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            2. 流量計系列

              v錐流量計

              文字:[大][中][小] 2020/08/20    瀏覽次數:    

              V錐流量計,又名;V型錐流量計;V形錐流量計;錐型流量計;錐形流量計;內錐流量計;內錐式流量計,一體化V錐流量計V錐流量計(V-cone flowmeter)是20世紀80年代開始研發的一種差壓流量計,它的開發成功是差壓式流量測量的質的飛躍。它利用V錐體在流場中產生的節流效應,通過檢測上下游壓差來測量流量。與普通節流件相比,它改變了節流布局,從中心孔節流改為環狀節流。實踐使用證明,V錐流量計與其他流量儀表相比,具有長期精度高、穩定性好,受安裝條件局限小、耐磨損、測量范圍寬、壓損小、適合贓污介質等優點。而且V錐體本身作為流場的整流器而成為一種具有獨特性能的優異的新型流量計。由V錐傳感器和差壓變送器組合而成的V錐流量計,可精確測量寬雷諾數(8×103≤Re≤5×107)范圍內各種介質的流量。

              V錐流量計是以一個同軸安裝在測量管內的尖圓錐體為節流件的新型差壓式流量測量裝置,它是一種基于文丘里管測量原理,并集經典文丘里管、環形孔板和耐磨孔板優點于一體的新型節流裝置。

              由于V錐流量計采用特殊的結構形式,它具有以下特點:
              1、上、下游直管段要求較短:上游直管段長度為0-3d,下游直管段長度為0-1d。
              2、精確度:±0.5%;重復性是0.1%;量程比達到15:1。
              3、耐臟污、壓損小。
              4、具有流動調整和對流體的混合作用。
              5、安裝方便,是進行技術改造的理想的流量計;
              6、免維護或維護工作量很小。

              V錐流量計主要技術參數
              ·精度等級:0.5級(差壓流量變送器精度應高于0.2級,含0.2級),(β:0.45~0.85,當β<0.55,量 程比4∶1時,精度等級:≤0.30)
              ·重復性:0.1%
              ·工作壓力:0~40MPa(有多個壓力等級可供選擇)
              ·工作溫度:-40~850°C
              ·環境溫度:-40~65°C、
              ·安裝直管段要求:前0-3D直管道,后0-1D直管段
              ·量程比寬:通常為10∶1,選擇合適的參數可達到50∶1
              ·壓損?。和瑯拥摩轮?,壓損是孔板1/3~1/5
              ·口徑從DN25~DN2000

              V錐流量計的技術特點: 
              1、精度高:V錐型流量計[2]的精度為測量值的±0.5%,貿易計量級為±0.3%(系統精度需參照應用條侏及二次儀表的精度)。 
              2、重復性好:V錐型流量計的重復性很好,為±0.1%。 
              3、量程比寬:V錐型流量計的量程較其它類型的差壓流量計大得多,正常情況下為10:1,若有必要不是也可加大。在雷諾數高于8000時輸出信號為線性,若低于8000也可測量,但需對輸出信號根據曲線進行修正。 
              4、直管段要求低:伯努力方程要求受測流體為理想流體,在實際應用中這是根本不可能的,很多情況會造成流體分布不均勻,如彎頭,閥門,縮徑,擴徑,泵,三通等等,對其它儀表而言,這是一個很難解決的問題。V錐流量計可在極為惡劣的情況下均勻流體分布,如在緊鄰儀表上游有單彎管,雙彎管,經過錐體“整流”后的流體分布比較均勻可保證儀表在惡劣的條件下獲得較高的測量精度,由于V型流量計可均勻流體分布曲線,因此同其它類型的差壓流量計相比,對上下游直管段的要求小,建議安裝時在上游留0-3D的直管段,在下游留0-1D的直段管。當用戶的管道尺寸大,管道價格高或直管段不夠的情況下,V錐型流量計將是最佳選擇。在過去十年內,對V型流量計的上游有一個90℃的單彎管或兩個不在一個平面上的雙彎管的情況進行了測試,測試結果表明,V錐型流量計可在緊鄰它的地方裝有一個彎管或不在同一個平面上的雙彎管而不會對測量精度有影響。 
              5、流量計特有結構所形成的邊界層效應,使節流件關鍵部位不會磨損,因此可以保持幾何尺寸長期不變,因此能長期穩定工作而無須標定。 
              6、流量計是純機械體,因此耐高溫、耐高壓、耐腐蝕及不怕振動。 
              7、可測的流體廣泛(液體、氣體、蒸汽),測量范圍寬(微小流量~大流量),適用的管徑DN15~DN3000。、壓損?。和瑯拥摩轮?,壓損是孔板1/3~1/5;耐磨損:流線型錐形體節流后,在錐形體表面產生真空層效應,使得錐形體不易磨損;不堵塞,不粘附:錐形徹底吹掃式設計避免了流體中的殘渣、凝結物或顆粒的滯留;長期穩定性好:β值可長期不變,并保證長期精確測量;
              8、信號穩定:"信號波動"是孔板的1/10;
              9、β值范圍寬:V錐流量傳感器獨特的幾何形狀允許有廣泛的β值范圍;
              10、口徑范圍寬:DN25~DN2000;
              11、可測高溫、高壓介質:工作溫度最高850℃, 最大壓力40MPa;
              12、可測臟污介質(焦爐煤氣、高爐煤氣、原料油、渣油等);
              13、可測氣液兩相介質(濕氣、冷凝水等);

