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差压式流量计选型

来源: 2019/10/8 9:57:31      点击:
一、节流式差压流量计的原理

节流式差压流量计由节流装置(检测元件)、差压变送和流量显示三部分组成,当流体经过节流装置时,流束在节流处局部收缩,此处流速增大,静压降低、节流装置前后产生差压,流速越大,差压也越大,因此我们依据差压大小来衡量流量大小。

二、节流装置的分类
节流式差压流量计的节流装置有标准孔板、标准喷嘴、经典文丘里管、文丘里喷嘴、圆缺孔板等多种形式,应用最多的是标准孔板,但每种形式的节流装置都有其特点和用途,下面对几种常用的节流式装置作一简单介绍:
1、标准孔板是节流装置中结构最为简单的一种产品,它的适应性很强,可以测量流体雷若数大于5000的各种气体,液体,蒸气的流量,工作可靠,性能稳定,它适用于工艺的流量显示和调节,公用工程流量测量,如压缩空气、氮气、水等。因有标准的孔板计算程序,工程设计时比较方便确定开孔尺寸。当工艺管径小于DN50时,可用内藏孔板形式差压计。取压方式有三种:法兰取压、角接取压和径距取压。
标准孔板的缺点是压力损失偏大,精确度不是很高,流量测量范围度窄。
2、环形孔板包括了标准孔板的所有优点,其次,环形孔板的结构相比标准孔板要复杂一些,所以性能更加稳定,它最大的优势就是它不需要直管段,无滞留区,可以轻松测得带有污垢,杂质,沉淀物流体。缺点是它的结构形状没有标准化,缺少试验数据,生产厂家需自行设计确定参数,每台仪表需个别校准,确定其流出系数才可投入使用。
3、经典文丘里管结构简单耐用、性能稳定、压力损失小,节省能耗、不易被脏污物堵塞,尤其是用于大于1米以上工艺管径的场所,如天然气、水总管。工程设计时比较方便确定尺寸,有标准的计算程序。缺点是体积庞大,不便运输,精确度不是很高,流量测量范围度窄,不适合小流量测量。
4、喷嘴式节流装置结构坚固耐用,工作可靠、性能稳定、压力损失较小,节省能耗,适合高温高压的流体,如测量锅炉蒸汽流量。工程设计时比较方便确定开孔尺寸,有标准的计算程序。缺点是精确度不是很高,流量测量范围度窄,不适合小流量测量。取压方式为角接取压,如果是长径喷嘴节流装置,取压方式为径距取压。
以上节流装置共同特点是:它们的安装方向和流体的流动方向没有太多的限制,可以水平安装,也可以流体垂直从下往上或从上往下,还可以任意倾斜,但管道必须充满流体。
三、标准节流装置的选择原则
为了选择最适合的节流装置,自控设计时应从以下几方面考虑:
1、工艺管径、β值和雷若数范围的限制条件
在国家标准GB2624或国际标准ISO5167-1中对工艺管径、β值和雷若数范围有详细的规定。
2、允许压力损失
节流装置的压力损失不能大于工艺的允许压力损失,在相同的差压,相同的β值时压力损失尽可能小的好。经典文丘里管与喷嘴式节流装置的压力损失比孔板小。
3、测量准确度
标准节流装置各种类型节流件的准确度在同样的差压、密度测量精度下,取决于流出系数与可膨胀系数的不确定度,各种节流件的流出系数差别较大,相比之下,孔板的流出系数的不确定性最小。
4、要求最短直管段长度
为了保证流量测量的准确度,节流件前后需要一定长度的直管段,在相同的阻流件类型和β值情况下,经典文丘里管的必要直管段比孔板与喷嘴要小的多。
5、对被测介质侵蚀、磨损和脏污的敏感性
对于易使节流件侵蚀、磨损和脏污的被测介质,经典文丘里管与喷嘴式节流装置更优于孔板。
6、结构的复杂程度
节流件中孔板最为简单,喷嘴次之,经典文丘里管最复杂,价格也依次递增,管径越大,价格差别越显著。
7、安装的方便程度
安装维护方面,孔板最为简单,经典文丘里管与喷嘴比较麻烦。
8、使用的长期稳定性。

四、节流装置的设计计算
节流装置的设计计算方式有好几种,即在物性参数和约束条件确定之后,已知流量范围上限和差压可以计算孔径;已知差压和孔径可以计算流量范围上限;已知流量范围上限和孔径可以计算差压。我们在设计中大多数计算是:已知工艺管道内径(D),流量范围上限,差压,被测流体的动力粘度(μ)、流体密度(ρ)等参数,管道布置(允许压力损失),节流装置形式等,来计算节流件的开孔尺寸(d)。
有成熟的节流装置的计算公式(请参加相关标准和设计手册等资料)和计算程序,只要在计算程序中填入需要的参数,如果参数正确,计算程序就会计算出差压(对应于流量范围上限)、开孔直径和压力损失等相关参数。在填写参数、计算过程中常会遇到问题,尤其是新工作的设计人员,这里着重介绍一下填写参数和计算过程中遇到问题及如何解决。
1)保证设计计算节流元件数据正确是计算的前提,但经常会遇到工艺参数不全,而我们的计算程序中又是必须填写的,如水蒸汽动力粘度、密度、气体的压缩系数、等焓指数等参数,这时我们可以要求工艺人员补填,但我们也可以在“设计计算图表”中查找得到,也可参考同类项目中相同流体的工艺参数。
2)在节流装置计算中正确地选取β值也非常重要,对于标准孔板β(d/D)值可在0.2~0.75范围内选取。在一定的流量范围下,β值越小,差压越大,压力损失也大,反之,β值越大,差压越小,压力损失也小。在满足要求的压力损失情况下,β值通常选取0.5左右。
3)有时计算一次不一定就能满足要求,或计算有时会出现无结果的情况,这时可以通过调整某个参数(如,差压、压力损失、流量范围上限等)再进行计算,反复几次直至得到满意的结果。当出现计算无结果的情况,这时一般是压力损失超过了允许压力损失,在已知的条件里我们可以修改差压的上限,可把差压上限降一档试试,也可将差压上限设成由程序选择,如果其他工艺参数是对的,一般会计算出我们满意的结果,如果计算还是无结果,应找工艺人员核对工艺参数,主要核对最大流量,工艺管径,允许压力损失。
五、差压计的选用
当我们选择好节流装置的形式,计算并选定了节流装置口径及差压值后,就应选择合适的差压计才能显示流量。如果现场显示流量一般选择双波纹管差压计,如需要远传信号一般选择差压变送器,转换成标准信号送到二次仪表或控制系统。选择差压计需注意两点:
1)差压计的差压值必须与节流装置计算的差压值相匹配。
2)由于节流装置的差压值与流量是开平方关系,所以如果选择双波纹管差压计其刻度必须是方根刻度;如果选择差压变送器其应具有开平方功能,也可在接受信号的二次仪表或控制系统中实现开方功能。

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