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腐蚀性气体流量计的测量原理与应用特点分析

一、 腐蚀性气体流量计测量原理
因为管壁摩擦力减小了流过管壁的流体速度,所以在管道中流速分布为:在管壁处流速接近零,愈靠近管线中心流速愈大,在管线中心处流速最大。而当流体流过锥形流量计时,因锥形流量计是通过在管线中心悬挂一个锥形体来节流,锥体直接与流体高速中心部分相互作用,迫使管线中心的高速流体与接近管壁的低速流体均匀化,即两者的流速趋于一致。
与各种节流装置的结构比较,标准孔板是流体在管道中心突然收缩,不仅阻力损失大,而且加剧了流体流速分布的不均匀性,管道边缘阻断,脏污介质聚集在标准孔板前后;文丘里管(和标准孔板一样仍然是标准节流装置的一种)则是在管道中心逐渐收缩,虽然流体流速分布的不均匀性仍然存在,但阻力损失稍有降低,脏污介质聚集的情况有所改善,只是制作困难;环形孔板是在管道中心置一圆盘,而管道边缘则可流通,即从标准孔板的管道中心突然收缩转变为管道边缘突然收缩,因而可使管道内流速均匀化,可使脏污介质不致聚集在环形孔板前后;而腐蚀性气体流量计是在管道中心置一圆锥,它的结构是管道边缘逐渐收缩,阻力损失小,且可使管道内流速均匀化。由此得出:V锥形流量计是节流装置发展过程中一系列革新的必然结果。
二、腐蚀性气体流量计的应用特点
江苏旭东仪表厂生产的腐蚀性气体流量计在某焦化制气厂使用有三年的历史,检测系统运行正常,而且日常的维护工作量几乎没有,深受现场工人和技术人员的欢迎。其主要特点如下:
 (1)直管段要求低。虽然所有差压式流量计都是依据伯努利定理进行测量,但伯努利定理有一个基本要求,即被测量的流体必须为理想流体。采用孔板、喷嘴等传统的差压流量计的节流装置时,为了尽量满足伯努利定理的要求,必须有非常长的前、后直管段,以便将不规则流动的流体尽可能整形成为理想流体。而腐蚀性气体流量计流量采用独特的置于管道中心的流线型节流结构设计,在检测流量之前,同时对不规则流动的流体进行整流,在不增加流体整流器的情况厂,巧妙地解决流体整流的问题。中心悬挂的流线型锥体能重塑流速曲线,在紧靠锥体上游和下游较窄的区域内(前0~3D,后0~1D),将流速不规则的流体直接整流成理想流体,可充分满足伯努利定理的要求,获得很高的测量精度和重复性。不需要特别长的直管段整流,这在流量计的安装过程中有很重要的意义。某焦化制气厂使用的旭东牌V锥形流量计(口径270mm)在安装过程中,由于现场条件限制,流量计前、后直管的距离分别为1000mm和600mm,但流量计仍能正常稳定运行。
 (2)耐污染,不易堵。焦化制气厂煤气类流量的测量,原来使用的是孔板流量计和均速管流量计,由于煤气中含有焦油、萘、硫、氨水等多种杂质,孔板或均速管必须定期清洗或用蒸汽吹扫,否则孔板上、下游端面、上游侧直角入口边缘将受到污染,仪表导压管也会不畅通或堵塞,影响系统测量精度;孔板前、后直管段积水会使管道流通面积减小,流速提高,差压增加,流量显示值偏高,严重时因导压管堵塞,变送器无法正常运行。为确保仪表正常稳定运行,仪表工维护工作量很大。腐蚀性气体流量计有自吹扫式的结构设计特点,无滞留死区。介质流过锥体时会加速,不断冲刷正压取压孔、锥体外壁及锥体附近管壁,而负压取压孔则被一小段不流动介质所隔离,脏污杂质进不去,因此锥形流量计可用于各种含杂质、易结晶的脏污介质,如焦炉煤气、发生炉煤气等介质。某焦化制气厂采用的5台旭东仪表生产的腐蚀性气体流量计对焦炉煤气、发生炉煤气和石油液化气的流量进行测量,有的使用已三年,至今未进行过维护,流量计未发现有节流装置污染、仪表导压管堵塞、管道积水、流量显示值异常等现象,大大降低了仪表维护的工作量,提高了煤气流量测量的准确性和可靠性。
 (3)差压值大,量程比宽,适用于低压低流速介质的流量测量。在焦化厂煤气流量测量过程中,测量对象的特点是管道直径大、压力低,流速慢,孔板流量计一般选配微差压变送器,在煤气压力为3500Pa时,正常的差压在100~1000Pa之间变化,流量计的差压信号较小。而在采用均速管流量计时,由于管道煤气流速低,差压信号非常小对系统精度影响很大,焦化制气厂城市煤气计量采用均速管流量计,最大差压只有120Pa,正常值为2~5Pa,系统精度很差。差压信号小会影响变送器校验、使用的精度;孔板有污染、仪表导压管不畅、管道有积水对系统精度影响也很大。而锥形流量计由于是类似孔板的节流件,差压值远大于均速管流量计,相对孔板来说,由于是管道边缘逐渐收缩,阻力损失小,因而可在阻力损失相同的情况下,设计时可选用差压值较大的V锥形流量计,测量煤气时差压值均大于孔板测量时的差压值。提高了差压信号,为变送器校验创造了条件,也提高了系统的测量精度。