摘要：介紹了彎管流量計(jì)的工作原理。通過(guò)與其它流量計(jì)的對(duì)比，彎管流量計(jì)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、壓損小、免維護(hù)、適應(yīng)性強(qiáng)精度高等特點(diǎn)。以前進(jìn)熱電廠現(xiàn)有三臺(tái)65噸/鍋爐，三臺(tái)1.2萬(wàn)千瓦機(jī)組的流量計(jì)改進(jìn)情況來(lái)看，較好的解決了能源的計(jì)量問(wèn)題。

　　關(guān)鍵詞：彎管流量計(jì)；差壓；特點(diǎn)；節(jié)能

　　中圖分類號(hào)：TP399文獻(xiàn)表示碼：A

　Characteristic and applied analysis of Pipe flow meter

                                   Liu Xiao-li

Work professional school  Shandong Changle 262400

      Abstract: Introduced the pipe flow meter's principle of work. Through with orifice well tester's contrast, the elbow piece flow meter has the structure to be simple, the damaged due to pressing small, exempts the maintenance, the compatible strong precision higher characteristic. Before enters the thermal power plant to have three 65 ton/boilers, three 12,000 kilowatt unit's flow meter improvement situations, the good solution energy measurement question.

      Keywords: Pipe flow meter; Differential ; Characteristic; Energy conservation 

      1.概述

　　隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的發(fā)展，企業(yè)對(duì)能源的要求越來(lái)越重視。工藝過(guò)程控制、生產(chǎn)成本核算、能源計(jì)量考核等能源的調(diào)控方面的問(wèn)題對(duì)流量測(cè)量越來(lái)越依賴，因此準(zhǔn)確測(cè)量蒸汽、天然氣、水等介質(zhì)的流量在工業(yè)能源節(jié)能方面越來(lái)越重要。彎管流量計(jì)的研究、設(shè)計(jì)已有80余年的歷史，但因各種技術(shù)的限制其工業(yè)應(yīng)用存在很大困難。隨著彎管加工技術(shù)和測(cè)量技術(shù)的進(jìn)步，在最近幾年得到廣泛關(guān)注和有效推廣。本文通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)流量計(jì)與彎管流量計(jì)的應(yīng)用性能比較，經(jīng)過(guò)比對(duì)、測(cè)算分析，彎管流量具有壓損小、易維護(hù)、測(cè)量精度高、重復(fù)性好等特點(diǎn)，能夠較好的解決能源的計(jì)量問(wèn)題。

　　2.彎管流量計(jì)的工作原理

　　彎管流量計(jì)與傳統(tǒng)的孔板流量計(jì)一樣，同屬于差壓式流量計(jì)的范疇，只是彎管流量計(jì)產(chǎn)生差壓的方式與孔板流量計(jì)不同?？装迨抢昧黧w的縮放原理產(chǎn)生差壓的，而彎管傳感器是利用流體的慣性原理產(chǎn)生差壓的。當(dāng)流體通過(guò)彎管時(shí)，由于受彎管的約束流體被迫作類似的圓周運(yùn)動(dòng)，流體在作圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的離心力作用于彎管的內(nèi)外兩側(cè)，使彎管傳感器內(nèi)外兩側(cè)之間產(chǎn)生一個(gè)壓力差，該壓力差的大小與流體的密度、平均流速、管道的曲率半徑、管道內(nèi)徑有關(guān)，其表達(dá)式為

　　其中v—流體值彎管中的平均流速；

　　R—彎管中心曲率半徑；

　　D—彎管的內(nèi)徑

　　—彎管中心曲率半徑；

　　ΔP—流體通過(guò)彎管傳感器時(shí)產(chǎn)生的差壓值；

　　—介質(zhì)的密度；

　　管道內(nèi)流體的流量

　　從以上可知，只要準(zhǔn)確測(cè)量出壓力差，在進(jìn)行運(yùn)算的同時(shí)再考慮到溫度、壓力對(duì)于介質(zhì)密度的影響進(jìn)行必要的溫度補(bǔ)償，就能準(zhǔn)確的測(cè)量介質(zhì)的流量。

