平衡流量計(jì)應(yīng)用特點(diǎn)及工程考慮
發(fā)布時(shí)間：2022-09-15 22:17:57來(lái)源：hy710.cn來(lái)源：..
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????????摘? ?要：多孔平衡節(jié)流裝置（平衡流量計(jì)）是一種多孔圓盤(pán)平衡節(jié)流的新一代節(jié)流裝置。同其他（傳統(tǒng)）節(jié)流裝置特別是孔板相比，其具有精確、節(jié)能等各種優(yōu)越性，同時(shí)由于需要的直管段短，對(duì)于大口徑工藝管道安裝有利，測(cè)量范圍和適用場(chǎng)所大大拓展，因此從航天迅速被推廣到石化、化工、冶金、電力、醫(yī)藥、造紙和各種工業(yè)應(yīng)用中。
????????關(guān)鍵詞：多孔平衡節(jié)流裝置（平衡流量計(jì)）；壓損；直管段
????????1.測(cè)量原理
????????多孔平衡流量計(jì)是一個(gè)多孔的圓盤(pán)節(jié)流整流器，安裝在管道的截面上，每個(gè)孔的尺寸和分布基于獨(dú)特的公式和測(cè)試數(shù)據(jù)定制，稱為函數(shù)孔。當(dāng)流體穿過(guò)圓盤(pán)上的函數(shù)孔時(shí)，流體將被平衡整流，渦流被最小化，形成近似理想流體，通過(guò)常規(guī)的取壓裝置，可獲得穩(wěn)定的差壓信號(hào)，根據(jù)伯努利方程計(jì)算出體積流量、質(zhì)量流量。多孔平衡節(jié)流裝置巧妙之處在于將多孔整流器和測(cè)量孔板合二為一，能最大限度地將流場(chǎng)平衡調(diào)整成理想狀態(tài)，從而將差壓式流量計(jì)的優(yōu)勢(shì)發(fā)揮到極致。
????????2.流量測(cè)量精度和范圍
????????高測(cè)量精度表測(cè)量和控制各種物料的進(jìn)出裝置的配比，將會(huì)顯著提高整個(gè)生產(chǎn)的物料平衡比率，提高成品率，降低浪費(fèi)和污染排放，能耗也自然降低。因?yàn)樵诠I(yè)項(xiàng)目里，綜合成品率只要提高1%，對(duì)整個(gè)項(xiàng)目來(lái)說(shuō)就是上億元的經(jīng)濟(jì)效益，而流量計(jì)在其中實(shí)際扮演極其重要的計(jì)量角色。例如：某石化企業(yè)工業(yè)用水測(cè)量誤差為1.5%，一年的計(jì)量誤差：1.5%×24h×365d×2000t/h×2元/t=525600元（約53萬(wàn)人民幣）。1.5%誤差不是大比例，長(zhǎng)期的1.5%漏計(jì)、錯(cuò)計(jì)或多計(jì)不是小數(shù)目。若流量計(jì)普遍出現(xiàn)誤差，則成品率會(huì)大大降低，帶來(lái)巨大浪費(fèi)對(duì)于差壓流量計(jì)，當(dāng)差壓測(cè)量選用0.2%精確度差壓變送器，流量演算器選用0.2%可以得到±2.5%的系統(tǒng)精度。在使用1.5%精度的差壓計(jì)的發(fā)展階段，一般公認(rèn)其范圍度只能達(dá)到3：1，但有不少研究者認(rèn)為可以做到10：1。
????????平衡流量計(jì)可以經(jīng)過(guò)實(shí)流標(biāo)定使傳感器精度可達(dá)±0.30%、±0.50%。同時(shí)其常規(guī)測(cè)量量程比為10：1。
????????3.解決氣體積液?jiǎn)栴}
????????用來(lái)測(cè)量壓縮空氣等氣體流量的較大口徑孔板流量計(jì)，孔板前常有積水，要影響測(cè)量準(zhǔn)確度。解決節(jié)流件前積水的常用方法是將節(jié)流裝置安裝在垂直工藝管上，或改用圈缺孔板或偏心孔板。
????????而平衡流量計(jì)因其本身多孔的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可以根本解決節(jié)流件前積水的問(wèn)題，而又因?yàn)檫@是其固有的特點(diǎn)而無(wú)需特制或特別處理，所以不會(huì)對(duì)測(cè)量造成任何不確定性。
????????4.解決液體含雜質(zhì)問(wèn)題
????????當(dāng)流體中雜質(zhì)含量較高，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置易因固形物沉積和對(duì)銳緣的磨損而失準(zhǔn)，因而常采用契型節(jié)流件。
????????而平衡流量計(jì)因其多孔的特點(diǎn)可以解決固形物的沉積；因其平衡（無(wú)銳緣）的特點(diǎn)可以解決銳緣磨損現(xiàn)象。較好地解決了液體含雜質(zhì)的問(wèn)題。
????????5.減少永久壓力損失及液態(tài)氣體測(cè)量應(yīng)用
????? ? 流量計(jì)的運(yùn)行成本包括測(cè)量精度成本和介質(zhì)輸送成本，測(cè)量精度成本是因計(jì)量不準(zhǔn)確造成的貿(mào)易結(jié)算損失，對(duì)于貴重介質(zhì)而言，精度成本十分重要；介質(zhì)的輸送成本是介質(zhì)輸送過(guò)程消耗的能量，主要由測(cè)量元件造成的永久壓力損失為標(biāo)志，就液體、氣體和蒸汽等介質(zhì)而言，運(yùn)行成本是一筆很大的開(kāi)支（泵和壓縮機(jī)所消耗的電能），它容易被忽略，因?yàn)樗辉谝?/span>次投資里體現(xiàn)，但在動(dòng)態(tài)投資里遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)儀表的一次投資。例如：一臺(tái)DN200的孔板測(cè)蒸汽，若差壓值為50kPa，永久壓損為30kPa，單表運(yùn)行能耗約為2萬(wàn)元/年；平衡流量計(jì)永久壓力損失約為10kPa，運(yùn)行能耗約為7000元/年，相對(duì)節(jié)能60%~70%。
????????平衡流量計(jì)寶貴之處：在保存測(cè)量差壓的情況下能大大降低壓損，在確保穩(wěn)定測(cè)量的前提下降低能耗。
????????而對(duì)于液氨流量測(cè)量時(shí)應(yīng)盡量避免出現(xiàn)兩相流。然而接近氣液平衡狀態(tài)的液氨，在流過(guò)流量計(jì)時(shí)，如果壓損過(guò)大，則很容易引起部分汽化，影響測(cè)量精度。為了避免液氨流量測(cè)量時(shí)出現(xiàn)汽化現(xiàn)象，選用壓力損失較小的儀表將非常關(guān)鍵。多孔平衡節(jié)流裝置的設(shè)計(jì)原型，就是緣于美國(guó)國(guó)家航空航天局NASA）下屬馬歇爾航空飛行中心（NASA-MSFC）針對(duì)航天飛機(jī)的主發(fā)動(dòng)機(jī)液氧測(cè)量而設(shè)計(jì)發(fā)明的流量計(jì)，近來(lái)越來(lái)越常用于液氨、液氧等對(duì)壓損敏感的液態(tài)氣體測(cè)量領(lǐng)域，可見(jiàn)其在該領(lǐng)域的應(yīng)用本來(lái)就是其強(qiáng)項(xiàng)
????????以下是一張平衡節(jié)流裝置和其他差壓式流量計(jì)性能的比較表。
表1 平衡節(jié)流裝置與其他差壓式流量計(jì)性能對(duì)比表
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平衡節(jié)流件孔板噴咀文丘里
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平衡節(jié)流件
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孔板
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噴嘴
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文丘里
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節(jié)流原理
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平衡節(jié)流
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邊緣節(jié)流
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邊緣節(jié)流
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縮管節(jié)流
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測(cè)量介質(zhì)
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氣體、液體、蒸汽
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氣體、液體、蒸汽
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氣體、液體、蒸汽
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氣體、液體、蒸汽
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管徑范圍
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15~3000mm
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50~1000mm
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50~500mm
