瓦斯管道流量計

1、綜述

錐形流量計是一種新型的可精確測量各種雷諾數的高精度流量計，可滿(mǎn)足各種介質(zhì)的應用條件要求其操作原理同其它各種類(lèi)型的差壓原理相同，都是基于密封管道中的能量守恒定理，錐形流量計由于具有獨一無(wú)二的設計結構，因而性能更優(yōu)。

錐形流量計是在管道中心處懸掛一錐形節流件，錐形件阻礙介質(zhì)的流動(dòng)，重塑流速曲線(xiàn)，在錐形性的下游可立即形成低壓區，管道上游的正壓同經(jīng)節流件節流后的下游的負壓之間有一差壓，將正、負壓用取壓口取出，正壓口位于管道的上游，負壓口位于椎體的末端，通過(guò)測量?jì)烧咧g差壓，根據伯努利方程即可計算出管道中的流量，椎體位于管線(xiàn)中心，可對所測介質(zhì)的流速曲線(xiàn)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。

錐形流量計可測量各種工況（溫度和壓力）條件下的氣相、混合氣相、液相、多相液體、氣液兩相（濕氣、液相質(zhì)量比≤5%）、粉末、高粘度、高流速、臟污、含有固體懸浮顆粒的液相、溶液振動(dòng)、電磁干擾等介質(zhì)的流量。流體的條件可從深低溫到超臨界狀態(tài)。工作溫度最高850℃，最大壓力42.0MPa。若用特殊結構材質(zhì)，溫度壓力還可以更高?？蓽y量最高雷諾數500萬(wàn)，最低雷諾數8000甚至更低。產(chǎn)生滿(mǎn)刻度差壓信號從最低小于0.1千帕到最高幾十千帕。

法蘭取壓型錐形流量計（VF），采用實(shí)心椎體截流體，并在管壁用法蘭取壓，配上遠傳差壓變送器，可有效防止取壓口的堵塞，適合于含有固體顆粒粉塵介質(zhì)、高粘度液體及臟污介質(zhì)。

2、工作原理

錐形流量計是一種差壓型的流量?jì)x表。以差壓原理設計的流量?jì)x表已經(jīng)有了一百多年的應用歷史了，差壓型流量計是基于密封管道中的能量轉換原理，也就是說(shuō)對于穩定流體，管道壓力與管道中的介質(zhì)流速的平方根成反比：速度增加壓力會(huì )下降，當介質(zhì)接近椎體時(shí)，其壓力為P1，在介質(zhì)通過(guò)椎體的節流區時(shí)，速度會(huì )增加壓力會(huì )降低為P2，如圖1所示，P1和P2都通過(guò)錐形流量計的取壓口引到后接差壓變送器上，流速發(fā)生變化時(shí)，錐形流量計的兩個(gè)取壓口之間的差壓值會(huì )增大或縮小。當流速相同時(shí)，若節流面積大，則產(chǎn)生的差壓值也大，β值等于錐體的節流面積除以管道內徑的截面積（可換算成兩者之間的直徑比）。

3、主要計算公式：

錐體的外形是通過(guò)多年的連續試驗、評估和改進(jìn)后得出的，是此類(lèi)流量計的最佳外形。能在不同的工況中使用。我們可以借助管道流速曲線(xiàn)來(lái)理解錐形流量計的性能。如果介質(zhì)通過(guò)一個(gè)很長(cháng)的管道，而且在管道中沒(méi)有受到任何阻礙和干擾，那它的流速分布將很均勻?？拷鼙诘牧魉賻缀鯙榱?，而管道中心的流速將達到最大。（如圖2）當我們將錐體懸掛在管線(xiàn)中心時(shí)，錐體將直接同流體的高速區接角，迫使高速區的流體同近管壁低速區的流體混合從而使流速均勻化，這樣測出流體的流速更加準確。

在現實(shí)工況中，流速是很難分布均勻的，很多情況都會(huì )造成流體分布的不均勻。管道上的任何變化都可能對流體造成影響：如彎頭、閥門(mén)、縮徑、擴徑、泵、三通等等。而錐形流量計利用錐體對流速分布曲線(xiàn)進(jìn)行重新塑造（如圖3），經(jīng)過(guò)錐體“整流”后的流體分布趨于均勻，可保證儀表在惡劣的條件下獲得較高的測量精度。這樣使得錐形流量計的應用范圍更加寬闊。

