楔形流量計(jì)屬于差壓式流量計(jì)，20世紀(jì)70年代后期我國(guó)引進(jìn)了泰勒公司〔Taylor〕生產(chǎn)的楔形流量計(jì)，在化工企業(yè)的高粘度液體測(cè)量中使用效果令人滿意，美國(guó)一家污水處理廠1987～1988年共安裝15臺(tái)楔形流量計(jì)測(cè)量污水流量，投運(yùn)后儀表運(yùn)行正常[2]。我公司近3年內(nèi)在焦化廠焦油、工業(yè)萘、蒸汽、天然氣、高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣、水等介質(zhì)的測(cè)量中廣泛采用楔形流量計(jì)進(jìn)行測(cè)量，取得了滿意的效果。

 

      1 測(cè)量原理

 

      楔形流量計(jì)根據(jù)伯努利公式，利用流體在流動(dòng)過(guò)程中遵守能量守恒定律，即動(dòng)能和靜壓能之和不變，以流體通過(guò)起節(jié)流作用的圓缺楔時(shí)產(chǎn)生壓差的原理而進(jìn)行流量測(cè)量。楔形流量孔板由兩塊平板（一般為不銹鋼）制作而成，這兩塊平板在臨界角上焊接在一起，然后插入槽內(nèi)，差壓引出管在位于楔形片中心兩邊等距離的地方，見圖1。

 

 

 

      當(dāng)流體流經(jīng)V形節(jié)流塊時(shí)，流通面積減少，流速增大，靜壓減小，從而產(chǎn)生靜壓力差。壓差的平方根與流量成正比。測(cè)得壓差即可測(cè)得管道中的流量。楔形流量計(jì)的流量公式為：

 

                            （1）

 

      式中：

 

      qv 為體積流量，m3/s；

      C  為流出因數(shù)；

      ε   為可膨脹系數(shù)；

      m  為流通面積與管道截面積之比；

      D  為管道內(nèi)徑，m；

      Δp為楔形件前后產(chǎn)生的差壓，Pa；

      ρ  為被測(cè)流體密度，kg/m3。

 

      2 楔形流量計(jì)的特點(diǎn)

 

      2.1 楔形流量計(jì)的壓損

 

      由于楔形孔板未標(biāo)準(zhǔn)化，其結(jié)構(gòu)中各生產(chǎn)廠決定，我公司生產(chǎn)的楔形孔板其夾角一般為60°～90°，如果其夾角為0°，即成為圓缺孔板了，夾角越大，產(chǎn)生的靜壓差越小，但壓損也相應(yīng)增大。楔形孔板的結(jié)構(gòu)在圓缺孔板、噴嘴之間，由于楔形孔板倒三角形，而三角形具有導(dǎo)流作用，流體流動(dòng)時(shí)能使流線圓滑過(guò)渡，與孔板相比，楔形孔板產(chǎn)生的壓損較小。圖2為楔形孔板與噴嘴、孔板產(chǎn)生的力損失比較。

 

 

 

      2.2 楔形流量計(jì)的優(yōu)點(diǎn)

 

      楔形孔板具有圓缺孔板的優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)流體中含有雜質(zhì)或固體物質(zhì)時(shí)，容易從楔形孔板下部流過(guò)，不會(huì)沉積在楔形孔板周圍，也就是說(shuō)楔形孔板具有自清洗作用。

 

      2.3 適用于低雷諾數(shù)ReD流量測(cè)量

 

      標(biāo)孔板、文丘里管等不宜在低雷諾數(shù)下進(jìn)行測(cè)量，標(biāo)準(zhǔn)孔板的流出因數(shù)通常在雷諾數(shù)4000以上時(shí)趨于穩(wěn)定，在低雷諾數(shù)時(shí)，其流出因數(shù)會(huì)隨雷諾數(shù)的變化而變化，當(dāng)雷諾數(shù)小1800時(shí)，則流量與差壓之間會(huì)偏離基本的平方根關(guān)系，顯然會(huì)對(duì)測(cè)量準(zhǔn)確度造成較大影響。而楔形孔板是V型節(jié)流元件，其流出因數(shù)線性好，具有噴嘴入口曲線流暢、無(wú)滯流區(qū)的特點(diǎn)，雷諾數(shù)對(duì)它影響小，當(dāng)雷諾數(shù)小至500時(shí)，楔形流量計(jì)的準(zhǔn)確度和流出因數(shù)的變化不大，雷諾數(shù)在400～10000之間進(jìn)行流量測(cè)量，其誤差小于3%。

