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V形錐流量計在特種材料中的應用
發布時間:2021-4-29 08:31:00

摘要:V形錐流量計是一種差壓流量計,借助于V形錐體在流場中的節流效應,在對上下游壓差實施檢測后即可以實現對流量的測量。介紹特種材料在煤氣、壓縮空氣、過熱蒸汽等場合使用V形錐流量計的情況,重點突出了V形錐流量計自整流(所需直管段短)、自清掃(耐臟污)、永久壓損小(節能)的特點,為其的進一步推廣使用提供參考。
0引言
  V形錐流量計屬于新型差壓類流量測量儀表,其基本原理和傳統差壓類儀表一樣,唯一的差別在于結構形式的不同,正因為結構形式的改變形成了其鮮明、獨有的優點。與傳統的流量測量儀表相比,V形錐流量計具有自整流、自混合、自清掃、自保護、量程比大、壓損小、精度高、重復性好等優點。
  在建廠之初,通過參觀、學習逐步了解了V形錐流量計的各種實用優點,通過和其他各種流量計的綜合對比以及到V形錐流量計生產廠家的實地考察后,確定在焦爐煤氣、壓縮空氣、過熱蒸汽等場合使用V形錐流量計進行流量測量。公司在保證測量精度的前提下主要使用V形錐流量計的自整流(所需直管段短)、自清掃(耐臟污)、永久壓損小(節能等特點,通過一段時間的實際應用,V形錐流量計的優點得到體現,也得到了全公司計量人員的認可。
1V形錐流量計幾何結構設計
  V形錐流量計流量測量公式與其他差壓式儀表有所類似,但是在幾何結構方面差異較大,受到這一結構的影響,V形錐流量計具有傳統差壓流量計沒有的應用優勢。在很長管道中,若不存在阻擋物和干擾作用,出現流體則為充分發展流。若在管道截面上選取一條徑向線,線上各點流速均具有差異。和管壁緊貼的流體,因為受到摩擦力的影響,速度趨近于零,但是在此過程中中心處存在有最大流速。若在管道中心懸掛一一個V形錐體,則會對中心處流速產生迫使作用,降低流速,同時管壁附近流速會不斷加大,實現流速“勻化”。其他類型的差壓式流量計中心位置為空,無法出現流速“勻化”效果。因此在V形錐流量計中這是一個顯著優點,能夠保障在低流速情況下出現足夠的差壓,尤其是在流速逐漸降低過程中,這一作用更加顯著。但是如果采用的是傳統差壓儀表,在此情況下已經無法測量。
  傳統差壓流量計存在有“信號跳躍”(Signalbounce)現象。即為就算是在流動穩定情況下,也存在有信號脈動。由于流體在管道中流動,節流下游會出現旋渦,在差壓流量加檢測中節流件下游旋渦因為受到錐體下游的影響,出現高頻低幅且具有對稱性的小旋渦,孔板出現的是低頻高幅大漩渦。如果在某一工況中,V形錐流量計和孔板出現的均是1kPa差壓,孔板下游渦流高幅波動中可能會引發出現0.5kPa的干擾信號。簡而言之,在這--情況下孔板
  有效信號在噪聲信號中淹沒量可能達到50%,但是V形錐流量計干擾信號只有0.1kPa。從這一點可以看出,V形錐流量計的信號噪聲很低,就算是在流量和差壓較低情況下,也具有一定的測量精度和穩定性,因此在低密度和低流速氣體測量中非常適用。
2.V形錐流量計特點的應用
2.1自整流、自清掃特點的應用
  焦爐煤氣自身的特點導致在測量方面存在兩個最主要的難題:由于黏性導致固體物的堆積,從而引起截流件β值的改變,最終引起測量誤差,不能進行連續的、長期的、有效的、精確的流量測量:造成差壓測量取壓孔的堵塞。考慮到V形錐流量計具有自清掃(耐臟污)的特點,決定在所有測量焦爐煤氣的場合全部采用V形錐流量計,在半年的現場運行過程中,讀數--直很穩定,和理論值的差別在誤差允許范圍之內。在停車例行檢修時,在V形錐流量計供應商的配合”下,拆下一臺V形錐流量計進行了實際觀察,發現其邊緣無明顯磨損的痕跡,錐體和錐體部分的管道也無明顯的固體物堆積現象。
  焦爐煤氣的總輸出采用DN1600mm管道,如果采用孔板等傳統的測量儀表,受現場條件的限制,無法滿足SY/T6143-2004標準中關于孔板等流量計上下游直管段的規定和要求。考慮到V形錐流量計具有自整流,所需直管段短的特點(只需前三后一的直管段),結合現場實際情況,在焦爐煤氣的總.出口處安裝了一臺DN1600mm的V形錐流量計。在運行過程\中,這臺V形錐流量計的讀數指示和焦爐煤氣總流量的理論計算值非常接近。V形錐流量計在設計過程中,采用的是置于管道中心的V形錐體流線型節流結構,實施檢測之前也可以有效整流其不規則流體,即便不增加流體整流器也能實現對流體整流情況的有效處理。中心懸掛流體形錐體可以實現對流速曲線的重塑,在錐體上、下游較窄區域內(前0~3D,后0~1D),能夠實現對流速不規則液體的整流,從而轉變成為理想液體,有效滿足伯努利定理的要求,提升測量精度以及重復性。測量過程中不用設置很長的直管段整流,對于流量計安裝也具有重要意義。
  綜合分支管道的流量讀數指示和總流量讀數指示對比,它們之間存在接受范圍之內的誤差。對造成這種誤差的原因進行分析,認為是由于現場各種復雜工況條件的共同作用造成的,這種誤差并不影響正常生產和各個環節的能源計量。之前采用的是孔板流量計以及均速管流量計,煤氣中存在的雜質比較多,例如焦油、氨水等,因此需要對孔板或均速管定期進行清洗或者蒸汽吹掃,否則會導致上下游端面、上游側直角入口邊緣出現污染,進而會引發出現儀表導壓管堵塞等,影響測量精度:孔板前后直管段積水,也會降低管道流通面積,提升流速以及差壓,在測量中流量顯示值會出現明顯提升,嚴重時可能會導致出現導壓管堵塞、變送器停止使用。為確保儀表穩定與性能,則需要定期對其實施維護,工作量非常大。V形錐流量計本身存在有自吹掃式結構,在設計過程中沒有滯留死區。在通過錐體的時候介質會出現加速,正壓取壓孔、錐體外壁和錐體附近管壁會受到不斷沖刷,一小段不流動介質也會對負壓取壓孔造成隔離作用,從而阻止臟污雜質進入,所以V形錐流量計在應用中無論是雜質還是易結晶臟污介質中均適用,特別是在焦爐煤氣、爐煤氣等介質中更加適用。公司自采用V形錐流量計以來,目前已經使用多年,未對其進行過維護,同時對其檢查也未發現流量計中存在有節流裝置污染管道積水等情況,顯著降低了儀表應用的維護工作量,對于提升測量準確性和可靠性具有重要作用。
2.2永久壓損小(節能)特點的應用
  節能減排已經深入到人們生活的各個方面,焦化行業是一個高耗能的行業,節能減排不僅是積極相應國家政策和號召,而且可以在無形之中為企業節省大筆的資金支出,節省的資金支出也就是企業多增加的利潤空間。
  V形錐流量計和其他流量計相比有一個最顯著的優點就是永久壓損小,永久壓損小也就意味著節能。在孫延祚教授的論文中已經很詳細地論述了如何理解V形錐流量計永久壓損小并且列出了V形錐流量計和其他9種流量計永久壓損的對比。
  在空氣管網設計之初計劃采用孔板流量計進行測量,通過與V形錐流量計的對比,從長遠來看,使用V形錐流量計是更經濟更合算的計量方法。
列舉一例,流體為壓縮空氣,其他工藝條件見表1。

