環(huán)形孔板流量計在測量混合煤氣等介質中的廣泛應用

　　在工業(yè)化迅速發(fā)展的大時代，缺少不了壓力變送器、流量計、液位計、密度計、差壓變送器等儀表把現(xiàn)場第一數(shù)據實時傳輸?shù)焦た叵到y(tǒng)上，為整個工業(yè)自動化系統(tǒng)充當控制、檢測等一系列的眼睛，接下來華恒儀表為您解讀工業(yè)現(xiàn)場最前沿的壓力變送器使用情況。

　　本文介紹的環(huán)形孔板節(jié)流裝置。近年來，在我單位的爐煤氣、焦爐煤氣、混合煤氣等介質的流量測量中獲得了成功應用，在解決防堵塞、防堆積等方面有突出的點。

　　工作原理

　　標準孔板的小流通截面是板（孔板）片中心的圓孔，流體通過時因流通面積的突然收縮而加速，流體繞過孔板入口邊緣時產生的附面層是圓柱形。環(huán)形孔板的小流通截面是板（測流板）片的外緣和管內壁形成的圓環(huán)，流體通過時因流通面積的突然收縮而加速，流體繞過測流板入口邊緣時產生的附面層也是圓柱形，對流體產生阻力的機理是相近的。因此孔板或測流板對流體造成的阻力系數(shù)是相近的，這就使兩有可能具有相近的流出系數(shù)。

　　標準孔板節(jié)流裝置和環(huán)形孔板節(jié)流裝置的結構分別如圖1和圖2所示。由圖可見，環(huán)形孔板與標準孔板的區(qū)別是：標準孔板的小流通面是與管軸線同軸的圓柱，環(huán)形孔板的小流通面是與管軸線同軸的圓環(huán)柱，從流場的對稱性考慮，都優(yōu)于圓缺孔板、偏心孔板；另方面，環(huán)形孔板把中間流速、靠近管壁處流速低的流動模式強制變成了靠近管壁處流速、中間流速低的流動模式，相當于流場的二次分配，進入環(huán)形孔板的上游流場如果因上游局部阻力的干擾產生了畸變（即不再軸對稱），在二次分配時就會因“均化”的趨勢恢復成軸對稱，就像沒有受到局部阻力的干擾似的。

　　環(huán)形孔板節(jié)流裝置和普通的標準孔板樣，依據的基本原理是流體連續(xù)性方程和伯努利方程。把環(huán)形孔板的測流件安裝在圓管中，當流體流經節(jié)流裝置時，其上、下游側之間就會產生壓力差，見圖3環(huán)形孔板工作原理圖，經推導可得到流量基本方程式：

　　式中，qm為流體的質量流量，kg/h；C為流出系數(shù)；ε為流體經過節(jié)流裝置后的可膨脹性系數(shù)（對液體ε=1）；β為徑比（β=d/D1，d：環(huán)形孔板的等效孔徑，mm，D1：管道內徑，mm）；D為測量管（工作狀態(tài)下）的內徑，mm；ΔP為節(jié)流裝置上、下游取壓口處測取的差壓值,KPa；ρ1為流體（在節(jié)流裝置上游側工作條件下）的密度，kg/m3。

　　經過正確設計計算制造出來的測流板在流體中形成阻擋，當流量為qm時產生的差壓為ΔP，利用差壓變送器將差壓值ΔP轉變成標準電流信號，再經過顯示儀表或數(shù)據處理系統(tǒng)，顯示出流體的流量或總量。

　　產品的點

　　環(huán)形孔板的殊結構決定了它在應用時的諸多點，這些點不但在理論上是有根據的，而且也已經被現(xiàn)場使用證明。比較突出的是：

　?。?）結構牢固、性能穩(wěn)定、工作可靠，基本上是“維護儀表”。

　　（2）儀表本體是段直的測量管，內壁經過加工，精度，而標準孔板要另訂段直管段才能達到同樣效果。安裝誤差（偏心、密封墊片伸入管道等）對儀表的測量幾乎沒有響，因此本儀表的使用精度比標準孔板。

　?。?）節(jié)流件和測量管內壁都是形狀簡單的圓形，容易達到的尺寸精度、嚴的形位公差，利用“抽樣標定”就能獲得精度，流出系數(shù)穩(wěn)定性好。

　?。?）流體進入儀表本體后經過測流板的突然阻擋，強制再分配均化了來流時的畸變，通過環(huán)孔節(jié)流再加上“ 均壓環(huán)”取壓機構，使得進入差壓變送器的測量值（ 差壓）很少受上游局部阻力的響。

　　（5）環(huán)形孔板不但可測量般流體的流量，還可測量含雜質的流體流量。因為環(huán)形孔板的檢測件結構形式與標準孔板有本質不同，環(huán)形孔板小流通面是緊貼管內壁的圓環(huán)，而標準孔板小流通面是處于管中心的同心圓。流體中的雜質流速較低，般是緊貼著管壁邊流動，在標準孔板的附近，雜質流得慢，很容易沉淀堆積，以于響測量精度或堵塞取壓口。即使是圓缺孔板或偏心孔板，也避不了這種故障。然而對于環(huán)孔節(jié)流式流量計，流體中的雜質隨著主流起速通過小流通截面（環(huán)隙），不大可能堆積在測流板附近，取壓口遠離滯流區(qū)，不容易堵塞，何況采取了多個取壓口（冗余設計）并聯(lián)在均壓環(huán)上，只有全部堵死才會失效，這就大大延長了檢修周期。防堵型環(huán)形孔板流量計的均壓環(huán)上與取壓口正對著的管壁處設有‘ 堵頭’或排污球閥，可定期旋開排污或用捅條疏通雜物。對含塵量大的流體，可以選帶隔離膜片的差壓變送器，堵塞的可能性小。帶均壓環(huán)的防堵型環(huán)形孔板結構見圖4。

　　總結

　　焦爐煤氣、半水煤氣等臟污流體介質含有粉塵、焦油、萘、硫化物、水，使用其它儀表遇到的問題較多。在儀表結構方面，采用均壓環(huán)和多個取壓口，在均壓環(huán)上與取壓口相對的地方焊接段與取壓管相同內徑的排污管、連接個球閥，在清污時打開球閥排污或在停氣時用捅條疏通，也可以采用專用結構在不停氣時用桿插入管壁清理取壓管。我單位已應用十幾臺，長的使用已有6年，今未發(fā)生故障，節(jié)約了大量的維護人力和物力。為生產單位提供了準確的計量數(shù)據，使生產單位在節(jié)能降耗工作中有數(shù)據進行指導，降低了生產能耗。

　　儀器儀表是工業(yè)化進程的基石，只有選用工業(yè)現(xiàn)場選用合適的儀表，才能夠事半功倍，自動化流程才能夠更加自動化。