　　3.彎管流量計(jì)的特點(diǎn)及與其他流量計(jì)性能比較

　　1.1結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性價(jià)比高

　　結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低。彎管傳感器實(shí)際上是一個(gè)90度標(biāo)準(zhǔn)彎頭，沒有比它結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單的流量傳感器了。隨著機(jī)械加工工業(yè)的發(fā)展和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化及規(guī)范化管理的不斷完善，用作彎管傳感器的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)制彎頭其質(zhì)量越來(lái)越好，價(jià)格也越來(lái)越低。法蘭式取壓的孔板流量計(jì)是市場(chǎng)上價(jià)格最便宜的流量計(jì)，彎管流量計(jì)的價(jià)格完全可以和它相比。

　　1.2可測(cè)量容易臟污、易堵塞介質(zhì)的傳感器

　　煤氣（包括：高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣、發(fā)生爐煤氣等）、煙氣等屬臟污介質(zhì)，容易堵塞、粘連傳感器關(guān)鍵部位，直接影響測(cè)量。傳統(tǒng)孔板流量計(jì)及渦街流量計(jì)基本無(wú)法保證長(zhǎng)期運(yùn)行的準(zhǔn)確性與穩(wěn)定性。循環(huán)水水質(zhì)較差，對(duì)流量測(cè)量裝置的污染影響較大。孔板流量計(jì)的節(jié)流件或渦街流量計(jì)的插入件極易被循環(huán)水玷污或堵塞，尤其是孔板節(jié)流口的直角部分，即使是輕微的玷污也會(huì)對(duì)測(cè)量精度造成極大的影響。彎管傳感器對(duì)于類似煤氣、循環(huán)水這樣的介質(zhì)其適應(yīng)性是不用懷疑的，即使是長(zhǎng)期的運(yùn)行也能保證彎管流量計(jì)的正常工作，保證其足夠的測(cè)量精度。

　　1.3適應(yīng)性強(qiáng)，量程范圍寬，直管段要求不嚴(yán)。只要是可以用孔板、渦街、均速管流量計(jì)來(lái)測(cè)量的管道內(nèi)流體流量都可以用彎管流量計(jì)進(jìn)行測(cè)量，而且在耐高溫、耐高壓、耐沖擊、耐振動(dòng)、耐潮濕、耐粉塵等方面，彎管流量計(jì)遠(yuǎn)優(yōu)于其它流量計(jì)。對(duì)于渦街流量計(jì)來(lái)說(shuō)其使用性是十分有限的，這與其測(cè)量原理有關(guān)，實(shí)測(cè)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生較大的附加誤差影響了測(cè)量精度，造成測(cè)量不準(zhǔn)。所有這些問(wèn)題對(duì)彎管流量計(jì)來(lái)說(shuō)幾乎沒有影響，而高溫、高壓對(duì)于彎管傳感器來(lái)說(shuō)只要采用與工藝管道相同材質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)彎頭，就可以得到解決。

　　彎管流量計(jì)的量程比可達(dá)1：10。量程范圍寬一方面是指彎管流量計(jì)對(duì)于其測(cè)量介質(zhì)的流速適用范圍寬，對(duì)于蒸汽或其它氣體介質(zhì)，流速范圍為0~70m/s，可以較好地滿足蒸汽流量測(cè)量的要求；液體介質(zhì)流速范圍為0~5m/s。以上所說(shuō)的流速范圍也沒有嚴(yán)格的限制，如果被測(cè)介質(zhì)沒有上限流速的限制，則流速范圍還可更大；有足夠精度的微差壓變送器相配合，則流體流速的低限可取得很小。高質(zhì)量微差壓變送器的應(yīng)用使彎管流量計(jì)能夠適應(yīng)低流速、小信號(hào)測(cè)量的要求。總之，彎管流量計(jì)的量程范圍完全可以滿足不同對(duì)象的流量測(cè)量的要求。量程范圍寬的另一方面是指彎管傳感器的幾何尺寸沒有限制，管徑可從十幾毫米到一米甚至兩米以上。

　　直管段要求不嚴(yán)格也是彎管流量計(jì)在現(xiàn)場(chǎng)使用中十分重要的特點(diǎn)之一，許多流量測(cè)量裝置都因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)直管段不能滿足要求而不能進(jìn)行測(cè)量或不能保證其測(cè)量精度。彎管流量計(jì)由于其特殊的測(cè)量原理，使其在實(shí)際應(yīng)用時(shí)對(duì)直管段的要求不嚴(yán)格，一般只要求前5D、后2D即可，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其他流量測(cè)量裝置的要求。