              V錐流量計工作原理
              (1)對流體的均速作用
              流體在管道中流動實際上是這樣一種狀態,當流體流動不受任何阻礙和干擾達到充公發展狀態時,其速度分布為:越靠近管道中心流速越快,在中心處達到最快、越靠近管壁流速越慢,在管壁處接近零。大多數流量儀表測量流量涉及到流速時,由于無法改變這種快慢不均的狀態,只能忽略管道中流速有快慢之分的實際情況而假設流速是均等的。而 塔型(形)流量計由于錐形體處在管道中心,它直接把流體從高速流動的中心部位分開,使流速快的流體分別向四周流速慢的流體靠攏并拉動它們混合一起流動,這種快慢混合的結果就是:原本流速快慢的差別消失了,流體變成了真正的均勻流動。流體流速被均勻化所帶來的好處就是:測量信號真實反映了被測流體的實際值,并使得在低流速時 塔型(形)流量計前后仍能產生足夠準確的差壓,隨著流速的降低,這種作用更加顯著,而這種情況對于傳統的差壓式儀可能早已不能測量了。 
              (2)具有很強的抗干擾(旋渦流)能力
              大家都知道流體流動遇到阻擋物時會產生“旋渦流”,這就是著名的“卡曼旋渦”現象,渦街流量計就是基于這個原理工作的。同樣道理象孔板、錐開體等節流件在管道中也是阻擋物,在節流件后部除了產生靜壓力外必然也會產生旋渦流。然面這個旋渦流對于渦街流量計來講是有用的信號對于差壓式儀表來講卻是有寄存器的干擾,見(圖4)。這個干擾在節流件下流(負壓端)會產生“信號跳動“現象,它會嚴重干擾正常信號的測量。塔形的結構是邊壁節流,節流件后部產生干擾流的分布是等量相反(對稱分布)而相互抵消,因此使干擾程度大大減輕。而孔板等傳統節流件是中心節流,產生的干擾流方向直接指向取壓口,嚴重干擾了測量信號,特別是小流量時干擾甚至大于測量信號而無法正常工作。經過大量的試驗和科學檢測證明:孔板負壓端產生的是“高幅度低頻率跳動”,而錐形體負壓端產生的是“低幅度低頻率跳動”。

