V锥型流量计在煤焦厂的应用

　　西安华恒仪表制造有限公司是主要生产流量计和变送器的仪 表厂家，拥有自主的研发团队和生产线。可以自主研发设计满足 各行业、各环境下的高精度流量计。今天和大家分享一下V锥型流量计在煤焦厂的应用。

　　概述

　　陕西焦化制气厂焦炉煤气计量主要测点有焦炉回妒煤气、锅炉煤气掺烧、管式妒用煤气和城市外供煤气等,此外,还有发生炉煤气计和节假日掺加到煤气中的石油液化气计量。焦炉煤气过去一直使用标准孔板、均速管进行计量。

　　使用过程中主要存在以下几方面的问题:

　　(1)焦炉煤气脏,孔板容易污染，由于连续生产不能拆除孔板进行清洗,影响系统测量精度;

　　(2)焦炉煤气脏，仪表导压管易堵,必须定期用蒸汽吹扫仪表导压管，否则就会影响测量精度，甚至系统不能正常运行;

　　(3)煤气中所夹带的蒸汽或水雾，当温度降低时凝结成水,在管道中很难排除，影响系统测量精度。

　　(4)直管段要求长，煤气管道口径通常比较大，要保证流量测量准确的20- 40D直管段很难满足。

　　(5)量程比小，仅为3:1,例如因城市煤气用量高峰或低谷时要求输送煤气量的不同，出厂煤气计量的输送量在一天内的变动超过10:1.孔板因量程比小就达不到使用要求。

　　1V形流量计测量原理

　　惟形流量计与其它差压流量计一样,都是基于密闭管道中能量转换的伯务利定理进行测量，即对理想流体,介质的流速与差压的平方根成正比。当介质以- -定的流速迎着锥尖方向流过时，由于锥体的节流作用，会使锥体下游形成低压区，通过锥体上游管壁取高压P,管壁与锥体尾部连通的空心管取低压P2,送到差压变送器测出差压值AP ,见图1,根据伯努利方程，可计算出体积流量qvo

　　q,=K*EN! AP

　　P

　　式中,K为仪表系数;e为气体膨胀系数;p为流体工作密度。

　　因为管壁摩擦力减小了流过管壁的流体速度,所以在管道中流速分布为:在管壁处流速接近零,愈靠近管线中心流速愈大，在管线中心处流速最大。而当流体流过锥形流量计时，因锥形流量计是通过在管线中心悬挂一个锥形体来节流，锥体直接与流体高速中心部分相互作用，迫使管线中心的高速流体与接近管壁的低速流体均匀化，即两者的流速趋于一致。

　　与各种节流装置的结构比较，标准孔板是流体在管道中心突然收缩,不仅阻力损失大，而且加剧了流体流速分布的不均匀性,管道边缘阻断,脏污介质聚集在标准孔板前后;文丘里管(和标准孔板一样仍然是标准节流装置的一种)则是在管道中心逐渐收缩，虽然流体流速分布的不均匀性仍然存在,但阻力损失稍有降低，脏污介质案集的情况有所改善，只是制作困难;环形孔板是在管道中心置一圆盘，而管道边缘则可流通，即从标准孔板的管道中心突然收缩转变为管道边缘突然收缩,因而可使管道内流速均匀化，可使脏污介质不致聚集在环形孔板前后;而锥形流量计是在管道中心置一圆锥，它的结构是管道边缘逐渐收缩,阻力损失小，且可使管道内流速均匀化，使脏污介质不致素集在环形孔板前后。由此得出结论:锥形流量计是节流装置发展过程中一系列革新的必然结果，见图2。

　　管道中心突然收缩 标准孔板I

　　管道中心逐渐收缩文丘里管 |管道边缘突然收缩环形孔板

　　管道边缘逐渐收缩一 壤形流量计I

　　圈2节流装发展过程

　　Fig 2 Developmental proces of throetling set

　　2陕西焦化制气厂的应用

　　2002年陕西焦化制气厂在新项目建设中，设计选用3台美国肯威斯( Kingways Control)公司锥形流量计,对焦炉煤气(1200 mm插人式)、发生炉煤气(400 mm管道式)和石油液化气(270 mm管道式)的流量进行测量，由于使用效果好，因此又在锅炉煤气掺烧中使用了两台锥形流量计(250 mm和400 mm)，具体测量数据见表1。

