0、引言：

    氣體流量檢測是工業測量的重點也是難點。 孔板、噴嘴等傳統差壓式流量計由于先天結構的缺陷, 實際應用效果很不理想: 如流出系數不穩定、線性差, 易積污、壓損大、量程比小, 特別是對直管段的要求在實際使用中很難滿足。尤其是雜質較多的混合煤氣和高溫高壓的蒸汽流量檢測一直是流量測量的難點。我們曾使用過孔板、 超聲波流量計、渦街流量計、威力巴流量計等測量混合煤氣和蒸汽, 但應用效果都很不理想, 且問題頻出, 例如數據不準確、不穩定、波動大、 易臟污、難清理、計量異議多等。采用V錐流量計后, 流量檢測取得了很好的應用效果, 解決了困擾生產的諸多計量難題, 因此V錐流量計在濟鋼的應用越來越廣泛。

1、部分常用流量計的優缺點：

1.1、威力巴流量計：

    威力巴流量計是一種差壓式流量檢測儀表。 其優點有:

    (1) 適應環境能力強, 在干凈介質中運行穩定、可靠。

    (2) 結構簡單。

    (3) 可在線安裝、維護。

    (4) 幾乎無壓力損失。

    缺點有:

    (1) 適應性差, 不適合臟污介質的測量, 取壓管路易堵塞。

    (2) 不能測量雙向流和脈動流流量。

    (3) 選型條件要求嚴格。

    目前, 威力巴流量計在濟鋼的應用較少。

1.2、渦街流量計：

    渦街流量計是根據 “卡門渦街” 原理制造的一種流體振蕩型流量儀表。其優點有:

    (1) 適應性較強, 可測量一般的臟污介質和混合氣體。

    (2) 結構簡單, 無可動部件。

    (3) 量程下限低, 量程范圍寬。

    (4) 壓力損失小。

    缺點有:

    (1) 氣體介質含塵、含油量大時可能導致旋渦發生體變形, 影響測量結果。

    (2) 不能測量雙向流和脈動流流量。

    (3) 不能在線安裝。

    (4) 屬于速度式流量儀表, 需要溫度、壓力補償。

    目前, 渦街流量計在濟鋼的應用比較少, 其他流量計如孔板、文丘利管、噴嘴、超聲波流量計等在濟鋼的應用也很少, 這里就不一一列舉闡述。

 

2、V錐流量計的結構原理：

    V錐流量計與其他差壓式流量計原理相同, 都遵循封閉管道中流體質量守恒和能量守恒定律, V錐流量計是通過管道中心軸線處的流體節流件達到流體的均速測量效果, V錐流量計結構示意圖如圖1所示。

 

圖1  V錐流量計結構示意圖

 

    V錐流量計的管道中心處懸掛著一個V形錐體 ( 也叫V錐) , 當流體經錐體后速度加快, 動能增加, 這部分增加的動能是由錐體下游靜能 ( 壓力) 的下降而轉換過來的, 即V形錐的下游會形成一個低壓帶。流體的流量與其流經V形錐前后所產生的差壓形成一定的關系。這便是基于封閉管道中能量相互轉換的伯努利定理的應用。關系如下:

基本流量方程為:

 

 

可化簡為實用流量方程:

 

 

3、V錐流量計的主要特點及應用優勢：

    V錐流量計與孔板、渦街流量計、超聲波流量計、威力巴流量計的應用相比, 其特點顯著, 優勢明顯, 現將應用情況總結如下。

3. 1、對流體的均速作用：

    V錐流量計的流量測量公式與其他差壓式儀表相似, 但幾何結構卻截然不同。懸掛在管道中的V型錐體, 迫使流體中心部分的流體包圍著V型錐體流過, 管壁附近的流速逐漸加快, 從而達到使流速 “均化”的效果。其他差壓流量計的中心處是空的, 不能使流速 “均化”。這是V錐流量計的優點之一, 使得流體在低速時仍能產生足夠的差壓, 而傳統的差壓儀表可能早已不能測量。 這種幾何上的設計使其具有傳統差壓流量計所沒有的優點。V錐流量計的信號干擾非常低, 在低流量、低差壓的情況下, 仍能保持較高的測量精度和穩定性。

3. 2、強抗干擾能力：

    流體在管道內流動遇到阻礙物會產生 “卡曼旋渦”現象, 這對于差壓式儀表屬于有害干擾, 而V錐流量計的結構是邊壁節流, 節流件后部產生的干擾流分布是等量相反而相互抵消, 因此干擾很小, 這就是V錐流量計在低流量低差壓時還能保持較高測量精度和重復性的原因。