 

      2.4 安裝使用方便

 

      與孔板相比，楔形流量計(jì)兩端用法蘭與工藝管道連接即可，安裝較方便，同時(shí)其日常維護(hù)量較小，運(yùn)行成本相對(duì)較低。

 

      3 適用范圍

 

      由于楔形流量計(jì)量程比寬，雷諾數(shù)適用范圍在300～106之間，因而特別適合于高粘度流體的測(cè)量，如化工廠各種高粘度流體以及污水、較臟污的氣體如高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣的測(cè)量，楔形流量計(jì)可測(cè)量的雷諾數(shù)范圍上限可達(dá)106，所以也可進(jìn)行蒸汽、天然氣等氣體的測(cè)量。

 

      4 楔形流量計(jì)的標(biāo)定

 

      4.1 實(shí)流標(biāo)定

 

      楔形流量計(jì)是非標(biāo)儀表，出廠時(shí)每臺(tái)儀表必須經(jīng)過(guò)實(shí)流標(biāo)定。我公司生產(chǎn)的楔形流量計(jì)采用標(biāo)準(zhǔn)表法、用水作介質(zhì)對(duì)每臺(tái)儀表進(jìn)行標(biāo)定。楔形流量計(jì)在設(shè)計(jì)時(shí)選擇的流出因數(shù)由于很難準(zhǔn)確地測(cè)量楔形元件的流通面積，找出等效孔徑，因而大多憑經(jīng)驗(yàn)先選擇流出因數(shù)，只有通過(guò)標(biāo)定才能計(jì)算出實(shí)際的流出因數(shù)，確定該臺(tái)儀表的誤差，并對(duì)原設(shè)計(jì)的差壓進(jìn)行調(diào)整以達(dá)到儀表準(zhǔn)確度等級(jí)的要求。

 

      4.2 標(biāo)定及數(shù)據(jù)處理

 

      為了保證在儀表使用范圍內(nèi)的準(zhǔn)確性，標(biāo)定點(diǎn)應(yīng)選擇在常用流量范圍內(nèi)，一般選取流量上限的20%、40%、60%、80%、100%；每一標(biāo)定點(diǎn)按企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，用計(jì)算機(jī)多次采樣后取其平均值，再求出各標(biāo)定點(diǎn)的流出因數(shù)平均值作為這臺(tái)儀表的流出因數(shù)。其C值的計(jì)算公式如下：

 

                           （2）

 

      式中：

 

      qm 為質(zhì)量流量，kg/m3；

       ε   為膨脹因數(shù)；

      Δp  為楔形件前后產(chǎn)生的差壓，Pa；

      ρ    為被測(cè)流體密度，kg/m3；

      m   為流通面積與管道截面積之比；

      D    為管道內(nèi)徑，m。

 

      我們對(duì)生產(chǎn)的數(shù)十臺(tái)楔形流量計(jì)標(biāo)定后流出因數(shù)進(jìn)行分析，其各種規(guī)格的楔形孔板（管徑25～300mm、量程比為1:10）的流出因數(shù)十分穩(wěn)定，其測(cè)量誤差均小于1%。80%左右的儀表顯示流量與標(biāo)準(zhǔn)電磁流量計(jì)（經(jīng)華東國(guó)家計(jì)量測(cè)試中心、上海市計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究院給出的校準(zhǔn)證書標(biāo)明，其最大示值誤差為-0.10% 、-0.12%）的誤差均在±0.5%左右。

 

      表1列出了qm max=50000kg/h、ΔPmax=44kPa、楔形比β=0.2522的楔形孔板的標(biāo)定數(shù)據(jù)。

 

      表1 楔形流量計(jì)標(biāo)定數(shù)據(jù)

 

被檢表輸出帶內(nèi)流/mA 計(jì)算值

/kg•h-1 標(biāo)準(zhǔn)表讀數(shù)

/kg•h-1 被件表讀數(shù)

/kg•h-1 測(cè)量誤差

/% 流出因數(shù)