(1)選用孔板測量,計算結果如下:孔板的β=0.5146,常用流量下的差壓值△P-=27.396kPao
(2)選用V形錐流量計進行測量,計算結果如下:V形錐的β=0.5577,常用流量下的差壓值△P=10.904kPa。
孔板的壓損:△?=(1-β")×△P或△?=(1-0.24β-0.52β2-0.16β2)×△P
V形錐流量計的壓損:△?=(1.3-1.25β)×△P
  根據上面的計算公式,常用流量下孔板的永久壓損為19.61kPa,常用流量下V形錐的永久壓損為6.57kPa。
  所以,常用流量下永久壓損的差值Ao=19.61.-6.57=13.04kPa。
  在常用流量下,使用V形錐流量計比使用孔板流量計少消耗的功率為:
W=(△?Qkph)/(3.6ηpfl)
式中:
W一能耗值,W
△?一永久壓損值,kPa.
Qkph一質量流量,kg/h
η一泵和電機的效率,通常取η=0.8
pfl一在工況下,在上游取壓孔處,流動液體或氣體(蒸氣的密度,kg/m3
  把上面的計算結果代入功率公式得W=21733.3W。所以,用V形錐代替孔板,每年可節約的耗能費=(W/1000(每年的運.行時數)(電費)。在常用流量下,年節省耗能費=21733.3/1000×24×365×1=190383.7元。也就是說,用V形錐流量計代替孔板測量壓縮空氣后,每年可節省的耗能費為19萬元左右。
  在過熱蒸汽測量方面,采用同樣的計算方法可以得出每年節省的耗能費。同時,V形錐流量計在應用中也非常適合應用在低壓、低流速介質流程測量中。在應用均速管流量計實施測量過程中,如果管道中煤氣流速較低,差壓信號較小情況下,則會直接降低系統檢測精度。均速管流量計檢測中的最大差壓為120Pa,正常情況下為2~5Pa.相對來講系統精度偏低。如果差壓信號比較小,則會對變送器校驗以及適用精度造成影響。也會直接導致孔板出現污染、儀表導壓管不暢等問題,直接影響測量精度。V形錐流量計在設計中采用的是類似孔板的節流件,和均速管流量計相比差壓值明顯偏高,和孔板相比因為管道邊緣出現--定的收縮,降低了阻力損失,所以就算是在阻力損失--致情況下,設計中采用存在有較大差壓值的V形錐形流量計,和孔板測量時的差壓值相比也明顯偏大,對于差壓信號具有顯著提升作用,也便于進行變送器校驗.進而提升系統測量精度。
  壓縮空氣和過熱蒸汽的測量點有數十個,隨著企業的發展和規模的擴大.測量點還會逐步增多,如果全部使用V形錐流量計進行測量,則每年的節能費將非常可觀,同時也為企業自身創造了更多的經濟效益和社會效益。
3結束語
  隨著在各種不同工礦條件下的廣泛應用,V形錐流量計的各種優點得到了明顯的體現。更多的從事計量方面的人員認識并認可了V形錐流量計。自從公司使用V形錐流量計以來,大大減少了維護人員的維護量,而且保證了各種介質計量的準確性和運行的穩定性。隨著國家節能減排政策的逐步深入,V形錐流量計將會有更加廣闊的發展空間。

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