摘要：孔板流量計自出現(xiàn)之日起就作為一種重要的流量計被廣泛應(yīng)用，而錐形流量計作為一種新型流量計，也有著其獨(dú)有的特點(diǎn)并越來越被廣泛應(yīng)用，詳細(xì)介紹了這兩種流量計的特點(diǎn)。
差壓式流量計作為一種流量測量儀表，具有結(jié)構(gòu)簡單，使用壽命長，適應(yīng)性廣范等特點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于電力、化工、煤炭、冶金、鋼鐵等行業(yè)。據(jù)估計，差壓式流量計約占流量儀表的60%~70%。錐形流量計作為20世紀(jì)80年代異軍突起的新興力量，憑借著其獨(dú)特的優(yōu)勢，逐漸被市場所接納。
1原理介紹
1.1綜述
錐形流量計（見圖1）是一種新型的可測量各種雷諾數(shù)的高精度流量計，滿足各種介質(zhì)的應(yīng)用條件要求。其操作原理同其他各類型的差壓原理相同，都是基于密封管道中的能量守恒原理。
錐形流量計在管道中心處懸掛一錐形節(jié)流件，錐形件阻礙介質(zhì)的流動，重塑流速曲線，在錐形件的下游可立即形成負(fù)壓區(qū)，管道上游的正壓同經(jīng)節(jié)流件節(jié)流后的下游的負(fù)壓之間有一壓差，將正、負(fù)壓用取壓口取出，正壓口位于管道的上游，負(fù)壓口位于錐體的末端，通過測量兩者之間的差壓，根據(jù)伯努力方程即可計算出管道中的流量。錐體位于管線中心，可對所測介質(zhì)的流速曲線進(jìn)行優(yōu)化，因此測量精度高，對儀表上、下游的直管段要求低。
1.2操作原理
錐形流量計是一種差壓型的流量儀表，迄今為止，以差壓原理設(shè)計的流量儀表已經(jīng)有一百多年的應(yīng)用歷史了。差壓原理就是基于密封管道中的能量轉(zhuǎn)換原理，也就是說穩(wěn)定流體、流量同管道中介質(zhì)流速的平方根成正比。當(dāng)壓力降低時，速度會增加，當(dāng)介質(zhì)接近錐體時，其壓力為P1，在介質(zhì)通過錐體的節(jié)流區(qū)時，速度會增加，壓力會降低為P2，P1和P2都通過錐形流量計的取壓口引到后接的差壓變送器上，流速發(fā)生變化時，錐形流量計的兩個取壓口之間的差壓值會增大或縮小。當(dāng)流速相同時，若節(jié)流面積大，則產(chǎn)生的差壓值也大。β值等于錐體的節(jié)流面積除以管道內(nèi)徑的截面積(可換算成兩者之間的直徑比)。
1.3重塑流速曲線
錐形流量計在進(jìn)行流量計算時所采用的計算公式同其他差壓型的流量儀表相同，但節(jié)流件的結(jié)構(gòu)同其他儀表完全不同，是通過懸掛在管線中心的錐形體來實(shí)現(xiàn)的。錐體可迫使管道中心的介質(zhì)繞著錐體流動，同其他傳統(tǒng)類型的差壓型儀表相比，這樣有很多優(yōu)點(diǎn)。另外，如果介質(zhì)通過一個很長的管道，而且在管道中沒有受到任何阻礙和干擾，它的流速分布就很均勻。
通過管道直徑上的介質(zhì)的流速每點(diǎn)都不相同，靠近管壁的流速幾乎為零，管道中心的流速最大，這是管壁對介質(zhì)產(chǎn)生摩擦造成的。由于錐體懸掛在管線中心，它直接同流體的高速區(qū)接觸，迫使高速區(qū)的流體與低速區(qū)的流體相混合，從而使流速均勻化，高速區(qū)的流體速度降低。這也是為什么錐形流量計能夠測量低流速流體的主要原因。由于其他類型的差壓型流量計的節(jié)流元件不與管道中心處的高速介質(zhì)相接觸，在介質(zhì)流速很低時，就可能沒有差壓信號了。
在一般工況下，流速很難均勻分布。管道上的任何變化都可能對流體造成影響，如彎頭、閥門、縮徑、擴(kuò)徑、泵、三通等等，對其他儀表而言，這是一個很難解決的問題，而錐形流量計的錐體對上游流速分布曲線重新進(jìn)行塑造，使流速基本達(dá)到理想狀況。
錐形流量計可在極為惡劣的情況下使流體分布均勻（如在緊鄰儀表上游有單彎管、雙彎管），以保證獲得較高的測量精度。
2錐形流量計的優(yōu)點(diǎn)及與傳統(tǒng)孔板流量計的比較
2.1精度
錐形流量計精度高：精度可達(dá)到±0.5%。
孔板流量計精度低：精度基本在±3%以下。
2.2重復(fù)性
錐形流量計重復(fù)性好：優(yōu)于±0.1%。由于錐體對流速的整形，使流速達(dá)到理想狀態(tài)，干擾源少，因此重復(fù)性好。
孔板流量計依靠直管段對流體整形，直管段整形只能達(dá)到較為接近流體完全理想狀態(tài)，并且孔板本身的節(jié)流又破壞流體理想狀態(tài)，因此干擾源較多，重復(fù)性差。
2.3安裝要求
錐形流量計安裝要求低：前0D~3D、后0D~1D。無論是泵、壓縮機(jī)、閥門或者彎管（一個單彎管或兩個不在一個平面上的雙彎管），對測量精度基本都沒有影響。
