江蘇金鼎自動(dòng)化儀表有限公司 ：姚佳明
楔形流量計(jì)屬于差壓式流量計(jì)，20世紀(jì)70年代后期我國(guó)引進(jìn)了泰勒公司〔Taylor〕生產(chǎn)的楔形流量計(jì)，在化工企業(yè)的高粘度液體測(cè)量中使用效果令人滿意，美國(guó)一家污水處理廠1987～1988年共安裝15臺(tái)楔形流量計(jì)測(cè)量污水流量，投運(yùn)后儀表運(yùn)行正常[2]。我公司近3年內(nèi)在焦化廠焦油、工業(yè)萘、蒸汽、天然氣、高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣、水等介質(zhì)的測(cè)量中廣泛采用楔形流量計(jì)進(jìn)行測(cè)量，取得了滿意的效果。
1 測(cè)量原理
楔形流量計(jì)根據(jù)伯努利公式，利用流體在流動(dòng)過(guò)程中遵守能量守恒定律，即動(dòng)能和靜壓能之和不變，以流體通過(guò)起節(jié)流作用的圓缺楔時(shí)產(chǎn)生壓差的原理而進(jìn)行流量測(cè)量。楔形流量孔板由兩塊平板（一般為不銹鋼）制作而成，這兩塊平板在臨界角上焊接在一起，然后插入槽內(nèi)，差壓引出管在位于楔形片中心兩邊等距離的地方，見(jiàn)圖1。
當(dāng)流體流經(jīng)V形節(jié)流塊時(shí)，流通面積減少，流速增大，靜壓減小，從而產(chǎn)生靜壓力差。壓差的平方根與流量成正比。測(cè)得壓差即可測(cè)得管道中的流量。楔形流量計(jì)的流量公式為：
（1）
式中：
qv 為體積流量，m3/s；
C 為流出因數(shù)；
ε 為可膨脹系數(shù)；
m 為流通面積與管道截面積之比；
D 為管道內(nèi)徑，m；
Δp為楔形件前后產(chǎn)生的差壓，Pa；
ρ 為被測(cè)流體密度，kg/m3。
2 楔形流量計(jì)的特點(diǎn)
2.1 楔形流量計(jì)的壓損
由于楔形孔板未標(biāo)準(zhǔn)化，其結(jié)構(gòu)中各生產(chǎn)廠決定，我公司生產(chǎn)的楔形孔板其夾角一般為60°～90°，如果其夾角為0°，即成為圓缺孔板了，夾角越大，產(chǎn)生的靜壓差越小，但壓損也相應(yīng)增大。楔形孔板的結(jié)構(gòu)在圓缺孔板、噴嘴之間，由于楔形孔板倒三角形，而三角形具有導(dǎo)流作用，流體流動(dòng)時(shí)能使流線圓滑過(guò)渡，與孔板相比，楔形孔板產(chǎn)生的壓損較小。圖2為楔形孔板與噴嘴、孔板產(chǎn)生的力損失比較。
2.2 楔形流量計(jì)的優(yōu)點(diǎn)
楔形孔板具有圓缺孔板的優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)流體中含有雜質(zhì)或固體物質(zhì)時(shí)，容易從楔形孔板下部流過(guò)，不會(huì)沉積在楔形孔板周圍，也就是說(shuō)楔形孔板具有自清洗作用。
2.3 適用于低雷諾數(shù)ReD流量測(cè)量
標(biāo)孔板、文丘里管等不宜在低雷諾數(shù)下進(jìn)行測(cè)量，標(biāo)準(zhǔn)孔板的流出因數(shù)通常在雷諾數(shù)4000以上時(shí)趨于穩(wěn)定，在低雷諾數(shù)時(shí)，其流出因數(shù)會(huì)隨雷諾數(shù)的變化而變化，當(dāng)雷諾數(shù)小1800時(shí)，則流量與差壓之間會(huì)偏離基本的平方根關(guān)系，顯然會(huì)對(duì)測(cè)量準(zhǔn)確度造成較大影響。而楔形孔板是V型節(jié)流元件，其流出因數(shù)線性好，具有噴嘴入口曲線流暢、無(wú)滯流區(qū)的特點(diǎn)，雷諾數(shù)對(duì)它影響小，當(dāng)雷諾數(shù)小至500時(shí)，楔形流量計(jì)的準(zhǔn)確度和流出因數(shù)的變化不大，雷諾數(shù)在400～10000之間進(jìn)行流量測(cè)量，其誤差小于3%。
2.4 安裝使用方便
與孔板相比，楔形流量計(jì)兩端用法蘭與工藝管道連接即可，安裝較方便，同時(shí)其日常維護(hù)量較小，運(yùn)行成本相對(duì)較低。
3 適用范圍