3. 3、無苛刻的直管段要求：

    直管段長度的要求是制約許多流量計在現場應用的關鍵問題, 塔形流量計通過中心懸掛的流線形錐體能重塑流速曲線, 在緊靠流體上游和下游較窄的區域內, 將流速不規則的流體直接整流成理想流體, 可以獲得很高的測量精度而不需要長直管段整流, 因此, 只需極短的直管段就能取得準確的測量值, 這也是V錐流量計的非常大優勢所在。

3. 4、具有自清潔功能和防堵技術：

    流體在管道中流動, 因管壁的阻力流體在管壁處的流速非常慢, 流體中雜質臟污顆粒容易沉積在管壁上。但當流體接近V型錐體時, 管道中央流速變慢, 管壁附近流速逐漸加快, 在到達節流件測量的關鍵部位時流速非常快, 從而對管壁、節流件表面附近形成了吹掃沖刷作用, 因此雜質不會在錐體附近沉積。這一特性決定了流量計長期使用不易堵、基本免維護。飛龍生產的V錐流量計由于具有可控加熱、多孔取壓和噴涂特殊材料等技術, 因此具有極強的自清潔和防堵功能。

3. 5、相對壓損小：

    一般流量計測量時壓力損失較大, V錐流量計由于采用 “逐漸節流方式”工作, 完全不同于孔板等傳統儀表 “突然節流”的工作方式, 壓損很小, 壓力損失僅為孔板的1 /3, 比傳統儀表有很大的優越性。

3. 6、耐磨損, 長期穩定性好：

    由于V錐流量計的節流錐體下游邊緣是鈍角, 流動時形成邊界層, 使流體離開了節流緣, 帶有雜質的流體不易磨損節流緣, 其 β 值長期不變, 使節流體無需重復標定, 具有長期的穩定性。而孔板等流量計投用一段時間后, 邊緣容易磨損, 導致 β 值改變, 出現測量偏差。

3. 7、適應性強：

    與濟鋼目前使用的其他類型流量計相比, 塔形流量計由于特殊的節流體構造, 應用范圍廣泛, 可測蒸汽、煤氣、各種混合氣體和其他液體等。 V錐流量計工作溫度可達500 ℃, 可測量雷諾數為8 000 - 1 × 107。V錐流量計的信號干擾非常低, 它在低流量、低差壓的情況下, 仍能保持較高的測量精度和穩定性, 因此, 塔形流量計適應性非常強, 應用也越來越廣泛。

4、V錐流量計在濟鋼的創新應用：

    我們對V錐流量計的安裝及取壓部分進行了應用創新, 以更好地滿足現場計量的需求。主要是: ( 1) 適當縮短取壓管長度; ( 2) 蒸汽冷凝罐等采取焊接方式, 減少管件硬連接, 以適應蒸汽高溫高壓, 杜絕蒸汽泄露, 避免儀表損壞, 保證計量精度; ( 3) 采用取壓管道傾斜安裝, 杜絕靜壓差。以V錐流量計在蒸汽計量的創新應用為例, 圖2為原計量安裝方式, 圖3為創新后的計量安裝方式。

 

圖2 原來計量安裝方式

 

圖3 創新后的計量安裝方式

 

4.1、創新應用優勢：

    (1) 仍保留原V錐流量計的所有優點, 完善部分不足之處。

    (2) 適當縮短取壓管, 方便保溫, 壓力傳導快捷, 適合濟鋼流體介質壓力波動大的特點, 適應濟鋼快速自動調節系統, 更好地滿足計量需求。

    (3) 便于維護, 延長變送器的使用壽命。

    (4) 安裝施工方便。

    (5) 杜絕正負靜壓差。

4.2、創新應用實際效果：

    (1) 得到生產崗位操作人員的認可。

    (2) 蒸汽汽配更加合理。

    (3) 方便維護檢修。

    (4) 變送器使用壽命延長1倍。

    (5) 儀表故障率明顯降低, 流體產供銷數據更加平衡。

 

5、結束語：

    V錐流量計因其具有無苛刻直管段要求、無壓力損失、具有自清潔功能、適應性強、運行穩定可靠、基本免維護等優勢, 極大地方便了企業生產, 滿足了生產計量的需要, 為企業節約能源提供了有利條件。