上游干擾造成流速曲線(xiàn)不規格

1.精度，重復性

錐形流量計正壓孔取在錐體上游的管壁上，取壓位置選在理想流體的等速區域，符合伯努利定理，正壓信號穩定；負壓孔位于錐體尾部中心，正好落在下游壓力最小的區域，由于錐體中心對稱(chēng)的結構，使得錐尾中心區域流場(chǎng)呈現相對靜態(tài)，流體節流后在負壓區只出現高頻低幅的小漩渦，使得負壓信號波動(dòng)很小，輸出差壓信號穩定，傳感器精度優(yōu)于讀數的±0.5%，重復性為±0.1%，貿易計量型精度為±0.3%（圖4）。

2.量程比，壓損

錐形流量計正常情況下量程比為10:1，選擇合適的參數可以做到30:1。在同樣的β值下，錐形流量計永久壓力損失約為孔板的1/5～1/10，（圖5）可大大降低運行能耗。

3.安裝要求

由于錐形流量計可以改變流體流速曲線(xiàn)，因此該流量計對上、下游直管段的要求小。一般情況下，對于管道式法蘭連接的，不需要直管段，而對于直接插入式的其要求是：上游直管段：0-3D；下游直管段：0-1D（圖6）。

4.刻度差壓值

錐形流量計刻度差壓大，并可靈活選擇。如在電廠(chǎng)測風(fēng)、鋼廠(chǎng)測煤氣等低流速場(chǎng)合，其刻度差壓是各種均速管、文丘里、彎管的10～15倍，能真正保證測量的穩定和精度。

5.無(wú)滯留死區

錐形流量計另一大特點(diǎn)是自吹掃式結構設計，無(wú)滯留死區。介質(zhì)流過(guò)錐體時(shí)會(huì )加速，不斷沖刷正壓取壓孔、錐體外壁、錐體附近管壁，而負壓取壓孔則被一小段不流動(dòng)介質(zhì)所隔離、臟污雜質(zhì)進(jìn)不去，因此錐形流量計可用于各種含雜質(zhì)、易結晶的臟污介質(zhì)，如焦爐煤氣、高爐煤氣等長(cháng)期使用不宜堵。VF法蘭取壓式錐形流量計則采用密封錐體加雙法蘭取壓，可用于高粘度、含雜質(zhì)、易結垢的特殊臟污介質(zhì)，如渣油、原油、回煉油、水煤漿、苯、液態(tài)硫磺等，在測量精度、穩定性、直管段要求等方面，均遠遠優(yōu)于楔式流量計。

6.長(cháng)期穩定性

錐形流量計獨特的流線(xiàn)形錐體節流時(shí)具有“流線(xiàn)體邊界層效應”，使臟污流體不會(huì )磨損節流緣，其β值可保證長(cháng)期不變，整個(gè)儀表無(wú)可動(dòng)部件，因此無(wú)需重復標定，具有長(cháng)期穩定性。

7.尺寸

由于錐形流量計錐體獨一無(wú)二的設計，使得其β值范圍廣。標準β值范圍為：0.45、0.55、0.65、0.75、0.85。

8.混合器

由于錐形流量計的獨特結構，在很多情況下，它被作為混合器作使用。

9.結構形式

錐形流量計主要有八種結構形式：1.管道式、2.對夾式、3.法蘭取壓式、4.插入式、5.直接焊接式、6.保溫夾套式、7.防腐式、8.方管式。

1.應用參數

用戶(hù)需要提供正確的參數以供選型計算用。我單位的選型軟件中有很多流體的典型數據可供用戶(hù)在選型計算時(shí)選用。

2.通用計算公式

各參數的單位可在計算程序中靈活轉換成其它單位

3.液體計算公式

4.可壓縮介質(zhì)的計算公式（氣體和蒸汽）

5.Y-氣體膨脹系數的簡(jiǎn)化公式應用范圍

上述公式中，用于應操作溫度下的等熵指數計算K2和K3，因此不需要對等熵指數的變化進(jìn)行修正，如果不行，也可以用上述Y膨脹系數對△P和P進(jìn)行校正中的公式進(jìn)行計算。

6.選型計算

每臺錐形流量計在制造前都要根據工藝參數進(jìn)行選型計算，確定錐體大小，從而確定了這臺流量計的固有性能?？趶接嬎愦_定了差壓值，測量范圍，測量精度，壓力損失以及推薦的β值。

