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彎管流量計替代孔板流量計在蒸汽計量中的應用
發布時間：2017-11-22
孔板流量計因其制造便捷、價格低廉等優點在早期的流量測量中受到企業青睞，得到廣泛應用。但隨著儀表制造產業的發展及用戶需求的提高，越來越多的各式流量計以其優越的特性開始逐步替代孔板流量計。本文以企業中蒸汽計量系統的技術改造為例，介紹彎管流量計的應用情況。
一、使用環境
本企業蒸汽管路為鍋爐產出蒸汽經過汽機后輸送到各分廠。早期的蒸汽計量系統通過在各鍋爐蒸汽出口、汽機前、后及各分廠蒸汽支管上安裝孔板流量計進行計量(見圖1)。維護人員定期記錄數據，計算能源消耗。使用多年后發現流量倒掛，數據不可信。在校驗、更新差壓變送器和積算儀后仍不能解決問題，懷疑孔板因喇叭口磨損而造成準確度下降。但因孔板流量計口徑較大，更換不便，所以嘗試用彎管流量計進行替代，并收到了較好的使用效果。
<CTSM> 圖1</CTSM>
二、工作原理
彎管流量計與傳統的孔板流量計一樣，均為差壓式流量計，只是彎管傳感器是利用流體的慣性原理產生差壓的。當流體通過彎管時，由于受彎管的約束流體被迫做類似的圓周運動，流體在作圓周運動時產生的離心力作用于彎管的內外兩側，使彎管傳感器內外兩側之間產生一個壓力差，該壓力差的大小與流體的密度、平均流速、管道的曲率半徑、管道內徑有關，其表達式為
式中:v――流體在彎管中的平均流速；R――彎管中心曲率半徑；D――彎管的內徑；ΔP――流體通過彎管傳感器時產生的差壓值；ρ――介質的密度。
管道內流體的流量
式中:S――管道的內截面積；α――流量系數。
從以上可知，只要準確測量出差壓力，在進行運算的同時再考慮到溫度、壓力對于介質密度的影響進行必要的溫度補償，就能準確地測量介質的流量。
三、特點和適用范圍
1.結構簡單
傳感器主要是一個90°彎頭(L形)，在傳感器的內外兩側45°處各鉆有一個導壓孔，內壁光滑，無插入件、感測件或轉換件。在此基礎上還有180°(S形)等型號的傳感器，適合不同彎管段的應用，如圖2所示。
<CTSM> 圖2</CTSM>
2.重現準確度和測量準確度高
隨著機械加工工業的發展和行業標準化及規范化管理的不斷完善，用作彎管傳感器的標準機制彎頭質量得到提高，使其具有±0.2%以上的重現性準確度、1.0級的系統測量準確度。
3.無附加阻力損失
對于蒸汽介質來說，孔板流量計的壓力損失會造成蒸汽品質下降，需提高蒸汽壓力才能滿足生產要求。而彎管流量計因其內部光滑無節流件，不存在管道附加阻力損失的問題，孔板流量計的節流損耗可簡單地看成是彎管流量計的節能效果，這對于大系統、大管徑、大流量、低壓力的測量對象優越性更加明顯。如果安裝在管道原有彎頭處，將使企業得到非常好的節能降耗收益。
4.安裝方便、使用壽命長
彎管傳感器采用焊接式安裝，解決了“跑冒滴漏”等問題。在替代原有孔板流量計時，只需更換不同量程的差壓變送器，導壓管及信號電纜可基本保持不變，大大減少了現場維修工作量。且傳感器耐磨損，可保證長周期穩定工作。
5.適應性好、測量范圍寬
只要是能用孔板、渦街等流量計進行測量的流體都可用彎管流量計來進行流量測量，且在耐高溫、耐高壓、耐沖擊、耐震動、耐潮濕、耐粉塵等方面，彎管流量計遠遠優于這些常用的流量計。震動、沖擊對彎管傳感器的正常工作幾乎沒有影響，而高溫、高壓對于彎管傳感器來說只要采用與工藝管道相同材質的標準彎頭，就可以得到解決。另外，許多流量測量裝置對現場直管段都有較高要求，如孔板流量計要求前10D后5D，而彎管流量計只需前5D后2D即可。彎管流量計的量程范圍還較寬，一方面是指彎管流量計對于其測量介質的流速適用范圍寬。如蒸汽或其他氣體介質，流速范圍為(5～70)m/s，液體介質流速范圍為(0.3～5)m/s。有足夠準確度等級的微差壓變送器相配合，則流體流速的低限可取得很小。高質量微差壓變送器的應用使彎管流量計能夠適應低流速、小信號測量的要求。總之，彎管流量計的量程范圍完全可以滿足不同對象的流量測量要求。量程范圍寬的另一方面是指彎管傳感器的幾何尺寸沒有限制，管徑可從十幾毫米到1m甚至2m以上。
四、使用中需注意的問題
1.冷凝器的選用
由于原孔板流量計使用的是冷凝罐，在改造為彎管傳感器時繼續使用。但管道中溫度壓力的突變會打破冷凝罐中的平衡狀態，造成液位波動，對于孔板流量計(產生的壓力差為10kPa～100kPa)影響很小，而彎管傳感器產生的差壓都較微小，影響非常大，極易造成虛假流量。嘗試將正、負壓室冷凝罐固定安裝在一起反而破壞了彎管流量計的測量原理，數據失真。所幸制造商也發現了此類問題，在以后購買的彎管流量計上都配備了冷凝盤。安裝時與取壓口保持水平，保證了壓力的穩定傳導。
2.零點遷移
如果彎管傳感器不是采用水平轉水平的安裝狀態，就必須對由兩個取壓口的高度差所造成的導壓管內液柱的高度差進行遷移補償。而冷凝盤不像冷凝罐可以注水，所以可通過彎管的口徑和介質密度計算出高度差所產生的壓力，對差壓變送器進行量程遷移。但最好的方法是在設備停車時，冷凝液充滿導壓管后關閉取壓閥，松開導壓管進行現場遷移。
五、結束語
彎管傳感器的結構比孔板節流件在蒸汽計量的應用上更具有優勢，雖然相對價格會比孔板流量計高，但長期使用所帶來的效益回報非一般流量計可比，足可以收回更換成本。本企業在首次安裝彎管流量計得出使用經驗后，已陸續更換了蒸汽計量系統的大部分孔板流量計。通過幾年的蒸汽數據記錄、環比，彎管流量計取得了非常好的使用效果。