              (3)對流體的整流功能
              絕大多數流量儀表要求足夠長的前后直管段,目的就是為了使流體流動狀態成為充分發展管流以復現實驗條件下的流動狀態。然而這種苛刻的要求常常由于復雜的現場(如各種閥門、彎頭、縮徑、擴徑、泵等)而不能滿足,所帶來的結果必然是測量誤差的增大。因此,絕大多數流量儀表很難在不滿足直管段條件下取得準確的測量值。
              而 塔型(形)流量計卻不同,由于它邊避節流的特殊結構,使得流體在遇到V形節流件時,被強迫按照“管壁與節流件之間由寬逐漸變窄的狹長通道”內流動,該通道可以等效為一個管式整流器,經過這個通道后,各種干擾流的變化為:不規范流動——被迫在規定的通道流動——變成規范流動。因此它能夠對上游處因各種外界因素引起的不規則的流動畸變自動進行矯正整流,從而使達到測量區的流動形成了規則的流動。因此只需極短的直管段也能取得準確的測量值,由此大大減輕了用戶的工作量和投資,這是大多數流量儀表無法相比擬的。
              (4)節流件耐磨損的特點
              我們都知道節流式差壓儀表的測量精度是靠它的“幾何尺寸”保證的,這一點塔形與孔板是一樣的。但是由于孔板測量關鍵部位易磨損,它的測量誤差隨著使用時間在緩慢變大。而從 塔型(形)流量計的節流件結構可以看出:其關鍵的節流邊緣是處在節流件后部的鈍角,并順著流體方向。當流體流過節流件表面和管壁間的通道時,會形成“邊界層效應”,該效應會使流體到達測量部位前,逐漸離開了節流邊緣一個微小的距離,這樣就使被測流體不與節流件關鍵部位接觸,因此就不可能有磨損情況發生,其 關鍵部位的幾何尺寸(β值)就能保持長期不變。所以不用重復標定也能長期穩定工作。 
              (5)自清潔功能
              如前所述,由于流體在靠近管壁處的流速變慢極容易使臟污物等沉淀或附著在管壁上,對于孔板等傳統差壓儀表還會在前面堆積。那么流體在塔形流量計流動時會是一種怎樣的情況?當流體進入測量管并流過節流件四周的通道時,由于該通道是管壁與節流件間形成的由寬逐漸變窄的通道,它博士流體流動速度高于管道其他部位并逐漸加快,在到達節流件測量的關鍵部位時流速最快,從而對管壁、節流件表面附近形成了吹掃沖刷作用,所有臟污雜物不可能在這里停留或附著,所以不會產生臟污的積垢,更不存積垢死角。 塔型(形)流量計這一獨特的吹掃式設計,決定了它用在高爐煤氣、焦爐煤氣等臟污流體測量中,不會使粉塵、焦油等臟物在節流件和管壁附近堆積,附著及堵塞取壓孔。
              (6)強大防堵功能的專利技術
              上述介紹的塔形流量計的自清潔功能,當流體屬于特臟型或含有大量粉塵雜質時,常規的V 型(形)流量計有時也不能徹底解決,國內外實際使用中,時有發生因堵塞取壓孔而導致測量失敗的事例。
              為此飛龍公司經過一年多的試驗已于去年研制成功三項具有中國獨立知識產權的專利技術產品:
              具有可控加熱的 塔型(形)流量計;
              具有噴涂特殊材料涂層的 塔型(形)流量計;
              具有多孔取壓的 塔型(形)流量計;
              專用于高爐、焦爐煤氣等特臟污流體流量的測量。加油極強的防堵功能,該產品目前在國內國際都處于領先地位。已出口“南非MITTAL STEEL NEWSASTLE 2號焦爐”項目。 
              (7)在設計計算上比標準節流件準確
              對這個問題下面以計算孔板為例來說明。
              在孔板計算中用戶必須把管道直徑“D”值提供給計算者,D參數是設計孔板的一個重要數據,因此標準中對它有嚴格的規定:要求在節流件前(0~0.5)D長度上,至少取3個截面測出12個數據,然后取其平均值作為D值來計算孔板。然而這個規定在實際中很難做到,因為大多數情況都是在原有的工藝管道上后安裝 塔型(形)流量計,不可能為了測量D值而停車割開管道,大多數習慣上都是以公稱直徑報給設計者(除非連同直管段一道購買加工)。我們知道管道的尺寸通常是以公稱值來標注的,而鋼管產品是按外徑和壁厚系列組織生產的。不同的壁厚可以導致同一系列的鋼管直徑相差最大達十毫米之多,以這樣不準確D值來計算節流件,其結果就是“假值真算”,再高級的計算軟件算出來結果也是不會準確的。塔型(形)流量計,是把測量管和連接法蘭整體焊接在一起的一個產品,雖然D值的要求也很嚴格,但是這個工作是由儀表制造廠家來做的。測量管是在制造廠進行準確測量或者進行機械加工來達到所要求數值,根本不需要用戶再為管道的D值是否精確而為難,用戶只要把管道的壁厚系列提供給儀表廠以便選配同系列的測量管就可以。由于塔形流量可以把D值控制的非常精確,從而避免了孔板等差壓式儀表因D值不準確而帶來的計算上的誤差。
              (8)壓力損失小
              塔型(形)流量計的結構特點是流線型節流件,采用“逐漸節流方式”工作,完全不同于孔板等傳統差壓式儀表“突然節流”的工作方式,所以它的壓力損失小,約是孔板的1/3。因此對于那些“低壓力、大流量”流體測量來講,比傳統差壓式儀表有很大的優越性。

