在現(xiàn)代的化工和石油化工裝置中,時常會遇到一些大口徑管道,其中介質(zhì)大多為氣體,例如氮氣、工藝風(fēng)、煙道氣、焦?fàn)t煤氣等介質(zhì)。如何準(zhǔn)確測量這些管道中氣體流量,有時是很重要的,例如在硫酸生產(chǎn)裝置中,工藝風(fēng)流量是一個非常重要的工藝參數(shù)。一方面工藝風(fēng)量大小和分配直接關(guān)系到沸騰爐內(nèi)硫是否能充分燃燒,避免爐內(nèi)*的產(chǎn)生,防止?fàn)t膛燒結(jié);另一方面還關(guān)系到整個裝置的操作狀況和平穩(wěn)運行,以及經(jīng)濟指標(biāo)的核算、標(biāo)定。因此,主風(fēng)量測量儀表應(yīng)具備高可靠性和較高測量精度。
測量大口徑管道的氣體流量通常為孔板、文丘里管以及阿牛巴等差壓節(jié)流元件,但是,節(jié)流裝置在某些場合卻難以采用。在某硫酸裝置設(shè)計中,工藝風(fēng)流量測量遇到難題,若采用常規(guī)流量儀表孔板、文丘里管或阿牛巴,則安裝位置受到限制。工藝管道公稱直徑700 mm,其直管段前后僅有1 m。對于大口徑管道的流量測量, a方案采用孔板流量計,其安裝要求高,一般d、后5d應(yīng)為直管段,滿足不了這么長的要求。b方案采用文丘里管,其本身長度近5 m,再加上滿足精度要求的最小安裝直管段(前5. 5d、后3. 5d) ,共計11. 3 m,受安裝條件限制,風(fēng)機出口管線根本滿足不了這么長的直管段要求。c方案采用阿牛巴,其安裝要求一般為前5d、后2d,也滿足不了這么長的直管段要求。
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隨著測量技術(shù)的不斷發(fā)展,近期推出了先進的流量測量儀表———錐形流量計。該流量計不僅很好地解決了直管段長度的要求,而且提高了測量精度,這是由于錐形流量計采用*的中心流線型結(jié)構(gòu)設(shè)計,巧妙地解決了長直管段整流的問題。中心懸掛的流線型錐體能重塑流速曲線,在緊靠錐體上游和下游較窄的區(qū)域內(nèi)(前0～3d、后0～1d) ,將流速不規(guī)則的流體直接整流成理想流體,獲得很高的測量精度和重復(fù)性,不需要直管段整流。因此筆者在該管線的氣體流量測量中,設(shè)計采用了錐形流量計及差壓變送器進行測量。本文將結(jié)合生產(chǎn)實際,著重比較孔板流量計與錐形流量計測量儀表的各自優(yōu)缺點,供大家參考。
1 孔板流量計的特點及功能孔板流量計是一種差壓型的流量儀表,也是使用歷史悠久、應(yīng)用泛的一種。它是基于流體流動的節(jié)流原理,利用流體流經(jīng)節(jié)流元件時產(chǎn)生的壓力差與其流量有關(guān)而實現(xiàn)測量的。
充滿管道的流體,當(dāng)它流經(jīng)管道內(nèi)的節(jié)流元件孔板時,流束將在節(jié)流元件處形成局部收縮(見圖1)。此時流速增大、靜壓降低,在節(jié)流元件前后產(chǎn)生差壓,流量愈大,差壓愈大,因而可根據(jù)差壓來衡量流量的大小。這種測量方法是以連續(xù)性方程和伯努利方程為基礎(chǔ)。
孔板流量計由節(jié)流元件、差壓變送器和流量顯示儀表組成。儀表無可動部件,工作可靠,價格低廉,量程比約為3∶1。應(yīng)用范圍廣泛,適用于單相流體,包括液體、蒸汽、氣體皆可測量。檢測件,特別是標(biāo)準(zhǔn)型的為通用。但現(xiàn)場安裝條件要求較高,需較長的直管段長度,對大口徑工藝配管一般難以滿足。對小口徑管道(小于50mm)的流量測量有困難,壓損較大,儀表刻度為非線性,測量精度不很高,有時維護工作量較大。
2 錐形流量計的特點及功能錐形流量計是一種新型的高精度差壓型流量計。它與孔板節(jié)流相反,通過在密閉管道中心線懸掛一個特制的流線型錐體來進行節(jié)流,用上游管壁和錐體尾部測量的差壓來計算流量。其特點:
①沒有直管段安裝要求,可以解決其他流量計安裝時要求直管段長度較長給現(xiàn)場配管帶來的困難,尤其適用于大口徑管道單相流體的計量;②低壓損、高精度(≤0. 5%) ,適用于需要控制全廠能耗的公用工程流體流量的計量;③的雙法蘭取壓+密封截流錐體結(jié)構(gòu)設(shè)計,適用于測量高黏度(如油漿、原油、回?zé)捰?、渣?、粉塵介質(zhì)的流量;④耐臟污,不易堵,長期穩(wěn)定性好。
錐形流量計的工作原理錐形流量計也是一種差壓型的流量儀表。差壓型流量計是基于密封管道中的能量轉(zhuǎn)換原理,也就是說對于穩(wěn)定流體,管道中流體的流速與差壓的平方根成正比。當(dāng)流體接近錐體時,其壓力為p,在通過錐體的節(jié)流區(qū)時,速度會增加,壓力會降低至p。如圖2所示,p和p都通過錐形流量計的取壓口引到后接的差壓變送器上。流速發(fā)生變化時,錐形流量計的兩個取壓口之間的差壓值會增大或縮小。當(dāng)流速相同時,若節(jié)流面積大,則產(chǎn)生的差壓值也大。