威孔流量计在冶金行业煤气管道中的应用

0 引言

孔板流量计发展较早，技术成熟，价格低廉，有国际标准，理论精度高，应用非常广泛。但它存在许多不足之处，如应用中许多因素（设计参数与工况参数不符导致孔板加工制作有误，上游直管段不足，孔板和管道不同心，长期使用导致孔板A面受污，锐角磨损等）对其测量精度有非常大的影响，使其测量误差增大；安装较为麻烦，若安装不正确，容易发生介质泄漏，维护及拆洗的工作量较大；量程比较小，局限性大；压力损失较大，运行费用高。

冶金行业中，输送各类煤气的管径较大，对于直管段要求严格的流量计，现场不易找到合适的安装位置，使测量精度难以保证。威力巴、阿牛巴、热式气体质量流量计虽然解决了压损问题，但如所测介质杂质较多，取压孔很容易堵塞，精度难以保证。

1 煤气流量装置的选型原则

要正确和有效地选择煤气流量测量方法和仪表，必须熟悉仪表和所使用煤气特性。同时，还要考虑经济因素。归纳起来有5个方面因素，即性能要求、煤气特性、安装要求、环境要求和安装运行费用。

其次，要充分考虑精确度、重复性、线性度、流量范围和范围度、压力损失、输出信号特性和响应时间，安装条件、方式等。按测量对象各自的测量目的，仪表性能方面有着不同的侧重点。例如：商贸核算和仓储交接对精确度要求较高；过程控制连续测量通常只要求良好的可靠性和重复性，而对测量精确度放在次要地位；批量配比生产除了要良好的可靠性和重复性外，还希望有好的测量精确度。

2 威孔流量计的结构、原理及性能特点

2.1 威孔流量计的结构

威孔流量计结构如图1所示。

2 2 测量原理

威孔流量计是一种新型的高精度差压式流量计，它与孔板相反，通过在密封管道中心线悬挂一个特制的流线形锥体来进行中央节流，用上游管壁和锥体尾部测量的差压计算流量，俗称锥型流量计、V锥流量计。图2为测量原理图，其理论基于封闭管道中能量相互转化的伯努利定理。

在稳定流量的情况下，管道中的流速与差压的开方成正比。即：

式中：β为直径比；D为管道内径，mm；d为锥体外径，mm；Q为流量，m3/h；k为流出系数，无量纲，因不同流量而异；E为气体膨胀系数，无量纲，在非压缩应用时等于1；Δp为差压，Pa；ρ为流体密度，kg/m3。

2.3 性能及特点

2.3.1 产生更稳定的差压信号，小流量的测量更准确

孔板的差压是通过中间开孔的节流件，让流体突然收缩流动发生改变，从而产生差压；威孔流量计是通过悬挂轴心的锥形体，让流体逐渐收缩，流动平缓地发生改变，这样减弱了流场中压力波动的幅值，产生的差压信号更加稳定，能分辨的差压信号更小，有利于小流量的测量。

2.3.2 更宽流量测量范围

威孔流量计独特的结构，使得在低流速时，依然能产生足够分辨的差压，使得差压的量程下限比传统差压仪表低，量程得以向下限扩展，可达到15∶1。

2.3.3 很高的重复性、测量精度

重复性优于±0.1%；测量精度优于±0.5%。

3 威孔流量计对直管段要求不严格

虽然所有的差压式流量仪表都是依据伯努利定理测量，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，许多传统差压式流量计（如孔板、文丘里、喷嘴等）的节流方式无法直接形成理想流体。为了尽量满足伯努利定理要求，不得不安装很长的前、后直管段（15D～30D），将不规则的流体场变成近似理想流体。

威孔流量计可以测量液体、气体、蒸汽及气、液两相介质。流体的条件可以从深低温到超临界状态，工作温度最高达700℃，最大压力可达到40MPa，最高雷诺数最高为5×106，雷诺数最低为8×103甚至更低。其所产生的满刻度差压信号，从最低小于0.1kPa到几十kPa。威孔流量计的精度高、重复性好、量程比宽、对直管段要求低、长期稳定性好、信号稳定；而且压力损失小，其中节流元件为一个悬挂在管道中央的锥形体，具有独特的“整流”功能和无锐利缘口的物理特性，能重塑曲线，在紧靠锥形体上游和下游较窄的区域内（前0～3D、后0～D），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；这决定了它比传统节流装置更具有优越的性能。即使在极恶劣的使用条件下，如上游有两个很靠近锥体的不在同一平面上的弯头时，也能使流体场分布变得平坦和对称，从而确保测量精度；非常独特的锥形元件，能阻止污染物的形成与沉积。所以特别适用于高炉煤气、焦炉煤气、混合煤气的测量，而且价格与孔板流量计相差不多，是一种值得推广应用的新型流量计。

4 结束语

威孔流量计，结合智能型二次仪表或PLC，完全可以作为计量考核仪表使用；并且重现精度高，这个特点特别适用于过程流量和控制流量的测量；焊接式安装方式，保证威孔传感器长时间、无泄漏安全运行；对直管段要求低，可方便地在狭小的地方或装置内使用，适应性强；配合不同的弯管材质和合适的几何尺寸，威孔流量计可以适应绝大多数工艺介质和工艺条件的流量测量，威孔流量计的适用范围十分广阔。

参考文献：

[1]蔡武昌，孙淮清，纪纲。流量测量方法和仪表的选用。北京：化学工业出版社，2001。

[2]何岳，张志锋，李志。弯管流量计在蒸汽计量中的应用。工业计量，2001（2）：36-38。