              V錐流量計的性能特點:
              V錐是一種差壓式流量計, 與其它差壓流量計一樣,都是基于密閉管道中能量相互轉化的伯努利定律。它是通過懸掛在管線中心的一個V型錐體來節流,這樣迫使流體以管線的中心線為中心,圍繞著錐體流過, 這種幾何形狀與傳統節流組件相比具有許多優點, 如流場整直器的特殊設計構造。 它顯著改善了傳統差壓流量計的使用局限。
              V錐流量計的應用范圍:
              V錐流量計可測量液體、氣體和蒸汽。流體的條件可以從深低溫到超臨界狀態, 工作溫度最高達700℃, 最大壓力可到40MPa, 若采用特殊材料圍繞, 溫度、 壓力還可更高??蓽y量最高雷諾數為500萬,最低雷諾數為8000甚至更低。產生的滿刻度差壓信號,從最低小于0.1kPa到最高幾十kPa。適合應用于下列場合:
              (1)中小管徑氣體;
              (2)臟污介質;
              (3)直管段不足的場合;
              (4)對精度要求較高的場合。

              V錐流量計的應用特性:
              (1)V錐流量計的自清潔功能
              流體在管道中流動,因管壁的磨擦,流體在管壁處的流速最慢,流體中的臟污顆粒容易沉積在管壁上。當流體接近V型錐時,管道中央流速變慢、管壁附近流速逐漸加快,最后繞過V型錐,再加上沒有積垢死角,雜質不會在錐體附近沉積,這一吹掃式設計決定了它在焦爐煤氣(Coke-oven Gas) 、細礦物油(Naphtha)、銨基水合物( Ammoniumhydrate)以及焦油(Tar)測量中,雜質不易粘在V型錐附近。
              (2)耐磨損,長期穩定性好
              由于V錐流量計的節流緣是鈍角,流動時形成邊界層,使流體離開了節流緣。邊界層效應使骯臟流體不能磨損節流緣,其β值長期不變。因此無需重復標定,具有長期的穩定性。
              (3)相對壓損小
              由于沒有銳利的緣口,V錐流量計引起的壓力損失是恒定的,且遠比孔板的壓損小。因為V錐流量計背壓穩定,正常流量情況下2~3kPa的差壓就足夠了,而孔板則需要16kPa以上。V型錐推薦的最大差壓為4~10kPa。
              (4)無苛刻的直管路要求
              傳統差壓儀表的特性基于理想的流動狀態;而實際上這種狀況在真實應用中根本不存在。任何管道布置上的變化,如彎頭、閥門、縮徑、擴徑、泵等都會破壞充分發展流。一般流量儀表很難在擾動的流動中取得正確測量值,V錐流量計克服了這些缺點,即使在極惡劣的安裝條件下(如緊鄰錐體上游有兩個在不同平面上的彎頭)V型錐體也能使速度分布變得平坦和對稱,從而確保了測量精度。
              (5)適合濕氣的測量
              其它類型差壓流量計在測量氣中帶液(不超過10%)的介質時,由于液相在負壓區產生大的抖動,引起負壓波動很大;而V錐流量計則不然,液相會沿著V型錐的管壁流動,不會在節流組件的下游產生大的抖動,從而保證氣液兩相介質的測量精度。

              V錐流量計的使用限制條件:

               

               

               

               

               

               

               

               


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