用测试数据评估环形通道流量仪表

时间:2009年08月29日

  一 背景
  百年来, 节流装置在流程工业所用流量仪表中, 一直处于绝对优势,近二三十年来,虽涌现了不少如电磁、超声等新型仪表,但要取代节流装置并非一朝一夕之事。况且,节流装置面对新的形势,也在不断改进中。环形通道节流装置的出现正成为业界关注的热点。
  1. 新标准出了个难题
  数年前,国际标准化组织ISOTC30 公布了节流装置新标准ISO5167 -2003,并于2003 年贯彻实施。新标准规定经典节流装置欲取得较高准确度还应加长前直管段长度,最大可达40D(D为内径)。在现代工业管径日益增大的情况下,现场很难满足这个要求;而在全球经济市场化的形势下,贸易计量核算又不允许降低准确度。严峻的形势需迫切寻求一种对直管段要求较低又能保持较高准确度的节流装置。
  2. 能源监测的要求
  “节能减排”是我国“十一五”经济计划中的重要国策,为此,制定了国标GB17167。它要求用能达到一定水平的单位及设备都必需用仪表进行监测。流量仪表监测了除电及固态煤以外的油、气能源及载能工质(水蒸气),这类流量仪表都应具有一定准确度而本身永久压损不太大。
  3. 形势催生新型仪表上述二个要求, 迫切寻求一种新型流量仪表,其性能应为:直管段要求不长,仍能维持较高准确度;永久压损小;重量/ 口径比(或体积/ 口径)不宜太大,价格不宜太贵等。在此背景下,近年来国内不少媒体、研讨会都推荐美国McCrometer 公司1986 年推出的内锥流量计(亦称V 形内锥流量计),在扬长避短的宣传下,在全国流量行业掀起了一股“内锥热”。甚至还有人鼓吹“从节能降耗要求应大力推广内锥流量计”,在业内引起不少争议。内锥流量计是否如国外产品说明书所说的那么完美?不能盲目轻信,而应通过自己的科学试验,用测试数据给予公正的评价,优点要肯定,缺点也要指出,进行改进。只有做到了心中有数,才能逐步推广应用,而不能急于求成。
  令人欣喜的是国内近几年已有不少人对内锥流量计进行了系统的测试(如天津大学);也有人提出了一些改进产品(如槽道、梭式、内文丘里、塔式……)。
  二 内锥式流量计
  1. 环形孔板的启发
  孔板作为经典节流装置的代表,成功应用于流程工业近百年,但由于它使流体被迫节流主管道中心,急剧磨损孔板的上游边缘,从长期看其准确度并不理想,此外它还要求前直管段太长,压损太大, 不宜测脏污流体等缺点。优化改进工作一直在进行中。Howe l l 于1939 年提出了环形孔板的设想,即置一圆板于中心,形成环形通道,令流体从中心收缩改为在管壁收缩。Bell(1957)、Bergelin(1962) 相继对21 组样机进行了测试,研究表明,环形孔板所形成的环形通道具有整流作用,对仪表上游的阻力件不敏感,具有在上游直管段不长的情况,仍能保持测试时较高的准确度,但其压损仍较大,边缘也易磨损。
  上世纪80 年代中期, 美国McCrometer 公司,将节流件改为内锥,推出了内锥式流量计( 见图1),它不仅具有环孔对直管段要求不高仍能保持较高准确度的优点;还具有边缘不易磨损,可保持长期准确度,以及脏污流体易被冲刷等优点,特别适用于测如高炉、焦炉煤气等湿气体的流量。

用测试数据评估环形通道流量仪表


  2. 机理分析
  内锥流量计的前锥体与管壁形成的逐渐收缩的环形通道(国内亦有称为边壁收缩),迫使流体加速、降压,在流体力学试验中证明是可以减小、甚至消除上游由阻力件带来的漩涡;而内锥的最大直径与管壁的形成的最窄环形通道其作用类似于流动调整器的管束(或板孔),具有消除漩涡改善流动方向的作用。因而,可以说内锥具有节流与整流的双重作用。
  3. 实流测试
  天津大学自动化工程学院等单位自2003 年开始,对内
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