7.校驗

每臺錐形流量計在出廠(chǎng)前都應進(jìn)行標定。如果不能進(jìn)行實(shí)際標定，也必須進(jìn)行模擬標定，我單位多年來(lái)收集的測試數據可精確估算出儀表的Cf值。

8.部件材質(zhì)

錐形流量計用的所有部件材質(zhì)都是經(jīng)過(guò)嚴格篩選的合格產(chǎn)品，保證流量計的長(cháng)時(shí)間連續工作。

9.三閥組

錐形流量計與差壓變送器之間應安裝三閥組。用于變送器在線(xiàn)調校。

10.差壓變送器、流量計算機

我單位可成套提供差壓變送器和流量計算儀，組成流量測量系統。還可以提供溫度變送器和壓力變送器用于測量流體質(zhì)量流量。

1.安全要求

任何人在安裝、檢查或維護錐形流量計時(shí)都應對管道的結構及系統地壓力必須有清晰正確的認識。起吊儀表時(shí)應該小心，若起吊、下落不正確可能損傷儀表。

在調校儀表時(shí)，必須使用合適且正確的工具。

在調整及折裝儀表時(shí)，應確保管道的壓力已經(jīng)完全卸掉-千萬(wàn)不可帶壓拆卸儀表。

開(kāi)車(chē)前必須檢查所有的連接是否牢固，必須與流量計保持一定的距離，避免事故發(fā)生。

2.開(kāi)箱、檢驗

流量計到貨后應進(jìn)行開(kāi)箱檢查，防止流量計或配件在運輸過(guò)程中被損壞。若碰到隨機文件或流量計有問(wèn)題，請同代理商聯(lián)系。

3.流量計安裝定位

每臺錐形流量計的側面貼有方向標簽標明流體的流向，安裝時(shí)應特別注意。對大多數口徑而言，兩個(gè)取壓口之間的距離為2.12，高壓口位于上游，低壓口位于下游，請參考圖8，安裝時(shí)請注意方向及高、低壓取壓口的位置。

4.配管要求

安裝時(shí)建議上游直管段為0-3D，下游直管段為0-1D，D代表所安裝管道的公稱(chēng)直徑。由于錐形流量計的整流作用，當流量計鄰近1個(gè)90°彎管或鄰近不在同一平面的2個(gè)90°彎管時(shí)，流量計的精度不受影響。錐形流量計還可安裝在比它本身稍微大一些的管道上。在這類(lèi)管線(xiàn)上安裝時(shí)，請向代理咨詢(xún)。

5.取壓口的方向

對于水平管道上安裝的錐形流量計，取壓口位于管線(xiàn)的側上方，即位于時(shí)鐘3點(diǎn)或9點(diǎn)的位置。如果安裝在豎直管線(xiàn)上，則對取位口的方位不作要求。

（1）介質(zhì)為潔凈液體時(shí)

（2）介質(zhì)為干燥潔凈氣體時(shí)

（3）介質(zhì)為蒸氣體時(shí)

6.引壓管

盡可能安裝好引壓管，當沒(méi)有介質(zhì)流通時(shí)，不會(huì )產(chǎn)生差壓信號。詳情請參考有關(guān)安裝使用手冊。

注意：若被測介質(zhì)為氣體或蒸汽，可能介質(zhì)會(huì )在引壓管中凝結，請注意以下兩點(diǎn)：

1.引壓管線(xiàn)應水平走一段距離以保證豎直管線(xiàn)同儀表之間有足夠的距離，確保垂直管線(xiàn)內沒(méi)有蒸汽。

2.對于一些流量計需垂直安裝的場(chǎng)所，在引壓管線(xiàn)的安裝方面尤其需要注意。

7.三閥組

請參考三閥組的安裝、使用及維護手冊。

8.差壓變送器

請參閱不同廠(chǎng)家的差壓變送器上的具體安裝、使用及維護手冊。

9.溫度和壓力傳感器

請參閱不同廠(chǎng)家的具體安裝、使用及維護手冊。

10.安裝檢查要點(diǎn)

（1）差壓變送器的滿(mǎn)量程是否正確。

（2）差壓變送器零點(diǎn)是否已經(jīng)調整。

（3）差壓變送器和流量計算儀的設置是否正確。

（4）引壓管是否吹掃了。

（5）引壓管是否有泄漏。

（6）閥組是否關(guān)閉。

（7）錐形流量計的高壓端是否在低壓端的前面。