的办法，差压式流量计。

 

1.3 低密度流体

 

涡街流量计用来丈量气体和蒸汽流量时，最低可测流速要遭到流体密度的制约。这是由于被测流体经旋涡发作体所发作的旋涡，效果在传感器探头上，相应发作个数相同的电脉冲，此电脉冲的幅值与旋涡对探头所发作的推力巨细有关，推力越大，脉冲幅值也越大，而此推力与流速的平方成正比，又同流体的密度成正比。当密度小到必定程度，流速又较低时，推力太小，致使脉冲幅值相应太小，导致被噪声所吞没，最终，脉冲不能被可靠地检出。可是，假如流速较高，推力仍可增大到足够大，致使脉冲幅值增大到足够大，最终仍能被可靠地检出。

 

有些被测流体如氢气、半水煤气等，密度都较小，有些低静压低流速丈量目标，如城市煤气，管道内流速较低，又不能用部分缩径的办法进步流速，在规划选型时需非常当心。当被测流体密度已知时，最小可测流量为多少，可以经过核算得到。有的制作商经过对自己的产品做试验，给出了不同口径产品的有用数据。例如图1a 所示的是横河公司DN15、DN25、DN40、DN100 外表的可测最低流速与密度的联系曲线；图1b 所示是横河公司DN50、DN80、DN150、DN200、DN250、DN300 外表的可测最低流速与密度的联系。

 

图1 可测最低流速与流体密度及口径的联系
2 涡街流量计的可测最大

 

现在市场上供给的涡街流量计，最小口径为DN15。最大口径，国产产品有DN600，但口径大了之后，分辩力较低，所以国外外表公司一般只供给DN300 及以下的产品。

 

相比之下，节省式差压流量计，从口径小的内孔板流量计到口径大到1 m 的规范节省式差压流量计，种类规范一应俱全[2]。

 

3 涡街流量计在运用上还有困难

 

设备流量计的管道或工业现场，不免有些振动，有些还较强烈，例如有些压缩机、鼓风机厂房内，不只管道振得很凶猛，乃至整个厂房连同厂房周围的路途都振得很凶猛。

 

涡街流量计是一种流体振动型外表，其作业原理是流体流过旋涡发作体后，发作与流速成正比的旋涡，旋涡的个数被传感器检知，输出与旋涡个数持平的脉冲。 当管道或环境有振动时，这种振动也相同效果在传感器上，发作相应的电信号，当这种电信号的幅值大到必定的程度而高于分辩阈值后，也就混在旋涡发作的电信号里，经扩展、整形而送到输出端，使输出频率偏高，而若实践流量为零，则表现为“惹是生非”。

 

涡街流量计的耐振性与其自身质量有关，按不同原理制作的涡街流量计，其耐振性也不同，一般说来，用电容式传感器制作出来的涡街流量计要比用压电传感器出产出来的外表耐振性优胜。不同品牌的涡街流量计，乃至同一个品牌但口径不同、类型不同的产品，其耐振性也不同。

 

例如某外国知名品牌在我国拼装的产品，DN80 及DN80 以下的涡街流量计，耐振性较好，能耐受1g 振动，而大口径涡街流量计，耐振性就较差，DN≥150 时，不用说管道振动，就是在（一体式外表）扩展器盒周围用力拍手，外表输出都会应声升高。

 

涡街流量计的耐振性同其设备方位也有联系，虽然外表阐明书中说，涡街流量计既可笔直设备也可水平设备，但在实践中发现，水平设备（即发作体处于水平方位）的外表，耐振性显着下降。

 

涡街流量计在被测流体流速很低和零流量时，耐振性较差。这是由于旋涡对传感器的推力，同管道中流体流速的平方成正比。被测流体流速很低和零流量时，旋涡对传感器的推力小，发作的信号幅值低，因而信噪比也小，振动发作的信号较显着。

 

涡街流量计的耐振性同其所测介质的密度还有关。由于管道振动时，传感器随管道一同振动，在被测介质为液体时，由于包围在传感器周围的介质是液体，密度大，对传感器自身有杰出的阻尼效果，所以，传感器受振所发作的电信号幅值小，而假如包围在传感器周围的介质是气体，则因阻尼较差，振动所发作的电信号幅值大。

