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环形孔板流量计在测量混合煤气等介质中的广泛应用
发布日期:2017/7/14 9:21:32
本文介绍的环形孔板节流装置。近年来,在我单位的炉煤气、焦炉煤气、混合煤气等介质的流量测量中获得了成功应用,在解决防堵塞、防堆积等方面有突出的点。
    1 工作原理
    标准孔板的小流通截面是板(孔板)片中心的圆孔,流体通过时因流通面积的突然收缩而加速,流体绕过孔板入口边缘时产生的附面层是圆柱形。环形孔板的小流通截面是板(测流板)片的外缘和管内壁形成的圆环,流体通过时因流通面积的突然收缩而加速,流体绕过测流板入口边缘时产生的附面层也是圆柱形,对流体产生阻力的机理是相近的。因此孔板或测流板对流体造成的阻力系数是相近的,这就使两有可能具有相近的流出系数。
 标准孔板节流装置和环形孔板节流装置的结构分别如图1和图2所示。由图可见,环形孔板与标准孔板的区别是:标准孔板的小流通面是与管轴线同轴的圆柱,环形孔板的小流通面是与管轴线同轴的圆环柱,从流场的对称性考虑,都优于圆缺孔板、偏心孔板;另方面,环形孔板把中间流速、靠近管壁处流速低的流动模式强制变成了靠近管壁处流速、中间流速低的流动模式,相当于流场的二次分配,进入环形孔板的上游流场如果因上游局部阻力的干扰产生了畸变(即不再轴对称),在二次分配时就会因“均化”的趋势恢复成轴对称,就像没有受到局部阻力的干扰似的。
    环形孔板节流装置和普通的标准孔板样,依据的基本原理是流体连续性方程和伯努利方程。把环形孔板的测流件安装在圆管中,当流体流经节流装置时,其上、下游侧之间就会产生压力差,见图3环形孔板工作原理图,经推导可得到流量基本方程式:
   式中,qm为流体的质量流量,kg/h;C为流出系数;ε为流体经过节流装置后的可膨胀性系数(对液体ε=1);β为径比(β=d/D1,d:环形孔板的等效孔径,mm,D1:管道内径,mm);D为测量管(工作状态下)的内径,mm;ΔP为节流装置上、下游取压口处测取的差压值,KPa;ρ1为流体(在节流装置上游侧工作条件下)的密度,kg/m3。
    经过正确设计计算制造出来的测流板在流体中形成阻挡,当流量为qm时产生的差压为ΔP,利用差压变送器将差压值ΔP转变成标准电流信号,再经过显示仪表或数据处理系统,显示出流体的流量或总量。
    2 产品的点
    环形孔板的殊结构决定了它在应用时的诸多点,这些点不但在理论上是有根据的,而且也已经被现场使用证明。比较突出的是:
    (1)结构牢固、性能稳定、工作可靠,基本上是“维护仪表”。
    (2)仪表本体是段直的测量管,内壁经过加工,精度,而标准孔板要另订段直管段才能达到同样效果。安装误差(偏心、密封垫片伸入管道等)对仪表的测量几乎没有响,因此本仪表的使用精度比标准孔板。
    (3)节流件和测量管内壁都是形状简单的圆形,容易达到的尺寸精度、严的形位公差,利用“抽样标定”就能获得精度,流出系数稳定性好。
    (4)流体进入仪表本体后经过测流板的突然阻挡,强制再分配均化了来流时的畸变,通过环孔节流再加上“ 均压环”取压机构,使得进入差压变送器的测量值( 差压)很少受上游局部阻力的响。
    (5)环形孔板不但可测量般流体的流量,还可测量含杂质的流体流量。因为环形孔板的检测件结构形式与标准孔板有本质不同,环形孔板小流通面是紧贴管内壁的圆环,而标准孔板小流通面是处于管中心的同心圆。流体中的杂质流速较低,般是紧贴着管壁边流动,在标准孔板的附近,杂质流得慢,很容易沉淀堆积,以于响测量精度或堵塞取压口。即使是圆缺孔板或偏心孔板,也避不了这种故障。然而对于环孔节流式流量计,流体中的杂质随着主流起速通过小流通截面(环隙),不大可能堆积在测流板附近,取压口远离滞流区,不容易堵塞,何况采取了多个取压口(冗余设计)并联在均压环上,只有全部堵死才会失效,这就大大延长了检修周期。防堵型环形孔板流量计的均压环上与取压口正对着的管壁处设有‘ 堵头’或排污球阀,可定期旋开排污或用捅条疏通杂物。对含尘量大的流体,可以选带隔离膜片的差压变送器,堵塞的可能性小。带均压环的防堵型环形孔板结构见图4。
 3 总结
    焦炉煤气、半水煤气等脏污流体介质含有粉尘、焦油、萘、硫化物、水,使用其它仪表遇到的问题较多。在仪表结构方面,采用均压环和多个取压口,在均压环上与取压口相对的地方焊接段与取压管相同内径的排污管、连接个球阀,在清污时打开球阀排污或在停气时用捅条疏通,也可以采用专用结构在不停气时用杆插入管壁清理取压管。我单位已应用十几台,长的使用已有6年,今未发生故障,节约了大量的维护人力和物力。为生产单位提供了准确的计量数据,使生产单位在节能降耗工作中有数据进行指导,降低了生产能耗。
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