常用氣體流量計選型設(shè)計探討

馬召輝

摘 要：對于傳統(tǒng)的差壓式流量計，特別是以孔板為代表的節(jié)流式的差壓流量計，對其前后的直管段都有嚴格的要求，這是因為流體在管道中輸送時，往往要流經(jīng)各種閥門，彎頭、三通等阻流件，流體通過這些阻流件時，會產(chǎn)生各種擾動，對流量計的精度，甚至正常使用都帶來影響。為滿足工業(yè)生產(chǎn)中對氣體的流量準確測量的需要，并可以有效控制氣體流速，需要設(shè)計氣體流量檢測系統(tǒng)，這是確保生產(chǎn)安全高效運行的前提條件，同時也是確保企業(yè)效益，實現(xiàn)管理科學(xué)性保障的基礎(chǔ)。流量測量是氣體貿(mào)易測算中不可缺少的必要環(huán)節(jié)，必須通過雙方認可的檢測精度，才能保證交易的公平合理。

關(guān)鍵詞：氣體;流量檢測;設(shè)計;應(yīng)用

流量參數(shù)是工藝過程控制中一個十分重要的控制變量，特別是在化工等物料反應(yīng)性工藝系統(tǒng)中，流量參數(shù)的控制特別是某些精確流量控制對整個工藝系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)和資源的高效利用都有著極其重要的意義。這其中對氣體流量的測量一直是一個難題，由于氣體介質(zhì)的可壓縮性，一定體積下氣體的密度受溫度和壓力的影響比較大，這些都決定了他的流量測量要比液體介質(zhì)更加復(fù)雜。

1 常用氣體流量計選型

1.1 標準節(jié)流差壓式流量計

基于流體連續(xù)性原理和流體力學(xué)能量守衡原理，遵從伯努利定律進行流體體積流量測量。對于傳統(tǒng)的差壓式流量計，特別是以孔板為代表的節(jié)流式的差壓流量計，對其前后的直管段都有嚴格的要求，這是因為流體在管道中輸送時，往往要流經(jīng)各種閥門，彎頭、三通等阻流件，流體通過這些阻流件時，會產(chǎn)生各種擾動，對流量計的精度，甚至正常使用都帶來影響。對其本身而言，節(jié)流前后存在較大的壓力損失，造成一定量能源浪費。

平衡式流量計屬于第三代的節(jié)流裝置式流量計，其測量原理與孔板等傳統(tǒng)差壓流量計一樣，其與孔板流量計相比只是從單孔變?yōu)榱硕嗫祝嗫椎慕Y(jié)構(gòu)構(gòu)造使得其不僅能夠起到原有節(jié)流作用而產(chǎn)生差壓的功能，更重要的是起到了很好的整流流體的作用，其所產(chǎn)生的差壓更加的穩(wěn)定，流體恢復(fù)性極強，可極大地提高測量精度。如下圖。

a孔板流量計節(jié)流

b平衡流量計節(jié)流

平衡流量計測量精度高，相比孔板流量計使精確度比傳統(tǒng)節(jié)流裝置提升了5到10倍，最高可達±0.3%。由于其多孔的結(jié)構(gòu)，對流體起到整流作用，大大降低了對節(jié)流前后直管段的要求。多孔對稱的平衡式設(shè)計，多個流通孔分散受力，孔上無銳角磨損，減少了紊流剪切力和渦流的形成，降低了動能的損失。

1.2 渦街流量計

旋渦分離的頻率f與阻擋物側(cè)面的流速V成正比，與阻擋物的迎流面寬度d成反比，遵從下列公式：f=St V/d 其中St為Strouhal斯特勞哈爾數(shù)，雷諾數(shù)在一定區(qū)段范圍內(nèi)St是常數(shù)。由壓電元件測得頻率f，便可測得工況流速V，管道有效截面積A已知，進而可獲得流體流量。一般情況下，測量液體是下線流蘇為0.3～0.5m/s最大流速應(yīng)不大于7m/s;測量氣體時下限流速為3m/s～5m/s，最大流速應(yīng)不大于60m/s。渦街流量計是對流暢畸變、旋轉(zhuǎn)流等較敏感的流量計，它不適用于低雷諾數(shù)測量，一定情況下，采用雙發(fā)生體的渦街流量計可以測量雷諾數(shù)較低的流體。

1.3 均速管流量計

流量參數(shù)是工藝過程控制中一個十分重要的控制變量，特別是在化工等物料反應(yīng)性工藝系統(tǒng)中，流量參數(shù)的控制特別是某些精確流量控制對整個工藝系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)和資源的高效利用都有著極其重要的意義。這其中對氣體流量的測量一直是一個難題，由于氣體介質(zhì)的可壓縮性，一定體積下氣體的密度受溫度和壓力的影響比較大，這些都決定了他的流量測量要比液體介質(zhì)更加復(fù)雜。均速管流量計測量元件通常是一根棒材，內(nèi)有兩條獨立的孔道，垂直插入管道，在正對于管道中心軸線前后各開有獨立的取壓孔。當流體流過時就會在探頭前面產(chǎn)生一個高壓區(qū)，而在后面產(chǎn)生一個低壓區(qū)，壓力通過取壓孔進入變送器，通過傳感器在流體中所產(chǎn)生的差壓進行流量計算。

均速管流量計外形決定其流體壓力損失很小，永久壓力損失僅是標準孔板的5%以下，均速管結(jié)構(gòu)簡單，安裝維護比較方便。均速管可以反映流體實時真實的流速。

2 結(jié)語

綜上所述，氣體流量計選型是一個極其復(fù)雜的問題，幾種常用流量計對比可知，針對氣體介質(zhì)多變的物理特性，氣體流量計的選型需要綜合考慮工藝工況條件、控制精度要求和實際運行環(huán)境等，選擇測量技術(shù)最適宜、運行最可靠同時經(jīng)濟性又最高的流量計。實際應(yīng)用中應(yīng)優(yōu)先以傳統(tǒng)性流量計為先，如多孔孔板，勻速管等，輔以配置能保證或進一步提高測量精度的措施。

參考文獻：

[1]應(yīng)啟長，趙學(xué)端.流量測量及儀表[M].上海：上海交通大學(xué)出版社，2012，07：164-175.

[2]尹廣增.孔板流量計計量誤差現(xiàn)場因素分析[J].石油工業(yè)技術(shù)監(jiān)督，2009（06）：18-20.