由于楔形流量計(jì)量程比寬，雷諾數(shù)適用范圍在300～106之間，因而特別適合于高粘度流體的測(cè)量，如化工廠各種高粘度流體以及污水、較臟污的氣體如高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣的測(cè)量，楔形流量計(jì)可測(cè)量的雷諾數(shù)范圍上限可達(dá)106，所以也可進(jìn)行蒸汽、天然氣等氣體的測(cè)量。
4 楔形流量計(jì)的標(biāo)定
4.1 實(shí)流標(biāo)定
楔形流量計(jì)是非標(biāo)儀表，出廠時(shí)每臺(tái)儀表必須經(jīng)過(guò)實(shí)流標(biāo)定。我公司生產(chǎn)的楔形流量計(jì)采用標(biāo)準(zhǔn)表法、用水作介質(zhì)對(duì)每臺(tái)儀表進(jìn)行標(biāo)定。楔形流量計(jì)在設(shè)計(jì)時(shí)選擇的流出因數(shù)由于很難準(zhǔn)確地測(cè)量楔形元件的流通面積，找出等效孔徑，因而大多憑經(jīng)驗(yàn)先選擇流出因數(shù)，只有通過(guò)標(biāo)定才能計(jì)算出實(shí)際的流出因數(shù)，確定該臺(tái)儀表的誤差，并對(duì)原設(shè)計(jì)的差壓進(jìn)行調(diào)整以達(dá)到儀表準(zhǔn)確度等級(jí)的要求。
4.2 標(biāo)定及數(shù)據(jù)處理
為了保證在儀表使用范圍內(nèi)的準(zhǔn)確性，標(biāo)定點(diǎn)應(yīng)選擇在常用流量范圍內(nèi)，一般選取流量上限的20%、40%、60%、80%、100%；每一標(biāo)定點(diǎn)按企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，用計(jì)算機(jī)多次采樣后取其平均值，再求出各標(biāo)定點(diǎn)的流出因數(shù)平均值作為這臺(tái)儀表的流出因數(shù)。其C值的計(jì)算公式如下：
（2）
式中：
qm 為質(zhì)量流量，kg/m3；
ε 為膨脹因數(shù)；
Δp 為楔形件前后產(chǎn)生的差壓，Pa；
ρ 為被測(cè)流體密度，kg/m3；
m 為流通面積與管道截面積之比；
D 為管道內(nèi)徑，m。
我們對(duì)生產(chǎn)的數(shù)十臺(tái)楔形流量計(jì)標(biāo)定后流出因數(shù)進(jìn)行分析，其各種規(guī)格的楔形孔板（管徑25～300mm、量程比為1:10）的流出因數(shù)十分穩(wěn)定，其測(cè)量誤差均小于1%。80%左右的儀表顯示流量與標(biāo)準(zhǔn)電磁流量計(jì)（經(jīng)華東國(guó)家計(jì)量測(cè)試中心、上海市計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究院給出的校準(zhǔn)證書(shū)標(biāo)明，其zui大示值誤差為-0.10% 、-0.12%）的誤差均在±0.5%左右。
表1列出了qm max=50000kg/h、ΔPmax=44kPa、楔形比β=0.2522的楔形孔板的標(biāo)定數(shù)據(jù)。
表1 楔形流量計(jì)標(biāo)定數(shù)據(jù)
| 被檢表輸出帶內(nèi)流/mA | 計(jì)算值
/kg•h-1 | 標(biāo)準(zhǔn)表讀數(shù)
/kg•h-1 | 被件表讀數(shù)
/kg•h-1 | 測(cè)量誤差
/% | 流出因數(shù)
/C | 各點(diǎn)流出因數(shù)平均值/ |
| 5 | 12500.00 | 12280.00 | 12310.00 | 0.2443 | 0.7248 | 0.72490 |
| 12280.00 | 12300.00 | 0.1629 | 0.7250 |
| 12650.00 | 12680.00 | 0.2372 | 0.7249 |
| 12550.00 | 12600.00 | 0.3984 | 0.7249 |
| 12230.00 | 12280.00 | 0.4088 | 0.7249 |
| 8 | 25000.00 | 24910.00 | 24990.00 | 0.3212 | 0.7248 | 0.72458 |
| 24940.00 | 24980.00 | 0.1604 | 0.7245 |
| 24990.00 | 25050.00 | 0.2401 | 0.7246 |
| 25030.00 | 25100.00 | 0.2797 | 0.7244 |