　　3锥形流量计特点

　　陕西焦化制气厂使用锥形流量计有三年的历史了，检测系统运行正常，而且日常的维护工作量几乎没有，深受现场工人和技术人员的欢迎。要特点如下。

　　(1)直管段要求低。虽然所有差压式流量计都是依据伯努利定理进行测量，但伯努利定理有一个基本要求，即被测量的流体必须为理想流体。采用孔板、喷嘴等传统的差压流量计的节流装置时，为了尽量满足伯务利定理的要求，必须有非常长的前、后直管段，以便将不规则流动的流体尽可能整形成为理想流体。而锥形流量计流量采用独特的置于管道中心的流线型节流结构设计，在检测流量之前，同时对不规则流动的流体进行整流，在不增加流体整流器的情况下,巧妙地解决流体整流的问题。中心悬挂的流线型锥体能重塑流速曲线，在紧靠惟体上游和下游较窄的区城内(前0~ 3D.后0- 1D),将流速不规则的液体直接整流成理想液体，可充分满足伯努利定理的要求，获得很高的测量精度和重复性。不需要非常长的直管段整流,这在流量计的安装过程中有很重要的意义。尾明焦化制气厂使用的石油液化气锥形流量讯口径270 mm)在安装过程中，由于现场条件限制,流量计前、后直管的距离分别为1000m和600 m,但流计仍能正常稳定运行。

　　(2)耐污染,不易堵。陕西焦化制气厂煤气类流量测量,原来使用的是孔板流计和均速管流量计,由于煤气中含有焦油、蔡、硫、氨水等多种杂质,孔板或均速管必须定期清洗或用蒸汽吹扫，否则孔板上、下游端面、上游侧直角人口边缘将受到污染,仪表导压管会不畅通或堵塞，影响系统测量精度;孔板前后直管段积水会使管道流通面积减小，流速提高,差压增加,流量显示值偏高,严重时因导压管堵塞，变送器无法正常运行。为确保仪表正常稳定运行，仪表工维护工作量很大。锥形流量计有自吹扫式的结构设计特点，无滞留死区。介质流过锥体时会加速，不断冲刷正压取压孔、锥体外璧及锥体附近管壁，而负压取压孔则被小段不流动介质所隔离，脏污杂质进不去，因此锥形流量计可用于各种含杂质、易结晶的脏污介质，如焦炉煤气、发生炉煤气等介质。陕西焦化制气厂采用的五台锥形流量计对焦炉煤气、发生炉煤气和石油液化气的流量进行测量，有的使用已三年，至今未进行过维护,流量计未发现有节流装置污染、仪表导压管堵塞、管道积水、流量显示值异常等现象,大大降低了仪表的维护工作量，提高了煤气流量测量的准确性和可靠性。

　　(3)差压值大，量程比宽，适用于低压低流速介质的流量测量。在焦化厂煤气流量测量过程中,测量对象的特点是管道直径大、压力低、流速慢,孔板流量计般选配微差压变送器(陕西焦化制气厂使用的是罗斯蒙特公司的115IDR)，在煤气压力为3500P%时，正常的差压在100- 1000Pa之间变化(陕西焦化制气厂回炉煤气满量程的差压值为630P),流量计的差压信号较小。而在采用均速管流量计时，由于管道煤气流速低，差压信号非常小对系统精度影响很大,陕西焦化制气厂城市煤气计量采用均速管流计,最大差压只有120Pa,正常值为2-5Pa,系统精度很差。差压信号小会影响变送器校验、使用的精度;孔板有污染、仪表导压管不畅、管道有积水对系统精度影响也很大。而惟形流量计由于是类似孔板的节流件,差压值远大于均速管流量计，相对孔板来说，由于是管道边缘逐渐收缩,阻力损失小，因而可在阻力损失相同的情况下，设计时可选用差压值较大的锥形流量计，如表I所示，几台锥形流量计测量煤气时差压值均大于孔板测量时的差压值。提高了差压信号,为变送器校验创造了条件，也提高了系统的测量精度。

　　某些测量对象，如出厂煤气、掺烧煤气的流量测量,因最大最小流量相差较大，通常孔板只能达到3:1的量程比，只好采用多管并联的方法解决测量精确度不降低的问题，而锥形流量计的量程比可大于10:1,因而在低量程时的测量精确度较高,适用范围更宽。

　　4结语

　　经过10多年的应用实践，人们已逐渐了解锥形流量计的特点并且能亲身体验到它作为一种更有效的流量仪表的种种优点。实践证明:利用锥形流量计能在更短的直管段条件下，以更宽的量程比对洁净或脏污流体实现更准确更有效的流量测量。我们也期待有一天惟 形流量计在进行更充分测试后能像标准节流装置样， 不经过标定面确定差压与流量的关系，并可估算其测量误差，从而可以直接在生产现场使用。

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