/C 各點(diǎn)流出因數(shù)平均值/ 5 12500.00 12280.00 12310.00 0.2443 0.7248 0.72490 12280.00 12300.00 0.1629 0.7250 12650.00 12680.00 0.2372 0.7249 12550.00 12600.00 0.3984 0.7249 12230.00 12280.00 0.4088 0.7249 8 25000.00 24910.00 24990.00 0.3212 0.7248 0.72458 24940.00 24980.00 0.1604 0.7245 24990.00 25050.00 0.2401 0.7246 25030.00 25100.00 0.2797 0.7244 25010.00 25030.00 0.0800 0.7246 12 35355.34 35370.00 35500.00 0.3675 0.7245 0.72432 35380.00 35550.00 0.4805 0.7244 35300.00 35450.00 0.4249 0.7242 35400.00 35480.00 0.2260 0.7242 35850.00 35930.00 0.2232 0.7243 16 43301.27 43470.00 43550.00 0.1840 0.7246 0.72450 43440.00 43540.00 0.2302 0.7244 43500.00 43620.00 0.2579 0.7246 43520.00 43590.00 0.1608 0.7244 43420.00 43610.00 0.4376 0.7245 20 50000.00 48420.00 48560.00 0.2891 0.7243 0.72418 48900.00 49000.00 0.2045 0.7241 48950.00 49100.00 0.3064 0.7243 48910.00 48980.00 0.1431 0.7242 48500.00 48680.00 0.3711 0.7240

 

      按公式（3）計(jì)算出每個(gè)檢定點(diǎn)5個(gè)C值的平均值CI；

 

                           （3） 

 

      再計(jì)算出5個(gè)檢定點(diǎn)的5個(gè)CI值的平均值C0，C0即為該被檢定楔形流量計(jì)的流出因數(shù)。標(biāo)定后的流出因數(shù)C0=0.7245可作為該臺(tái)儀表出廠時(shí)確定的流出因數(shù)。

 

       5 楔形流量計(jì)的應(yīng)用

 

      我公司焦化廠萘油、焦油的測(cè)量，過(guò)去采用靶式流量計(jì)，使用效果不能令人滿意，用楔形流量計(jì)后3年多，數(shù)據(jù)穩(wěn)定，維護(hù)工作量大為減少，故障率極低，效果顯著。

 

      高爐煤氣發(fā)生量和熱風(fēng)爐用高爐煤氣（管道直徑為Φ1820mm×10mm和Φ1420mm×10mm）均采用楔形流量計(jì)進(jìn)行測(cè)量，從二年多使用情況來(lái)看，從未發(fā)生取壓管堵塞，數(shù)據(jù)也十分穩(wěn)定。

 

       6 結(jié)束語(yǔ)

 

      最新的1S05167：2003〔E〕已經(jīng)逐步在國(guó)內(nèi)宜傳、推廣，對(duì)冶金廠來(lái)說(shuō)，現(xiàn)行國(guó)標(biāo)GB/T2624-93中規(guī)定的直管段長(zhǎng)度很多地方都無(wú)法滿足，更長(zhǎng)的直管段要求更是擺在現(xiàn)行孔板面前的嚴(yán)峻課題。除了采用新型儀表V型內(nèi)錐以外，筆者覺得，在一些不是作為計(jì)量結(jié)算十分嚴(yán)格的場(chǎng)所，采用一些實(shí)用、可靠的非標(biāo)儀表也是可以考慮的。其實(shí)標(biāo)準(zhǔn)與非標(biāo)儀表也是相對(duì)的，今天的非標(biāo)可能明天就成為標(biāo)準(zhǔn)，況且很多設(shè)計(jì)好的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置因現(xiàn)場(chǎng)條件所限就成非標(biāo)了，而且有些誤差還不好確定，這種情況在工廠的計(jì)量中屢見不鮮。楔形流量計(jì)我們使用后的體會(huì)就是工作穩(wěn)定、準(zhǔn)確度適中、儀表結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、能適應(yīng)多種介質(zhì)的測(cè)量、維護(hù)量小，在我們公司的使用量逐年遞增。缺點(diǎn)就是必須每臺(tái)標(biāo)定，價(jià)格比孔板略高。