0 前言

 

    差壓式流量計（DPF）是流量計中規(guī)格龐雜的一大類儀表。其中尤以節(jié)流式和動壓頭式的使用最為廣泛。標(biāo)準(zhǔn)型節(jié)流式流量計以孔板為代表；動壓頭式多以均速管流量計為主，威力巴是其中最有代表性的一種。目前，在大管徑、低壓損的使用場合，如空氣、高爐煤氣的流量檢測，已越來越多地采用威力巴；但混合煤氣尤其是臟污混合煤氣的流量測量，大多還是用孔板。筆者比較了威力巴和標(biāo)準(zhǔn)孔板各自的優(yōu)缺點，分析了威力巴在臟污混合煤氣介質(zhì)中使用的可行性。

 

    1 標(biāo)準(zhǔn)孔板

 

    1.1 優(yōu)點

 

    標(biāo)準(zhǔn)孔板是應(yīng)用最普遍的一種節(jié)流件，它結(jié)構(gòu)簡單，性能較穩(wěn)定，使用期限長，價格低廉。

 

    1.2 缺點

 

    與其它節(jié)流式差壓流量計一樣，存在以下缺點：測量精度不高（在眾多因素的影響下，精度難以提高），重復(fù)性不好；量程比窄；現(xiàn)場安裝條件要求高，維護(hù)不便且須在停產(chǎn)時進(jìn)行；壓損大。

 

    1.3 流量特性

 

    按孔板的流量方程[1]

 

    

 

    式中：qv為體積流量；C為流出系數(shù)；ε為可膨脹系數(shù)；d為節(jié)流件內(nèi)徑；β為孔板孔徑與管道內(nèi)徑比；Δp為差壓；ρ1為上游流體密度。其中，β、d、Δp、ρ1為實測量，而C、ε為統(tǒng)計量。

 

    如果實測環(huán)境（管徑、節(jié)流件孔徑、雷諾數(shù)范圍、直管段長度、管壁粗糙度、流體介質(zhì)物性參數(shù)和流動特性等）均符合孔板計算書的要求，孔板精度是有保障的。但是，隨著孔板使用時間延長，其磨損、積污不可避免。美國Florida Gas Transmimion Company進(jìn)行過一項試驗，測量了一些因數(shù)變化時孔板精度的變化*：當(dāng)邊緣磨損為0.254mm時，精度損失-2.2%；磨損至1.27mm時精度損失達(dá)-13.1%；雜質(zhì)和油脂沉淀對精度的損失達(dá)-11.1%。有些使用場合，如混合煤氣等，其物性參數(shù)和流動特性是幾個變量的集合，不可能完全符合孔板計算書的要求。所以，這些因素給C、ε這類統(tǒng)計量的確定帶來了很大的困難，按照計算書出具的C、ε進(jìn)行計算，會不可避免地影響流量檢測的精度和穩(wěn)定度，有時甚至?xí)?yán)重偏離實際值。

 

    2 威力巴*

 

    2.1 優(yōu)點

 

    可測量多種介質(zhì)，應(yīng)用范圍廣；精度高，量程比大；探頭取壓孔采用子彈頭外形設(shè)計，防堵能力強(qiáng)（與其它均速管流量計相比）；測量信號穩(wěn)定，測量結(jié)果重復(fù)性好；管道永久壓損低；結(jié)構(gòu)牢固，安裝維護(hù)費(fèi)用低，可以在線安裝維修。

 

    2.2 缺點（混合煤氣場合）

 

    在測量介質(zhì)中含有大量焦油時，有可能造成探頭堵塞；由于節(jié)流比小，測量低溫低壓混合煤氣時產(chǎn)生的差壓較低，保證精度（1%）有最小差壓要求（>25Pa）；首次投入費(fèi)用較高。

 

    2.3 流量特性

 

    流量特性方程為

 

    

 

    式中：qv為體積流量；K的表達(dá)式是威力巴流量探頭流量系數(shù)的數(shù)學(xué)分析模型；Cf為流量常數(shù)，在特定條件下如定溫定壓下是常數(shù)；Δp為差壓。

 

    在流量特性方程中，K系數(shù)的實質(zhì)意義是建立在數(shù)學(xué)模型上推導(dǎo)出來的實測體積流量與理論體積流量的比值，它主要決定于探頭尺寸、取壓孔的位置和探頭截面與管道截面的面積比，在很大范圍內(nèi)與雷諾數(shù)、氣體組分變化無關(guān)；在實際工況中，通過輔助測量p（壓力）、T（溫度）、ρ（密度）、Q（熱值），調(diào)整流量常數(shù)Cf進(jìn)行流量補(bǔ)償，這是用威力巴能獲得高測量精度的重要原因之一。

 

    3 用威力巴測量混合煤氣流量

 

    以用威力巴測量杭鋼的混合煤氣為例，會碰到一些問題，但有解決辦法。

 

    1）杭鋼的混合煤氣中，高爐煤氣和焦?fàn)t煤氣的配比變化較大，有時甚至是全焦?fàn)t煤氣，但絕大部分時間的配比為55%高爐煤氣和45%焦?fàn)t煤氣，熱值9600kJ左右，焦油含量適中。威力巴的在線反吹功能可以使堵塞的可能降到最低；即使堵塞，威力巴的在線維護(hù)功能使得維護(hù)方便，且不用停氣停產(chǎn)。

 

    2）節(jié)流比小。雖然差壓也小，但通過選用微差壓變送器可以保證測量精度。同時，為了防止引壓管的壓力損失或氣體泄漏，宜采用一體式變送器。

 

    3）混合煤氣為低溫低壓氣體，流速較慢時，尤其在低流速區(qū)差壓小于25Pa時，雖然實測流量精度會降至2%~5%；但即使差壓降到1Pa時其重復(fù)性仍很好。

 

    4）雖然威力巴的首次投入費(fèi)用較高，但運(yùn)行及維護(hù)費(fèi)用較低。如在下列條件下：DN529（δ=5）、壓力6kPaG、溫度20℃、相對密度1.0673、流量7000Nm3/h，威力巴產(chǎn)生差壓為121Pa，壓損PPL為其3%，功率損失僅9W（=Q×PPL/η）；而同一個檢測點若換成孔板，則功率損失為1.27kW。所以，使用威力巴每年可節(jié)約電費(fèi)5500元（每度電費(fèi)按0.5元計），雖然首次投入較大（2.5萬~3萬元），但運(yùn)行四年后即與孔板的首次投入和運(yùn)行費(fèi)用總和相當(dāng)。另外，威力巴的維護(hù)安裝費(fèi)可以忽略，而孔板則相當(dāng)高，而且隨著管徑增大而大幅上升。

 

    4 結(jié)語

 

    威力巴與孔板相比，威力巴計量精度高，管道永久壓損低，而且可以在線安裝維修，其在線反吹功能可防止堵塞，采用一些相應(yīng)措施后，用于混合煤氣流量檢測較之孔板有很大優(yōu)勢。雖然在煤氣熱值高、流量少時威力巴精度有所下降；但孔板在介質(zhì)特性大范圍波動時，精度及其復(fù)現(xiàn)能力降低得更多。