　　1.4彎管流量計(jì)精度高，重現(xiàn)性好，測(cè)量精度可達(dá)1％，重現(xiàn)性精度可達(dá)0.02％，一次安裝后，不再需要重復(fù)拆裝，因此，其安裝精度也能得到最佳保證。

　　1.5無(wú)任何附加節(jié)流件或插入件，無(wú)附加壓力損失，節(jié)約能源

　　對(duì)孔扳流量計(jì)來(lái)說(shuō)，流體在孔板上的壓力損失是不可恢復(fù)的，其損失可達(dá)孔板在該流量下產(chǎn)生的差壓值的60%~80%。彎管流量計(jì)與其他流量計(jì)相比最重要的是無(wú)任何附加節(jié)流件或插入件，不存在管道附加阻力損失的問(wèn)題，孔板的節(jié)流損耗可簡(jiǎn)單地看作是彎管流量計(jì)的節(jié)能效果，這對(duì)于那些大系統(tǒng)、大管徑、大流量、低壓力的測(cè)量對(duì)象好處更加明顯。這一特點(diǎn)給彎管流量計(jì)的工業(yè)化應(yīng)用帶來(lái)了巨大的便利和經(jīng)濟(jì)效益。

　　1.6免維護(hù)的流量傳感器

　　彎管流量計(jì)傳感器耐磨損，對(duì)微量磨損不敏感，在高速流體沖擊下不會(huì)變形、扭曲、震動(dòng)，長(zhǎng)期高低溫工作條件下敏感元件不會(huì)老化、變質(zhì)而降低穩(wěn)定性和靈敏度。對(duì)于環(huán)境中可能出現(xiàn)的震動(dòng)、粉塵、潮濕、電磁場(chǎng)干擾不敏感，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)周期運(yùn)行它的穩(wěn)定性、靈敏度、準(zhǔn)確性不會(huì)發(fā)生明顯變化，能在最大程度上防止傳感器被粘污、結(jié)疤、堵塞等等。而孔板流量計(jì)的節(jié)流口對(duì)微量磨損就十分敏感。一般計(jì)量用孔板流量計(jì)的孔板每年必須進(jìn)行一次或一次以上的強(qiáng)制性磨損檢查，這是保證孔板流量計(jì)準(zhǔn)確計(jì)量的必要條件。對(duì)于那些大管徑的孔板和蒸汽孔板，其拆裝難度之大，維修費(fèi)用之高，給使用者帶來(lái)了額外的負(fù)擔(dān)。彎管傳感器因耐磨損、免維護(hù)、長(zhǎng)周期高精度運(yùn)行的特點(diǎn)，采用直接焊接法進(jìn)行安裝，使現(xiàn)場(chǎng)跑冒滴漏的問(wèn)題得到徹底的解決。

　　1.7測(cè)量數(shù)據(jù)可直接接入DCS系統(tǒng)

　　測(cè)量數(shù)據(jù)可直接輸入DCS系統(tǒng)。專用主機(jī)配有RSR-232、485通訊接口。

　　4、彎管流量計(jì)的應(yīng)用分析

　　以前進(jìn)熱電廠現(xiàn)有三臺(tái)65噸/鍋爐，三臺(tái)1.2萬(wàn)千瓦機(jī)組的流量計(jì)改進(jìn)為依據(jù)進(jìn)行分析。

　　4.1改進(jìn)方案

　　三臺(tái)65噸/時(shí)鍋爐，改進(jìn)前的生產(chǎn)工藝如圖1所示。每臺(tái)鍋爐主蒸汽管道原安裝兩個(gè)孔板流量計(jì)，共六臺(tái)。由于孔板流量計(jì)采用截流產(chǎn)生壓差的原理計(jì)算蒸汽流量，因此，蒸汽在流過(guò)孔板時(shí)造成壓力損失。經(jīng)測(cè)定，蒸汽流過(guò)孔板流量計(jì)造成壓力損失約0.05MPa，蒸汽由鍋爐進(jìn)入汽輪機(jī)需經(jīng)過(guò)兩個(gè)孔板流量計(jì)，在孔板流量計(jì)上造成的壓力損失約0.1MPa，加上蒸汽管道及閥門造成的壓力損失，使鍋爐過(guò)熱器集汽聯(lián)箱出口至汽輪機(jī)進(jìn)汽口之間管道損失達(dá)到0.4MPa。即使鍋爐壓紅線運(yùn)行（3.82MPa）、汽輪機(jī)進(jìn)汽壓力只能達(dá)3.4MPa（設(shè)計(jì)進(jìn)汽壓力為3.47MPa），致使發(fā)電汽耗上升，發(fā)電煤耗上升，一年造成420萬(wàn)kWh電能的損失，折合原煤達(dá)到4200噸/年，增加二氧化硫排放量21.5噸。

