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在煤气流量计测量中威力巴和孔板的比较

发表时间:2018-06-29
  近年来以均速管流量计为代表的动压头式差压式流量计(DPF)的应用已比较多。威力巴也是一种均速管流量计,与孔板比较,具有应用范围广泛、精度高、管道永久压损低、安装维护费用少和可以在线安装维修等优点。威力巴可用于混合煤气和脏污煤气的测量。 
  0 前言 
    差压式流量计(DPF)是流量计中规格庞杂的一大类仪表。其中尤以节流式和动压头式的使用最为广泛。标准型节流式流量计以孔板为代表;动压头式多以均速管流量计为主,威力巴是其中最有代表性的一种。目前,在大管径、低压损的使用场合,如空气、高炉煤气的流量检测,已越来越多地采用威力巴;但混合煤气尤其是脏污混合煤气的流量测量,大多还是用孔板。笔者比较了威力巴和标准孔板各自的优缺点,分析了威力巴在脏污混合煤气介质中使用的可行性。 
    1 标准孔板 
    1.1 优点 
    标准孔板是应用最普遍的一种节流件,它结构简单,性能较稳定,使用期限长,价格低廉。 
    1.2 缺点 
    与其它节流式差压流量计一样,存在以下缺点:测量精度不高(在众多因素的影响下,精度难以提高),重复性不好;量程比窄;现场安装条件要求高,维护不便且须在停产时进行;压损大。 
    1.3 流量特性 
    如果实测环境(管径、节流件孔径、雷诺数范围、直管段长度、管壁粗糙度、流体介质物性参数和流动特性等)均符合孔板计算书的要求,孔板精度是有保障的。但是,随着孔板使用时间延长,其磨损、积污不可避免。美国Florida Gas Transmimion Company进行过一项试验,测量了一些因数变化时孔板精度的变化*:当边缘磨损为0.254mm时,精度损失-2.2%;磨损至1.27mm时精度损失达-13.1%;杂质和油脂沉淀对精度的损失达-11.1%。有些使用场合,如混合煤气等,其物性参数和流动特性是几个变量的集合,不可能完全符合孔板计算书的要求。所以,这些因素给C、ε这类统计量的确定带来了很大的困难,按照计算书出具的C、ε进行计算,会不可避免地影响流量检测的精度和稳定度,有时甚至会严重偏离实际值。 
   2 威力巴* 
    2.1 优点 
    可测量多种介质,应用范围广;精度高,量程比大;探头取压孔采用子弹头外形设计,防堵能力强(与其它均速管流量计相比);测量信号稳定,测量结果重复性好;管道永久压损低;结构牢固,安装维护费用低,可以在线安装维修。 
    2.2 缺点(混合煤气场合) 
    在测量介质中含有大量焦油时,有可能造成探头堵塞;由于节流比小,测量低温低压混合煤气时产生的差压较低,保证精度(1%)有最小差压要求(>25Pa);首次投入费用较高。 
    2.3 流量特性 
    流量特性方程为 在煤气流量测量中威力巴与孔板的比较 
    0 前言 
    差压式流量计(DPF)是流量计中规格庞杂的一大类仪表。其中尤以节流式和动压头式的使用最为广泛。标准型节流式流量计以孔板为代表;动压头式多以均速管流量计为主,威力巴是其中最有代表性的一种。目前,在大管径、低压损的使用场合,如空气、高炉煤气的流量检测,已越来越多地采用威力巴;但混合煤气尤其是脏污混合煤气的流量测量,大多还是用孔板。笔者比较了威力巴和标准孔板各自的优缺点,分析了威力巴在脏污混合煤气介质中使用的可行性。 
    1 标准孔板 
    1.1 优点 
    标准孔板是应用最普遍的一种节流件,它结构简单,性能较稳定,使用期限长,价格低廉。 
    1.2 缺点 
    与其它节流式差压流量计一样,存在以下缺点:测量精度不高(在众多因素的影响下,精度难以提高),重复性不好;量程比窄;现场安装条件要求高,维护不便且须在停产时进行;压损大。 
    1.3 流量特性 
    按孔板的流量方程[1]
    式中:qv为体积流量;C为流出系数;ε为可膨胀系数;d为节流件内径;β为孔板孔径与管道内径比;Δp为差压;ρ1为上游流体密度。其中,β、d、Δp、ρ1为实测量,而C、ε为统计量。 