| 25010.00 | 25030.00 | 0.0800 | 0.7246 |
| 12 | 35355.34 | 35370.00 | 35500.00 | 0.3675 | 0.7245 | 0.72432 |
| 35380.00 | 35550.00 | 0.4805 | 0.7244 |
| 35300.00 | 35450.00 | 0.4249 | 0.7242 |
| 35400.00 | 35480.00 | 0.2260 | 0.7242 |
| 35850.00 | 35930.00 | 0.2232 | 0.7243 |
| 16 | 43301.27 | 43470.00 | 43550.00 | 0.1840 | 0.7246 | 0.72450 |
| 43440.00 | 43540.00 | 0.2302 | 0.7244 |
| 43500.00 | 43620.00 | 0.2579 | 0.7246 |
| 43520.00 | 43590.00 | 0.1608 | 0.7244 |
| 43420.00 | 43610.00 | 0.4376 | 0.7245 |
| 20 | 50000.00 | 48420.00 | 48560.00 | 0.2891 | 0.7243 | 0.72418 |
| 48900.00 | 49000.00 | 0.2045 | 0.7241 |
| 48950.00 | 49100.00 | 0.3064 | 0.7243 |
| 48910.00 | 48980.00 | 0.1431 | 0.7242 |
| 48500.00 | 48680.00 | 0.3711 | 0.7240 |
按公式（3）計(jì)算出每個(gè)檢定點(diǎn)5個(gè)C值的平均值CI；
（3）
再計(jì)算出5個(gè)檢定點(diǎn)的5個(gè)CI值的平均值C0，C0即為該被檢定楔形流量計(jì)的流出因數(shù)。標(biāo)定后的流出因數(shù)C0=0.7245可作為該臺(tái)儀表出廠時(shí)確定的流出因數(shù)。
5 楔形流量計(jì)的應(yīng)用
我公司焦化廠萘油、焦油的測(cè)量，過(guò)去采用靶式流量計(jì)，使用效果不能令人滿意，用楔形流量計(jì)后3年多，數(shù)據(jù)穩(wěn)定，維護(hù)工作量大為減少，故障率極低，*。
高爐煤氣發(fā)生量和熱風(fēng)爐用高爐煤氣（管道直徑為Φ1820mm×10mm和Φ1420mm×10mm）均采用楔形流量計(jì)進(jìn)行測(cè)量，從二年多使用情況來(lái)看，從未發(fā)生取壓管堵塞，數(shù)據(jù)也十分穩(wěn)定。
6 結(jié)束語(yǔ)
的1S05167：2003〔E〕已經(jīng)逐步在國(guó)內(nèi)宜傳、推廣，對(duì)冶金廠來(lái)說(shuō)，現(xiàn)行國(guó)標(biāo)GB/T2624-93中規(guī)定的直管段長(zhǎng)度很多地方都無(wú)法滿足，更長(zhǎng)的直管段要求更是擺在現(xiàn)行孔板面前的嚴(yán)峻課題。除了采用新型儀表V型內(nèi)錐以外，筆者覺(jué)得，在一些不是作為計(jì)量結(jié)算十分嚴(yán)格的場(chǎng)所，采用一些實(shí)用、可靠的非標(biāo)儀表也是可以考慮的。其實(shí)標(biāo)準(zhǔn)與非標(biāo)儀表也是相對(duì)的，今天的非標(biāo)可能明天就成為標(biāo)準(zhǔn)，況且很多設(shè)計(jì)好的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置因現(xiàn)場(chǎng)條件所限就成非標(biāo)了，而且有些誤差還不好確定，這種情況在工廠的計(jì)量中屢見(jiàn)不鮮。楔形流量計(jì)我們使用后的體會(huì)就是工作穩(wěn)定、準(zhǔn)確度適中、儀表結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、能適應(yīng)多種介質(zhì)的測(cè)量、維護(hù)量小，在我們公司的使用量逐年遞增。缺點(diǎn)就是必須每臺(tái)標(biāo)定，價(jià)格比孔板略高。
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