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什麽是矩型流量計,其原理又是什麽?

作者:江蘇創輝自動化儀表有限公司
石油和化工生産裝置中,采用傳統的流量計在測量高黏度、含有顆粒狀的流體時容易産生流量計堵塞和磨損,造成無法正常使用或測量不准。矩形流量計作爲一種新型差壓流量計,測量管道可以是方形管道,也可以是圓形管道,適用範圍廣。矩形流量計無可動部件、耐磨損測量精度可保持長期不變,這是孔板流量計楔形流量計質量流量計、透平式(渦輪)流量計等達不到的,解決了許多其他流量計無法解決或解決效果不佳的流量測量問題,尤其是高黏度介質、強腐蝕性介質和重摩擦性介質流量的高精度測量問題。矩形流量計已經逐步應用到煤化工、多晶矽工業、電力行業中。
1.測量原理
矩形流量計是一种产生差压信号的节流部件,根据流体力学方程,由差压信号与流量的对应关系,可以***地测量流体的流量。矩形流量計的节流块具有楔形流量計节流楔块的部分特征,又具有文丘里流量计的大部分特征,通俗地讲,矩形流量計是楔形流量計和文丘里流量计的结合体。矩形流量計采用单向流体通过标准孔板的标准公式流量计算见以下公式。
式中:q體積流量;C—流出系數;∈—可膨脹系數;m——節流面積比,流通弓形面積/管道截面積;D—管道內徑,mm;△p差壓,Pa;p介質密度kg/m2。其結構如圖1所示。
2.矩形流量計的性能分析
2.1耐磨性
在煤气化工艺过程中,介质主要由煤反应后的煤灰和水混合而成,即黑水,该介质工艺条件通常是温度为200℃,压力等级为10.0MPa,含煤颗粒8%~10%,这样的工艺条件对流量计提出了比较苛刻的要求,一般流量计难以满足要求。测量该种高黏度、高磨损性流体一般采用楔形流量計,由于楔形流量計结构有一个小于90度的棱角节流线,如图2所示,才能保证产生可测量的节流效果和下游流动状态,但同时当流体经过楔形流量計时在节流块棱角处会急速缩流,而后又急速恢复压力,在棱角处会产生强烈的涡流,这种涡流一方面冲刷楔棱的背面,另一方面还反冲节流棱角,产生强烈的磨损,从而降低测量精度。

根据图1可见矩形流量計的节流块是一个钝角或圆弧线,不存在棱角的问题,流动状态平稳地从收缩段进入喉部,这样可以大幅减小磨损。同时矩形流量計采用流线型节流通道,具有1个适当长度的喉管,该喉管起到整流的作用,有效地平拟了流体的波动,再加上后部的压力恢复段,延伸了这种流线型流道,使得整个流量计内部不会产生涡流和震动,避免了因涡流产生的磨损。矩形流量計可以连续使用3年且测量精度不变,其使用寿命是楔形流量計的4倍以上。
2.2***性壓力損失小及差壓值大
在工程應用中,運行成本中包括泵和壓縮機所消耗的電能,通過選取壓力損失小的流量計可以有效地降低介質的輸送成本,並且介質的輸送成本是項動態投資,在長期運行中遠超儀表的一次。
2.3高精度測量
经过大量的理论研究和实验数据以及严格的制造检验程序,使得矩形流量計的精度达到了0.25%以上。同时,由于矩形流量計的特殊结构能够保证在较宽的雷诺数范围内流量系数为线性且稳定,因此无论针对大流量还是小流量都可以准确测量。在多晶硅行业中氢气是一种难以测量的工业气体,还原炉的氢气进料量是通过预先设定好的配比来控制进料调节阀的。如果测量到的流量波动比较大或者流量小测量不到,导致调节阀频繁动作,从而影响硅棒品质,甚至导致倒棒急停;如果流量测量不准确,会导致吹扫置换不干净,存在安全隐患。通常情况下采用質量流量計测量氢气,但是需要通过缩径来提高流速,使压力损失很大,同时由于流量计出口处的流速很快,有发生危险的可能,并且流量计后端需要很长的直管段流速才能恢复。现在采用矩形流量計测量氢气不但精度高而且性能稳定,很好地解决了这一难题。
2.4寬量程比
在丙烷流量测量中,ZUI小流量与ZUI大流量之比为1:66,这是矩形流量計大量程比的基本要求,由于现在流量差壓變送器的限制,例如横河变送器,精度为0.04%,量程比为200:1,差压为0.5~100.0kPa,为了保证小流量的准确测量,采用2台差壓變送器,一台可以***测量0.5kPa以上的差压值,另一台差壓變送器量程为0.1~10.0kPa可以准确测量0.1~0.5kPa段的差压值,使得在小流量测量时可以保证精度,所以流量计在较宽的流量范围内都可以准确测量。通过调整流量计的β值使得流量计在 ZUI小流量时差压不小于0.1kPa。
 
3.矩形流量計与楔形流量計等的性能对比矩形流量計与其他差压流量计性能对比见表1所列。
4.結語
矩形流量計作为一种新型流量计被广泛应用于煤化工、多晶硅、电力等行业。其工作稳定、结构简单、使用寿命长且准确度适中、维护量小,能够适用多种介质的测量。通过对矩形流量計的性能分析,其测量精度是传统节流装置的4倍左右,久压力损失是传统节流装置的1/3左右,同时流量计要求直管段 ZUI小可以达到1.5D因而省去了大量的直管段,由于没有活动部件,安装和维护相对容易。总之,矩形流量計具有广泛的发展空间。
 
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