    如果实测环境(管径、节流件孔径、雷诺数范围、直管段长度、管壁粗糙度、流体介质物性参数和流动特性等)均符合孔板计算书的要求,孔板精度是有保障的。但是,随着孔板使用时间延长,其磨损、积污不可避免。美国Florida Gas Transmimion Company进行过一项试验,测量了一些因数变化时孔板精度的变化*:当边缘磨损为0.254mm时,精度损失-2.2%;磨损至1.27mm时精度损失达-13.1%;杂质和油脂沉淀对精度的损失达-11.1%。有些使用场合,如混合煤气等,其物性参数和流动特性是几个变量的集合,不可能完全符合孔板计算书的要求。所以,这些因素给C、ε这类统计量的确定带来了很大的困难,按照计算书出具的C、ε进行计算,会不可避免地影响流量检测的精度和稳定度,有时甚至会严重偏离实际值。 
    2 威力巴* 
   2.1 优点 
    可测量多种介质,应用范围广;精度高,量程比大;探头取压孔采用子弹头外形设计,防堵能力强(与其它均速管流量计相比);测量信号稳定,测量结果重复性好;管道永久压损低;结构牢固,安装维护费用低,可以在线安装维修。 
    2.2 缺点(混合煤气场合) 
    在测量介质中含有大量焦油时,有可能造成探头堵塞;由于节流比小,测量低温低压混合煤气时产生的差压较低,保证精度(1%)有最小差压要求(>25Pa);首次投入费用较高。 
    2.3 流量特性 
    流量特性方程为 
    式中:qv为体积流量;K的表达式是威力巴流量探头流量系数的数学分析模型;Cf为流量常数,在特定条件下如定温定压下是常数;Δp为差压。 
    在流量特性方程中,K系数的实质意义是建立在数学模型上推导出来的实测体积流量与理论体积流量的比值,它主要决定于探头尺寸、取压孔的位置和探头截面与管道截面的面积比,在很大范围内与雷诺数、气体组分变化无关;在实际工况中,通过辅助测量p(压力)、T(温度)、ρ(密度)、Q(热值),调整流量常数Cf进行流量补偿,这是用威力巴能获得高测量精度的重要原因之一。 
    3 用威力巴测量混合煤气流量 
    以用威力巴测量杭钢的混合煤气为例,会碰到一些问题,但有解决办法。 
    1)杭钢的混合煤气中,高炉煤气和焦炉煤气的配比变化较大,有时甚至是全焦炉煤气,但绝大部分时间的配比为55%高炉煤气和45%焦炉煤气,热值9600kJ左右,焦油含量适中。威力巴的在线反吹功能可以使堵塞的可能降到最低;即使堵塞,威力巴的在线维护功能使得维护方便,且不用停气停产。 
    2)节流比小。虽然差压也小,但通过选用微差压变送器可以保证测量精度。同时,为了防止引压管的压力损失或气体泄漏,宜采用一体式变送器。 
    3)混合煤气为低温低压气体,流速较慢时,尤其在低流速区差压小于25Pa时,虽然实测流量精度会降至2%~5%;但即使差压降到1Pa时其重复性仍很好。 
    4)虽然威力巴的首次投入费用较高,但运行及维护费用较低。如在下列条件下:DN529(δ=5)、压力6kPaG、温度20℃、相对密度1.0673、流量7000Nm3/h,威力巴产生差压为121Pa,压损PPL为其3%,功率损失仅9W(=Q×PPL/η);而同一个检测点若换成孔板,则功率损失为1.27kW。所以,使用威力巴每年可节约电费5500元(每度电费按0.5元计),虽然首次投入较大(2.5万~3万元),但运行四年后即与孔板的首次投入和运行费用总和相当。另外,威力巴的维护安装费可以忽略,而孔板则相当高,而且随着管径增大而大幅上升。 
    4 结语 
    威力巴与孔板相比,威力巴计量精度高,管道永久压损低,而且可以在线安装维修,其在线反吹功能可防止堵塞,采用一些相应措施后,用于混合煤气流量检测较之孔板有很大优势。虽然在煤气热值高、流量少时威力巴精度有所下降;但孔板在介质特性大范围波动时,精度及其复现能力降低得更多。 
 

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