前言
　　楔形流量計(jì)屬于差壓式流量計(jì)。自上世紀(jì)70年代后期我國引進(jìn)了泰勒公司(Taylor)生產(chǎn)的楔形流量計(jì)后[1],在化工企業(yè)的高粘度液體測量中使用效果令人滿意。美國一家污水處理廠1987～ 1988年間共安裝15臺(tái)楔形流量計(jì)測量污水流量,投運(yùn)后儀表運(yùn)行正常[2]。我公司近三年內(nèi)在焦化廠焦油、工業(yè)萘、蒸汽、天然氣、高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣、水等介質(zhì)的測量中**采用楔形流量計(jì)進(jìn)行測量,也取得了滿意的效果。已經(jīng)逐步在國內(nèi)宣傳、推廣。對(duì)冶金工廠來說,現(xiàn)行國標(biāo)GB/T 2624-93中規(guī)定的直管段長度很多地方都無法滿足,更長的直管段要求更是現(xiàn)行孔板面臨的問題。除了采用新型儀表以外,在一些不是作為計(jì)量結(jié)算十分嚴(yán)格的場所,采用一些實(shí)用、可靠的非標(biāo)儀表也是可以考慮的。介紹了冶金企業(yè)各種流體測量中正在使用的楔形流量計(jì),該儀表使用時(shí)有較多優(yōu)點(diǎn),可以滿足鋼鐵廠絕大多數(shù)介質(zhì)的測量。



　　1　測量原理
　　楔形流量計(jì)根據(jù)伯努利公式,利用流體在流動(dòng)過程中遵守能量守恒定律,即動(dòng)能和靜壓能之和不變,以流體通過起節(jié)流作用的圓缺楔形塊時(shí)產(chǎn)生壓差的原理而進(jìn)行流量測量的。楔形流量孔板由兩塊平板(一般為不銹鋼)制作而成,這兩塊平板在臨界角上焊接在一起,然后插入槽內(nèi),差壓引出管在位于楔形片中心兩邊等距離的地方。當(dāng)流體流經(jīng)V形節(jié)流塊時(shí),流通面積減少,流速增大,靜壓減小,從而產(chǎn)生靜壓力差。而壓差的平方根與流量成正比。測得壓差即可測得管中的流量。楔形流量計(jì)的流量表達(dá)式為:qv=Cε1-m 2mπD 242ΔPρ(1)
　　式中:qv為體積流量,m 3/s;C為流出系數(shù);ε為可膨脹系數(shù);m為流通面積與管道截面積之比;D為管道內(nèi)徑,m;ΔP為楔形件前后產(chǎn)生的差壓,Pa;ρ為被測流體密度,kg/m 3。

　　2　楔形流量計(jì)的特點(diǎn)
　　由于楔形孔板未標(biāo)準(zhǔn)化,其結(jié)構(gòu)由各生產(chǎn)廠商決定,我公司生產(chǎn)的楔形孔板其夾角一般為60°,如果其夾角為0°,即成為圓缺孔板了,夾角越大,產(chǎn)生的靜壓差越大,但壓損也相應(yīng)增大。楔形孔板的結(jié)構(gòu)在圓缺孔板、噴嘴之間,由于楔形孔板呈倒三角形,而三角形具有導(dǎo)流作用,流體流動(dòng)時(shí)能使流線圓滑過渡,與孔板相比,楔形孔板產(chǎn)生的壓損較小[2]。
　　楔形孔板具有圓缺孔板的優(yōu)點(diǎn),當(dāng)流體中含有雜質(zhì)或固體物質(zhì)時(shí),容易從楔形孔板下部流過,不會(huì)沉積在楔形孔板周圍,也就是說楔形孔板具有自清洗作用。楔形孔板適用于低雷諾數(shù)Re流量測量,標(biāo)準(zhǔn)孔板、文丘里管等不宜在低雷諾數(shù)下進(jìn)行測量。標(biāo)準(zhǔn)孔板的流量系數(shù)通常在雷諾數(shù)4 000以上時(shí)趨于穩(wěn)定,在低雷諾數(shù)時(shí),其流量系數(shù)會(huì)隨雷諾數(shù)的變化而變化,當(dāng)雷諾數(shù)小于1 800時(shí),則楔形孔板與噴嘴等壓力損失比較與差壓之間會(huì)偏離基本的平方根關(guān)系,顯然會(huì)對(duì)測量準(zhǔn)確度造成較大影響。而楔形孔板是V型節(jié)流元件,其流量系數(shù)線性好,具有噴嘴入口曲線流暢,無滯流區(qū)的特點(diǎn),雷諾數(shù)對(duì)它影響小。當(dāng)雷諾數(shù)小至500時(shí),楔形流量計(jì)的準(zhǔn)確度和流量系數(shù)的變化不大,雷諾數(shù)在400～ 10 000之間進(jìn)行流量測量,其誤差小于3%,安裝使用方便。與孔板相比,楔形流量計(jì)兩端用法蘭與工藝管道連接即可,安裝較方便,同時(shí)其日常維護(hù)量較小,運(yùn)行成本相對(duì)較低。

　　3　適用范圍
　　由于楔形流量計(jì)量程比寬,雷諾數(shù)適用范圍在300～ 1× 106之間,因而特別適合于高粘度流體的測量。如化工廠各種高粘度流體以及污水、較臟污的氣體(如高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣)的測量。楔形流量計(jì)可測量的雷諾數(shù)范圍上限可達(dá)1× 106,所以也可進(jìn)行蒸汽、天然氣等氣體的測量。

