文丘里管流量计

　　摘　要:本文介绍文丘里管的工作原理、结构、技术性能及优缺点。文丘里管(又称环形锥管),是新一代差压式流量测量仪表,是对传统文丘里管做了改型的异型文丘里管,它集经典文丘里管、环形孔板和耐磨孔板计量性能优点于一体,并且在能源计量工作中已取得良好的使用效果。

　　1　引言

　　差压式流量计是目前工业生产中用来测量气体、液体和蒸汽流?的最常用的一种流?仪表。据调查统计,在整个工业流测量领域中,差压式流量计占流量仪表总数的一半左右。因为结构简单,安装方式成本低等一系列优点,所以由节流装置和差压计组成的节流式流?计在工业领域中用的最多。但由于传统的差压流量计的流出系数不稳定,线性差,重复性不好,准确度因受诸多因素影响也不高,易被磨损,压损较大,量程比(范围度)小,现场安装条件高,要求的直管段过长等诸多缺陷,人们对产生差压的节流装置的优化改进一直没有中断。这种完善、改进工作一直都没有停止,并有了很大的飞越,研制出了一些适应不同流体的节流装置,例如:耐磨孔板、环形孔板、V型锥式、MPA、文丘里管流量计等节流装置。

　　2　产品结构

　　(1)测量管(2)特型芯体(6)前圆锥面(7)圆柱面

　　(3)后支承环(4)前支承环(8)后院锥面(9)后支承轴

　　(5)取压接头(10)前支承轴

　　文丘里管由圆形测量管1和置于测量管的特型芯体2所构成(参见图1和图2)。特型芯体是一个与测量管同轴的旋转体,其母线是一假想管壁为无限薄的经典截尾文丘里管的管壁轴向截面,即旋转体的径向外表面由前段圆锥面6、中段圆柱面7、尾段圆锥面8三部分构成。特型芯体靠其支撑轴9、10和与测?管同轴的支撑环3、4定位,用制动件压紧固定(小管径产品,无前支撑轴,只用后轴由后支撑轴环定位固定)。支撑环是由具有同轴的环、外环和将外环连成一体的3-4个支撑肋构成。在测量管管壁的特定位置上设有取压接头5(或远传法兰取压接口),测量管两端是用于和现场工艺管道相连接的标准法兰。

　　3　结论

　　文丘里管(又称环形缀管),其基本测量原理与标准孔板相同,即以能量守恒定律-伯努利方程和流动连续性方程为基础的流量测量方法。文丘里管由一圆形测量管和置入测量管并与测?管同轴的特型芯体所构成。特型芯体的径向外表面具有与经典文丘里管表面相似的几何廓形,并与测量管表面之间构成一个异径环形过流缝隙。流体流经文丘?管的节流过程同流体流经经典文丘?管、环形孔板的节流过程基本相似。文丘里管的这种结构特点,使之在使用过程中?存在类似孔板节流件的锐缘磨蚀与积污问题,并能对节流前管流体速度分布梯度及可能存在的各种非轴对称速度分布进?有效的流动调整(整流),从而实现了高准确度与高稳定性的流量测量。

　　4　性能特点

　　与孔板等标准节流件相比,文丘里的技术特点集中体现在以下几个方面:

　　(1)测量准确度高,配置高准确度差压变送器即可实现流量的准确测量。

　　(2)测量稳定性好,文丘里管节流部位无锐缘,也不存在积污条件。因而在使用过程中流出系数能长期保持恒定。

　　(3)测?范围度宽,?用二次表软件修正即可达20∶1以上。

　　(4)对介质适应能力强,能测量高压、低压流体,高含湿气体及各种脏污的流体。

　　(5)适用雷诺数范围宽,适用雷诺数下限低于标准节流体。

　　在测试仪下井工程中,壳体所受压力慢慢增加,当下井到一定的深度处于射孔段位,此时所受的是静态均匀压力;在射孔过程中,由于压?陡增,对壳体的抗压要求很高,测取射孔瞬间动态压力参数就具有重要意义。

　　测试仪在3000m深处静压是30Mpa,射孔过程取011S,最大射孔瞬间动态压力为60MPa,其在射孔过程中压?随时间变化曲线如图2所示,利用COS2MOSWorks的非线性分析得出VonMises应力分布云图和应变分布云图,分别如图3和图4所示。

　　3　结论

　　由于石油井下P-T测试仪外壳材料采用35CrMnSi高强度钢,它的屈服强度max为1275MPa,而在应力分布云图上最大的应力为1166MPa,小于屈服强度,并且最大应力max出现在顶丝额螺纹孔,刚好这个地方是应力集中处,端盖与外筒连接处由于有O型圈,壁较薄弱,在此处应力较大,从图4可以看出,但是应力也在700MPa左右,小于s;在应变分布云图上,最大应变max为01002952,小于015%。因此,石油井下P-T测试仪的机械结构设计安全可靠。

　　(6)对安装直管段要求低,上游3D,下游1D。能有效避免或减少流量测量系统的附加测量不确度。

　　(7)压损小,测量差压的1/5左右,节约能源。

　　5　文丘里管流量计的应用

　　文丘里管的优异技术性能,对解决目前公认的所谓大流量、低压力、高含湿气体的计量难题和煤气、非洁净天然气等脏污流体的计量难题,将会发挥重要作用;对于那些目前不得不仍在使用着孔板等传统差压式仪表但又非常需要提高测量精度、改善计量效果的计量场合,文丘里管将成其理想的换代产品;文丘里管配之以精密型差压变送器和智能型二次仪表,能实现长期稳定、准确地在线计量,可以部分地取代振动式质量计量计、气体超声流量计等高价位流?仪表。此外,文丘里管对于现场?具备长的直管段安装条件,特殊的高温、高压,强腐蚀性和脏污介质以及非单相流的测量等计量场合也都具有独特的计量优势。

　　文丘里管产品自开发以来,已成功地适用于计量高含湿天然气,低压脏污沼气,焦炉煤气,瓦斯气,水蒸气、热水,高温热煤油等,实际应用范围正在迅速扩大。

　　目前文丘里管得准确流出系数还必须实流标定,这给使用带来一定的不便。