在火力發(fā)電廠的熱力生產(chǎn)過程中，需連續(xù)檢測水、汽、氣和煤等介質(zhì)的流量和總量，滿足現(xiàn)場的經(jīng)濟(jì)核算及調(diào)節(jié)要求。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，變送器、積算器等二次儀表發(fā)生了質(zhì)的飛躍，測量精度和靈敏度都達(dá)到了極高的水平。作為流量測量一次元件的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置卻沒有大的突破，成為影響流量測量精度的主要因素。傳統(tǒng)孔板壓損很大，易因流體沖刷引起邊緣磨損而導(dǎo)致測量精度隨時(shí)間的延長而迅速下降，需要進(jìn)行定期維護(hù)、檢測；而且加工精度和安裝要求較高，安裝費(fèi)時(shí)費(fèi)力；其量程較小，只有4:1。噴嘴的缺點(diǎn)是制造安裝較難，工藝復(fù)雜，負(fù)壓側(cè)的取樣孔因局部渦流的影響易堵塞。要提高差壓式流量計(jì)的測量水平，關(guān)鍵是解決流量測量一次元件存在的問題。威力巴流量計(jì)是美國VERIS公司推出的差壓式、速率平均式流量傳感器，其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)與對傳統(tǒng)流量理論K的突破，徹底解決了傳統(tǒng)均速管存在的問題，其精度、重復(fù)精度、可靠性、防堵性及長期高精度已達(dá)到一個(gè)新的高度，是當(dāng)今較為理想的插入式差壓流量計(jì)。

 

    1 威力巴流量計(jì)的特點(diǎn)

 

    1.1 測量原理

 

    威力巴流量計(jì)與其他差壓式流量計(jì)的測量原理都遵循伯努利方程：

 

    

 

    式中 Q— 管道內(nèi)的體積流量；

         K— 流體系數(shù)；

         DP- 一次元件產(chǎn)生的差壓；

         C— 流量常數(shù)。

 

    根據(jù)空氣動力學(xué)理論、流體力學(xué)理論、邊界層理論和實(shí)際流體測試數(shù)據(jù)，VERIS公司建立了威力巴流量探頭的流體系數(shù)K的數(shù)學(xué)分析模型：

 

    

 

    式中 Cb— 探頭尺寸；

         βv— 探頭截面與管道截面的面積比；

         C∞- 取壓孔位置。

 

    K主要取決于探頭尺寸、取壓孔位置和探頭截面與管道截面的面積比，其變化與流體雷諾數(shù)變化無關(guān)，精度可達(dá)±0.5%，比其他流量計(jì)精確度要高。

 

    1.2 測量探頭的形狀及結(jié)構(gòu)

 

    威力巴探頭是由316不銹鋼制成的單片雙腔結(jié)構(gòu)探頭，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。

 

 

 

    威力巴探頭截面是根據(jù)空氣動力學(xué)原理設(shè)計(jì)的子彈頭形，這種形狀的探頭能產(chǎn)生精確的壓力分布，能使流體與探頭的分離點(diǎn)固定。其結(jié)構(gòu)采用了完整的金屬結(jié)構(gòu)，避免了其他探頭的三片式結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的腔室間的泄漏，保證了長期的測量精度并有助于提高探頭的量程上限。

 

    低壓取樣孔在探頭側(cè)后兩邊，在探頭與流體分離點(diǎn)之前，這種設(shè)計(jì)從本質(zhì)上防止了堵塞，并且能產(chǎn)生一個(gè)非常穩(wěn)定的低壓信號，避免了渦流對低壓孔的影響，測量更精確。探頭的前部形成高壓區(qū)，壓力略高于管道靜壓，阻止了雜質(zhì)進(jìn)入取樣孔內(nèi)，有效地防止了取樣孔的堵塞。

 

    威力巴探頭表面經(jīng)過粗糙處理，流體流經(jīng)探頭時(shí)在探頭表面形成了一個(gè)穩(wěn)定的紊流邊界層，減少了流體牽引力和渦流脫落力，保證了低流速時(shí)的測量精度，延伸了探頭量程下限。

 

    威力巴探頭有多個(gè)取樣孔，取樣孔的間距是經(jīng)過面積積分后取得的，探頭通過管道中流體的整個(gè)剖面，所測得的信號是反映流體平均速度的真實(shí)信號，并降低了對直管段的要求。

 

    1.3 安裝

 

    威力巴流量探頭安裝只需進(jìn)行簡單的焊接，焊接長度從幾厘米到十幾厘米不等，基本上與管道直徑的大小無關(guān)，相比孔板需要一個(gè)2倍管道圓周的焊接所需的費(fèi)用少很多。管徑越大，威力巴安裝節(jié)約的費(fèi)用越多。另外，威力巴流量探頭有一種在線安裝方式，在運(yùn)行中能快速插入和取出探頭，而不影響生產(chǎn)運(yùn)行。