　　4　楔形流量計(jì)的標(biāo)定
　　楔形流量計(jì)是非標(biāo)的儀表,出廠時(shí)每臺(tái)必須經(jīng)過實(shí)流標(biāo)定,可采用標(biāo)準(zhǔn)表法,用水作介質(zhì)對(duì)每臺(tái)儀表行標(biāo)定。楔形流量計(jì)在設(shè)計(jì)時(shí)選擇的流出系數(shù)由于很難準(zhǔn)確地測量楔形元件的流通面積、找出等效孔徑,因而大多憑經(jīng)驗(yàn)先選擇流出系數(shù)。只有通過標(biāo)定才能計(jì)算出實(shí)際的流出系數(shù),確定該臺(tái)儀表的誤差,并對(duì)原設(shè)計(jì)的差壓進(jìn)行調(diào)整以達(dá)到儀表準(zhǔn)確度等級(jí)的要求。
　　標(biāo)定及數(shù)據(jù)處理。為了保證在儀表使用范圍內(nèi)的準(zhǔn)確性,標(biāo)定點(diǎn)應(yīng)選擇在常用流量范圍內(nèi),一般選取流量上限的20%、40%、60%、80%、****;每一標(biāo)定點(diǎn)按企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,用計(jì)算機(jī)多次采樣后取其平均值,再求出各標(biāo)定點(diǎn)的流出系數(shù)平均值作為這臺(tái)儀表的流出系數(shù)C,其計(jì)算公式如下:


　　　對(duì)生產(chǎn)的數(shù)十臺(tái)楔形流量計(jì)標(biāo)定后,進(jìn)行流出系數(shù)的分析,其各種規(guī)格的楔形孔板(管徑25～ 300mm、量程比為1∶10)的流出系數(shù)十分穩(wěn)定,其測量誤差均小于1%,80%左右的儀表顯示的流量與標(biāo)準(zhǔn)電磁流量計(jì)(經(jīng)華東國家計(jì)量測試中心、上海市計(jì)量測試技術(shù)研究院給出的校準(zhǔn)證書標(biāo)明,其大示值誤差為± 0.10%)測量值之間的誤差均在± 0.5%左右。表1列出了Mmax= 50000kg/h、Hmax= 44kPa、楔形比β= 0.252 2的楔形孔板的標(biāo)定數(shù)據(jù)。


　　　按式(3)計(jì)算出每個(gè)檢定點(diǎn)5個(gè)C值的平均值Ci?！　?br /> 　　再計(jì)算出5個(gè)檢定點(diǎn)的5個(gè)Ci值的平均值C0,C0即為該被檢定楔形流量計(jì)的流出系數(shù)。標(biāo)定后的流出系數(shù)C0= 0.724 5可作為該臺(tái)儀表出廠時(shí)確定的流出系數(shù)。

　　5　楔形流量計(jì)的應(yīng)用我公司焦化廠工業(yè)萘、焦油的測量,過去采用靶式流量計(jì),使用效果不能令人滿意。使用楔形流量計(jì)三年后,數(shù)據(jù)穩(wěn)定,維護(hù)工作量大為減少,故障率極低,效果顯著。我公司煉鐵廠易地大修的3#高爐煤氣發(fā)生量和熱風(fēng)爐用高爐煤氣(管道直徑為1 820× 10mm和1 420×10mm)均采用楔形流量計(jì)進(jìn)行測量,根據(jù)使用兩年多的情況來看,未發(fā)生取壓管堵塞,數(shù)據(jù)也十分穩(wěn)定。我公司中板廠使用的天然氣、部分蒸汽流量的計(jì)量也采用了楔形流量計(jì),經(jīng)過天然氣兩年多、蒸汽一年多的使用,用戶反映良好。
　　我公司各單位使用多的是工業(yè)水流量的測量,目前已用了十多臺(tái)。由于工業(yè)水含有一定泥沙和雜質(zhì),以往使用孔板容易使雜質(zhì)在孔板前堆集,堆集的質(zhì)也易造成取壓管發(fā)生堵塞,儀表維護(hù)工作量大;改用楔形流量計(jì)后,以前存在的問題大大減少,效果十分明顯。

　　6　結(jié)束語
　　新的ISO 5167∶2003(E)已經(jīng)逐步在國內(nèi)宣傳、推廣,對(duì)冶金企業(yè)來說,現(xiàn)行國標(biāo)GB/T 2624-93中規(guī)定的直管段長度很多地方都無法滿足,更長的直管段要求更是現(xiàn)行孔板面臨的嚴(yán)峻課題。除了采用新型儀表V型錐以外,在一些不是作為計(jì)量結(jié)算十分嚴(yán)格的場所,采用一些實(shí)用、可靠的非標(biāo)儀表也是可以考慮的。其實(shí)標(biāo)準(zhǔn)與非標(biāo)儀表也是相對(duì)的,今天的非標(biāo)可能明天就成為標(biāo)準(zhǔn),況且很多設(shè)計(jì)好的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置因現(xiàn)場條件所限就成了非標(biāo)了,而且有些誤差還不好確定,這種情況在工廠的計(jì)量中屢見不鮮。
　　我們對(duì)楔形流量計(jì)使用的體會(huì)就是工作穩(wěn)定、準(zhǔn)確度適中、儀表結(jié)構(gòu)簡單、能適應(yīng)多種介質(zhì)的測量、維護(hù)量小,在我們公司的使用量逐年遞增。但是楔形流量計(jì)的缺點(diǎn)就是必須每臺(tái)標(biāo)定、價(jià)格比孔板略高。
 

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