孔板流量計安裝要求高：一般前10D、后5D。復(fù)雜工況還要加大到前20D、后5D。
2.4長期穩(wěn)定性
錐形流量計長期穩(wěn)定性好：流體流經(jīng)圓錐體無突然波動，而是沿著錐形體形成一個邊界層，并引導(dǎo)流體離開錐體的后角。所以，錐體夾角不受不清潔流體的磨損，β值可長期不變，并保證長期正確測量。
孔板流量計長期穩(wěn)定性差：由于流體流經(jīng)孔板銳利緣口，截流產(chǎn)生高速摩擦，引起孔板口磨損，臟污改變孔板口大小，使β值發(fā)生變化，不能保持長期正確測量。
2.5信號穩(wěn)定性
錐形流量計信號穩(wěn)定：“信號波動”是孔板的1/10。流體流經(jīng)流量計形成非常短的渦流，這些渦流使流量計產(chǎn)生高頻低幅信號，并且信號在錐體尾部流向中央，相互抵消，因此干擾小。
孔板流量計信號不穩(wěn)定：流體流經(jīng)平面后產(chǎn)生的渦流較長，這些長渦流使孔板產(chǎn)生低頻大幅度的信號，信號干擾大，會嚴(yán)重干擾差壓讀數(shù)的正確率。
2.6壓損和量程
錐形流量計的壓損低而量程寬：通常量程比為15∶1~50∶1。這是因?yàn)殄F體的流線型設(shè)計，使壓損大大減小，最小可至0.06kPa。在所有的差壓流量計中，只有錐形流量計的壓損與文丘里接近。由于沒有銳利的邊緣口,錐形流量計引起的永久性壓力損失恒定且要比孔板小。同時，極其穩(wěn)定的信號使差壓的量程下限遠(yuǎn)比一般差壓流量計低，因此量程得以向下限擴(kuò)展，雷諾數(shù)低至8000仍可保持信號線性。如果采用曲線修正，在更低的雷諾數(shù)條件下，仍然可測量并可保證較好的重復(fù)性。
孔板流量計壓損大、量程小：通常量程比為3∶1~5∶1。這是由于平面阻擋，加上銳利的邊緣口，因此壓損大，導(dǎo)致了小信號波動大、干擾大，小量程無法測量。
2.7β值范圍和差壓
錐形流量計的β值范圍寬：錐形流量計獨(dú)特的幾何形狀允許有廣泛的β值范圍。標(biāo)準(zhǔn)的β值為0.450，0.550，0.650，0.750和0.850，并可特定β值，以保證特定的差壓輸出且有較大的差壓信號，滿標(biāo)尺差壓信號從0.1kPa到幾十kPa，保證了測量的正確率。
2.8管線范圍和形式
錐形流量計管線范圍寬：錐形流量計有兩種基本型式，即管道型和插入型。其中管道式錐形流量計從1/2”到60”，而插入式錐形流量計從6”到72”。
2.9臟污的影響和維護(hù)
錐形流量計無停滯區(qū)，長期免維護(hù)：錐形流線型徹底吹掃式設(shè)計避免了流體中的殘渣、凝結(jié)物或顆粒的滯留，可以保持錐體長期清潔。由于錐體對流體整形，加速了管壁流體的流速，減少了正取壓口的臟污停留，倒角的設(shè)計，使流體流經(jīng)錐體后加速離去，負(fù)取壓孔不會污損。所以，在較長的時間內(nèi)（2年~3年）無需維護(hù)清洗，可以保證正確測量。
實(shí)踐證明，錐形流量計在焦?fàn)t煤氣、渣油等特別臟污介質(zhì)的測量中均能成功使用，并已在鋼廠焦?fàn)t煤氣流量測量中得到廣泛使用。
孔板流量計由于是平面阻擋，臟污容易堆積，一般需3個月清洗一次，才能較好地保證其精度。
2.10可測高溫、高壓介質(zhì)
錐形流量計針對不同的溫度和壓力，采用不同的材質(zhì)，工作溫度最高可達(dá)700℃，而最大壓力可達(dá)30Mpa。
2.11氣液兩相介質(zhì)（濕氣）
對濕氣（氣體中含有水分）的流體測量始終是流量測量中的一個難點(diǎn)。而錐形流量計采用獨(dú)特的錐體設(shè)計，使氣體中所含有的大部分水份沿錐體從管道中央溫度較高的地方向周圍溫度較低的地方快速移動，從而產(chǎn)生凝露，沿錐體向管道底部下滴，由于錐體對流體整形，加速了管壁流體的流速，水份也快速通過，不會在取壓口產(chǎn)生大量凝露。所以，氣體含有少量水份，對流量計取壓口產(chǎn)生的干擾信號少，提高了測量正確率。但是氣體中含水不超過5%為好，最多應(yīng)不超過10%。
孔板流量計對流體阻擋式設(shè)計，在孔板中央產(chǎn)生滴露，同時管壁流體受到阻擋，流速減慢，正取壓口附近產(chǎn)生的凝露會影響取壓信號；流體流經(jīng)孔板后產(chǎn)生的渦流，向管壁作波動性發(fā)散，影響負(fù)取壓口取壓信號。因此，濕氣對孔板的測量精度會產(chǎn)生較大的負(fù)面影響，從而影響測量。故而，孔板及其他方式測量濕氣往往難以達(dá)到預(yù)期的效果。
綜上所述，在可預(yù)見的將來，錐形流量計必將發(fā)揮越來越重要的作用。
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