大管道氣體流量檢測儀表

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1、大管道氣體流量檢測儀表毛新業(yè)一、前言眾所周知，規(guī)模產(chǎn)生效益，近二、三十年來，工程的大型化已成為現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的必然趨勢。工程中口徑大于300毫米的管道已十分普遍，其流量檢測（特別對氣體）已日益迫切有待解決?？蓽y氣體流量的儀表不少，從原理及制造角度來說，將尺寸放大應(yīng)無問題，但儀表的體積及重量將隨口徑按幾何級數(shù)增長，而且還會帶來其它問題。例如孔板，這種人們熟知的節(jié)流裝置，當口徑較大時不僅笨重，還有太大的壓損，運行費用過高，再加上ISO5167新標準要求前直管段達30D~40D，現(xiàn)場無法滿足。很難考慮再

2、采用這類儀表。量變到質(zhì)變，面臨這些困境，近年來，普遍是采用取樣原理、插入安裝方式，僅測取管道中一點或多點的流速來推算流量的插入式流量計，這類儀表的共同特點是：結(jié)構(gòu)簡單、安裝維修方便、價格低廉、重復(fù)性好、是工控系統(tǒng)中檢測大管道氣體流量性價比較高的儀表，一般準確度不高，不宜用于需要準確計量的貿(mào)易結(jié)算。因其原理均為取樣性質(zhì)，所以首先要了解管道內(nèi)的流速分布，這樣才能正確選定檢測點的位置及數(shù)量。二、工業(yè)管流1、千變?nèi)f化的管內(nèi)流速分布各行各業(yè)的工程，從其本身的工藝要求出發(fā)，在管道中都必須安裝形形色色的管配件

3、（如閥門、彎頭、歧管、變徑管、過濾器等）。由于它們的形式及組合方式極多，所引起的管內(nèi)流速分布也千變?nèi)f化，難以估計（圖1b）。R.W.Miller(美.流量測量工程手冊作者)認為：“流速分布是影響流量準確的主要因素，而工業(yè)現(xiàn)場的配件種類繁多，其流動情況十分復(fù)雜，不僅難以描述，也不易在實驗室模擬它們”。由于絕大多數(shù)流量儀表都與流速分布有關(guān)，它的校驗所處的流場應(yīng)與實用條件的流場一致，校驗的系數(shù)才有意義。這個流場被公認為充分發(fā)展紊流，只要管道具有較長的直管段就可以得到。（圖1a、c）62、充分發(fā)展紊流①

4、形成由于實際流體均有粘性，在流動過程中將會帶動或制約相鄰層面的流體，這種作用經(jīng)過約30D（D為管內(nèi)徑）直管段長度，其流速分布將不再變化，如雷諾數(shù)Re<2000為層流；Re>4000則為紊流。工業(yè)中多為紊流，即充分發(fā)展紊流。②描述近百年來不少科學(xué)家對充分發(fā)展紊流進行了大量地測試與描述。其中以Nikaradse的光滑管充分發(fā)展紊流公式最簡單，它近似地表達為：Vi/Vm=(y/R)1/n……（1）其中：Vi任一點流速；Vm為中心最大流速；y流速點距主管壁的距離；R管道半徑；n為指數(shù)，與Re有關(guān)③平均流

5、速點y通過式（1）可推導(dǎo)出光滑管充分發(fā)展紊流的平均流速點yy=R[2n2/(n+1).1/(n+2)]n……（2）由式（2）可知，圓管內(nèi)的平均流速點取決于3個因素：a、直管段長度；b、雷諾數(shù)Re；c、粗糙度ε,因此,它的位置并非固定不變,這不象有些廠商宣傳的那樣,僅測管道一點的流速即可達到±1.0﹪的流量準確度,按ISO7145評估，在滿足a、b、c三個條件下其準確度也只能達到±3﹪；如果直管段較短，流量準確度甚至不足±5﹪~10﹪。（見本刊2002年10期）3、流動調(diào)整器（flowcondit

6、ioner）要準確地測量流量，必須具有較長的直管段長度，而實際現(xiàn)場往往無法滿足。為此，國際標準化組織曾多次推薦采用十余種類型的流動調(diào)整器，但筆者認為這并非上策，因為：①增加成本，一臺流動調(diào)整器的價格不亞于一臺流量計；②需經(jīng)常清洗，加大了維修量；③效果好的流動調(diào)整器永久壓損大，增加了運行成本；④易于堵塞，即使部分堵塞也改變了流速分布，無法提高準確度。既然事與愿違，又何必多此一舉。三、插入式氣體流量檢測儀表在我國倡導(dǎo)建設(shè)節(jié)約型社會的前提下，本文所介紹的大管道氣體流量檢測儀表排除了壓損大運行費過高的節(jié)

7、流裝置；也不推薦價格過高的氣體超聲波流量計，僅限于介紹性價比較高，以取樣原理的插入式流量儀表，按其取點方式可分為以下三大類：1、測點速凡可測流速的儀表插入管道均可成為流量計。較為通用的有以下幾種：①雙文丘里管早于40年前，美國Taylar公司已有產(chǎn)品推向市場，稱皮托一文丘利管（PitotVenturiTube）（見圖2a）。國內(nèi)不少火電廠曾仿制應(yīng)用于風(fēng)量測量稱“小喇叭管”。近十多年，國內(nèi)廠商按此原理推出產(chǎn)品，稱為雙文丘利管（圖2b），區(qū)別僅是前者高壓取自支持桿，而后者取自管壁，在同樣流量下，后者

8、輸出差壓將略小于前者。其原理特點是利用外文丘管①喉部加速產(chǎn)生低壓P2，而將內(nèi)文丘利管②的尾部置于①的喉部低壓區(qū)，促使②的喉部產(chǎn)生更低的低壓P2’，因而在同樣的流量下可獲得更大的輸出差壓，較適用于大管道的低流速氣體流量測量，由于它僅測一點流速，管道中流速分布對其影響很大，因而準確度較低。目前市場上還有一種三文丘利管，它在雙文丘利管內(nèi)再安裝一個文丘管，企圖獲得更大的差壓，當尺寸較小時，附面層的作用將呈現(xiàn)出來，制約了這種加速降壓效果，且?guī)砹私Y(jié)構(gòu)復(fù)雜，系數(shù)不穩(wěn)定負面影響，不宜倡導(dǎo)。②熱式利用傳熱原理，