 

人们为了改善涡街流量计的耐振性进行了长时刻的研讨，采取了一些办法，例如选用双传感器法，频谱信号处理（SSP）技能等，都收到了必定效果。但在振动较强烈的场所，涡街流量计运用还有困难。相比之下，节省式差压流量计却要优胜得多。

 

4 节省式差压流量计具有较好的适应性

 

湿蒸汽从严厉的意义上来说，是属两相流体，当湿度较小时，例如干度在95％以上时，对涡街流量计和差压式流量计影响均不大，即流量计能正常作业，仅仅丈量差错稍大，但湿度大到必定程度，对各种流量计均有较大影响，但影响的程度却有显着差异。

 

人们在用涡街流量计丈量湿蒸汽流量时，会呈现一种“漏脉冲”现象，即在湿度不大，可以将蒸汽近似看作干蒸汽时，涡街流量计的输出脉冲，与流过发作体的流体体积（流速）成正比，而湿度大到必定程度，这种正比联系就不成立了，输出脉冲数比应有脉冲数显着削减，假如湿度进一步增大，乃至完全没有脉冲输出，这就是所谓的“漏脉冲”现象。

 

关于这种漏脉冲现象的机理，现在没有见有材料作深化的剖析，但这种现象是客观存在的。

 

运用节省式差压流量计来丈量饱满蒸汽流量，有时也会碰到蒸汽带水的状况，当流量计设备在水平管道上时，管道底部会呈现分层活动的水。外表制作厂一般在孔板的下部开一个疏水孔，以防凝结水在节省件前面集聚，影响流转截面。在国家规范中，还给出了这种疏水孔所引进的差错核算和批改办法[3]。关于设备在笔直管道上的节省式差压流量计，则勿需开疏水孔，但由蒸汽带水所引起的差错是客观存在的。因而，这儿所说的“具有较好的适应性”仅仅相关于涡街流量计而言。

 

5 细微的活动脉动对差压式流量计无显着影响

 

活动脉动常见于工业管流，从现场外表往往看不出活动脉动的存在，因而往往不被人们所留意。

 

活动脉动对大多数流量丈量外表都有影响，使之示值升高，但影响的程度有很大不同。

 

活动脉动效果在涡街流量计的传感器探头上，脉动的推力使之发作相应的脉冲输出，因而使涡街流量计示值呈现大幅度的升高，有时乃至是成数倍的升高[4]。

 

活动脉动影响涡街流量计的最常见的比如是设备在减压阀后边的涡街流量计，流量示值因脉动而大幅度升高。

 

一个热力公司要向为数众多的热用户供汽，其供汽的最高压力和最高温度首要受锅炉规范制约，而最低压力，却要遭到用户的制约。即供汽压力值要求最高的用户决定了管网的最低压力。而关于别的一些用户，这一供汽压力又嫌太高，所以在蒸汽总管进入用户界区之后，增设一个减压站。

 

蒸汽减压站的减压（稳压）功用首要由一个蒸汽直接效果压力调节阀承当。这个调节阀两头压差巨细不一，调节阀阀芯阀座的结构形式也有很大差异，在调节阀两头压差较大，而相对流量较小时，阀门开度很小，这时阀芯和阀座间的流体流速很高，所以在阀门出口处很简单发作旋涡。当阀门开度小于必定值（例如5％）时，乃至呈现阀芯不停地抖动，引起活动脉动。

 

活动脉动对差压式流量计的影响是经过三个途径，即①平方根差错；②惯性影响；③对流出系数的影响，三个要素共同效果，使节省式差压流量计的示值升高，其脉动附加不断定度的预算可查阅有关文献[3]。但其影响程度要比涡街流量计轻得多。

 

6 在低雷诺数丈量条件下，差压流量计有较好的适应性

 

在被测流体粘度较高，例如比水大数倍的运用条件下，涡街流量计要慎用，由于涡街流量计确保丈量准确度的最小雷诺数为20 000，而雷诺数低于5 000 时，就可能没有安稳的旋涡发作。

 