　　圖1原有生產(chǎn)工藝圖

　　Fig1Originaltechniqueofproductionchart

　　用彎管流量計(jì)代替孔板流量計(jì)，彎管傳感器安裝于原管道的90度轉(zhuǎn)彎處，即取代了原90度彎頭。不增加任何壓力損失，可將節(jié)流孔板流量計(jì)裝置產(chǎn)生的壓力損失完全節(jié)省下來(lái)。改進(jìn)工藝見圖2。據(jù)測(cè)算，將減少蒸汽管道上的壓力損失0.1Mpa。從而在鍋爐工況不變的情況下提高汽輪機(jī)進(jìn)汽壓力0.1MPa，使汽輪機(jī)進(jìn)汽壓力提升至3.5MPa，根據(jù)12MKW汽輪機(jī)負(fù)荷特性曲線，滿負(fù)荷的情況下進(jìn)汽壓力由3.4MPa提升至3.5MPa，負(fù)荷增加200kWh，發(fā)電汽耗下降0.1kg/kWh。從而達(dá)到節(jié)能降耗目的。

　　4.2改進(jìn)后經(jīng)濟(jì)效益分析

　　圖2改進(jìn)工藝圖

　　Fig2Improvementcraftchart

　?。?）節(jié)能效益

　　根據(jù)12MW汽輪機(jī)負(fù)荷特性曲線，由于現(xiàn)有節(jié)流孔板阻力的影響，滿負(fù)荷的情況下進(jìn)汽壓力由3.5MPa降低至3.4MPa，發(fā)電量將減少200kWh。本項(xiàng)目投入運(yùn)行后，將避免該蒸汽壓降能耗損失，汽輪機(jī)汽耗率降低0.1kg/kWh，本項(xiàng)目的節(jié)能經(jīng)濟(jì)效益是明顯的。僅從減少蒸汽熱能損失、在相同蒸汽量條件下增加發(fā)電量或在相同發(fā)電量的條件下節(jié)約蒸汽耗量這一點(diǎn)來(lái)計(jì)算，節(jié)約原煤4200噸/年，減少生產(chǎn)成本達(dá)到210萬(wàn)元，投資回收期僅3個(gè)月。本項(xiàng)目是個(gè)有效節(jié)能、節(jié)約資源的清潔生產(chǎn)項(xiàng)目。

　　(2)環(huán)保效益

　　本項(xiàng)目是一個(gè)從源頭削減和控制污染物產(chǎn)生的工程項(xiàng)目。投入生產(chǎn)運(yùn)行后，節(jié)約原煤4200噸/年。則能減少二氧化硫產(chǎn)生量達(dá)到54噸/年，減少二氧化硫排放量21.5噸/年，減少3570萬(wàn)m3/年的煙氣排放量。因此，環(huán)境效益顯著。

　　5、結(jié)論

　　5.1孔板流量計(jì)壓力損失不可小視，由此帶來(lái)的能源消耗很大（一般為孔板差壓值的60%左右），應(yīng)引起企業(yè)的高度重視。

　　5.2彎管流量計(jì)無(wú)附加阻力損失、免維護(hù)、耐高溫、耐高壓，測(cè)量精度完全滿足現(xiàn)場(chǎng)需要。

　　5.3通過(guò)技改采用新技術(shù)，節(jié)能降耗，為企業(yè)創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

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　　[作者簡(jiǎn)介]牟愛霞(1983－)，女，漢族，山東淄博人，山東工業(yè)職業(yè)學(xué)院教師。主要從事自動(dòng)化檢測(cè)，智能傳感器應(yīng)用等方向的研究和教學(xué)工作。

　　通信地址：山東省淄博市高新技術(shù)開發(fā)區(qū)69號(hào)山東工業(yè)職業(yè)學(xué)院建筑與信息工程系，郵編256414