 

    1.4 其他特點(diǎn)

 

    威力巴流量探頭采用非壓縮設(shè)計(jì)，只產(chǎn)生一個(gè)非常低的永久壓力損耗，能保持長期的測量精度，不受磨損、污垢或油污的影響，其結(jié)構(gòu)上沒有可移動的部件，從設(shè)計(jì)上排除了堵塞現(xiàn)象的發(fā)生。威力巴流量測量探頭在長期運(yùn)行的情況下運(yùn)行費(fèi)用最低，減少了維護(hù)工作量。

 

    1.5 威力巴流量測量探頭性能指標(biāo)

 

    測量精度：±1.0%

    重復(fù)精度：±0.1%

    最高壓力：lO~20MPa（通常）；40MPa（特殊）。

    適應(yīng)溫度：-100~500℃

    量程比：>10:1

    測量下限：以其輸出的差壓（Pa）為標(biāo)準(zhǔn)，氣（汽）體為24.9；液體為249.2；蒸汽為373.8。

    測量上限：不同型號的強(qiáng)度不同，其上限也不同

    適用范圍：方管、圓管

    管徑（跨徑）：38~14000mm

    介質(zhì)：在滿管條件下，圓管及方管的各種單相的氣體、液體和蒸汽介質(zhì)。

 

    1.6 電廠選型和安裝應(yīng)用時(shí)的注意事項(xiàng)

 

    a.威力巴測量探頭安裝形式有水平和垂直兩種：水平方式應(yīng)安裝在水平管道上；垂直方式應(yīng)安裝在垂直管道上。在特殊情況下垂直方式可以安裝在水平管道上，但水平方式不能安裝在垂直管道上。

    b.用戶選型應(yīng)向廠家提供以下數(shù)據(jù)：控制點(diǎn)位號、名稱、介質(zhì)及成分、工作溫度、工作壓力、介質(zhì)黏度、介質(zhì)重度、最大流量（刻度流量）、正常流量、最小流量、管道外徑X壁厚、介質(zhì)流向等參數(shù)。

    c.因威力巴測量探頭前后壓差非常小，所以在選擇差壓變送器時(shí)目前最好選擇國外進(jìn)口精度高的變送器，國內(nèi)的差壓變送器因其精度不高，在使用時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)零漂及測量誤差大等問題。

    d.威力巴測量探頭在安裝時(shí)，應(yīng)使探頭側(cè)后兩邊低壓孔的壓力盡可能一致，這樣探頭測量更準(zhǔn)確，誤差更小。

 

    2 威力巴與孔板的壓損比較

 

    節(jié)流式流量計(jì)的測量基礎(chǔ)是在充滿流體的管道中，固定放一個(gè)流通面積小于管道截面積的節(jié)流件，則管道內(nèi)流體在通過該節(jié)流件時(shí)就會形成局部收縮，收縮處流速增加，靜壓力下降。這種流量計(jì)不可避免會在管道內(nèi)產(chǎn)生永久壓損，以孔板為例，其流體和損失的主要原因是孔板前后渦流的形成以及流體的沿程摩擦，使得流體具有的總機(jī)械能的一部分不可逆轉(zhuǎn)地變成了熱能，消失在流體內(nèi)。

 

    孔板壓損的經(jīng)驗(yàn)公式：

 

    當(dāng)β=O.6時(shí)，PPLo=O.6×△P

    當(dāng)β=O.7時(shí)，PPLo=O.5×△P

 

    式中 β  — 孔板的孔徑比；

         PPLo— 孔板產(chǎn)生的壓損；

         △P — 孔板產(chǎn)生的壓差。

 

    威力巴的壓損約為

 

    PPLv=0.03×△P

 

    由于威力巴的差壓△P比孔板的差壓△P小一個(gè)數(shù)量級，而壓損的比例又小一個(gè)數(shù)量級，所以威力巴的壓損和孔板的壓損相比微乎其微。

 

    節(jié)流件壓損帶來的能量損失：

 

    Hp＇= （Qm÷ρ）×PPL

 

    式中 Qm — 流體質(zhì)量流量；

         ρ  — 流體密度；

         PPL— 節(jié)流件產(chǎn)生的壓損。

 

    假設(shè)為了彌補(bǔ)節(jié)流件帶來的不可恢復(fù)的壓損，在其后增加1臺壓力泵，泵的效率為η=80% ，則：

 

    Hp= （Hp＇×C＇）/η

 

    其中C＇為修正系數(shù)。

 

    3 結(jié)束語

 

    威力巴流量計(jì)除具有精度高、測量穩(wěn)定和容易安裝等特點(diǎn)外，還具有巨大的節(jié)能優(yōu)勢。隨著威力巴測量裝置在電廠中不斷推廣和應(yīng)用，其降低施工及用戶日常維護(hù)費(fèi)用、提高經(jīng)濟(jì)效益、提高控制水平具有極其重要的意義。