规范孔板流量计的最新国际规范ISO5167:2003(E)，所供给的核算公式，在雷诺数大于等于4 000 后就能确保丈量准确度[5]，雷诺数小于4 000 后，丈量准确度下降，但不会像流体振动式流量计那样，因停止振动而输出全无。

 

7 节省式差压流量计检定便利

 

用于交易结算等用处的流量计，国家规则执行强制检定。关于业主单位来说，完结流量计的周期检定是一项重要的法定使命。所以，检定是否便利也成了外表选型时要考虑的重要方面。

 

涡街流量计的检定，要放在流量规范设备上进行，不只拆装、搬运、送检费事，并且为了检定要停用较长的时刻。而节省式差压流量计由于规程规则可以用几许检定法进行检定，因而，可在现场找到适宜的场所进行检定，既省时刻又省检定本钱。

 

8 流量计口径较大时，差压式流量计较廉价节省式差压流量计的本钱由节省设备、差压变送器及隶属设备组成，当外表口径增大时，只需节省设备扩展，因而，本钱上升不显着，由于此原因，在外表口径较大时，尤其是在流体温度较高（t >300℃）时，节省式差压流量计的价格优势尤为显着。

 

9 节省式差压流量计改变丈量规模较便利

 

流量计在设备完毕投入运用时，总会发现必定份额的外表流量丈量规模选得不适宜，不是太小就是太大。尤其是在从未设备过流量计的管道上，提条件的人员生怕提得太小不够用，层层加码，往往将流量上限取得太高。外表投入运行时才发现，实践流量比本来估量的流量小得多，关于选用涡街流量计的丈量体系，乃至会发现流量传感器无脉冲输出。关于选用节省式差压流量计的规划中，流量示值有时只要满度值的20%～30％。作为预防办法，有经历的规划人员，往往将差压上限选在适中的数值，例如低压蒸汽，选差压上限为40～60 kPa，这样，当开表后假如发现实践流量稍微超越满量程或相对示值偏低，就可对差压上限进行从头核算，然后用手持终端从头设置差压变送器的丈量上限。而关于旋涡流量计，一旦发现口径选的不适宜，只能用更换一次表的办法去解决。

 

要换一台口径与原规划不同的涡街流量计，关于一个运用很多外表的老企业来说，或许不是一件困难的事，由于总有一些备表，而关于一个新企业、小企业或工程公司来说，就是一件困难的事。

 

10 结束语

 

节省式差压流量计的首要缺乏是规模度不够大，较长的引压管线导致设备费事，并且易漏、易堵、易冻住，易引起差压信号的传递失真。近些年的改善首要有：

 

① 差压变送器的精度等级得到大幅度进步，从新近的1.5 级进步到后来的0.5 级，再到现在的0.1 级乃至0.75 级。在相对流量低于30％时，节省设备送出的差压信号也能到准确丈量，然后有利于流量丈量规模度的扩展;

 

② 流量显现外表的改善，不只使显现外表准确度得以进步，更重要的是：制约节省式差压流量计规模度扩展的流出系数非线性和可胀大性系数影响得到补偿，然后使节省式差压流量计的体系准确度大大进步，规模度可扩展到10:1[6];

 

③ 对引压管线的改善体现在一体化节省式流量计上。在一体化节省式差压计中，引压管缩得很短，所以，改善前存在的易漏、易堵、易冻住，差压信号传递失真问题，设备工程量大等问题均得到解决;

 

④ 新的核算公式，使一次元件丈量不断定度进一步减小。这首要体现在新的国际规范ISO5167:2003(E)上。

 

参阅文献
1 姜仲霞, 姜川涛, 刘桂芳.涡街流量计[M]. 北京：我国石化出版社, 2006.
2 蔡武昌, 孙淮清, 纪纲.流量丈量办法和外表的选用[M].北京：化学工业出版社, 2001.
3 GB/T2624-1993 流量丈量节省设备用孔板、喷嘴、文丘里管丈量充溢圆管的流体流量.
4 纪纲. 流量丈量外表运用技巧[M]. 北京: 化学工业出版社, 2003.
5 ISO5167: 2003(E). Measurement of fluid flow by means of pressure differential devices inserted in circular cross-section conduits running full.
6 王建忠, 纪纲.差压式流量计规模度问题研讨[J]. 自动化外表, 2005, (8).(end)