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50~1200mm
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直管段要求
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前0.5后0.5D
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前20D后5D
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前10D后5D
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前10D后5D
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精度等級(jí)
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0.3%~0.5%
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1%2%
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1%2%
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1%-2%
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長(zhǎng)期穩(wěn)定性
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最好
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差
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中
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好
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量程比
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>10：1
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10：1
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10：1
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10：1
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壓力損失
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10%30%差壓
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50%~70%差壓
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50%-70%差壓
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10%-30%差壓
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耐臟防堵性能
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好
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差
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差
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好
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雙向測(cè)量
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能
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有可能
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不能
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不能
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雷諾數(shù)范圍
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200~10000000
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>8000
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>20000
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>80000
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并聯(lián)冗余取壓
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可以，很好
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可以，很好
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可以，很好
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可以，很好
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高流速測(cè)量
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好
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差
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好
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好
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低流速測(cè)量
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好
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差
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差
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差
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體積
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中
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小
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中
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很大
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價(jià)格
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中
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很低
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中
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高
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使用壽命
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很長(zhǎng)
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短
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中
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長(zhǎng)
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????????6供貨商必須負(fù)責(zé)核對(duì)用戶要求的管道內(nèi)、外徑和管道材質(zhì)平衡流量計(jì)可與直管段一起供貨但尺寸仍較小，例如：對(duì)于常用的管道式DN100（ANSI-150RF-4”）連接的平衡節(jié)流帶直管段的元件的尺寸A=290mm。對(duì)于對(duì)夾式的連接可以滿足到0.5D的直管要求。
????????由于平衡流量計(jì)嚴(yán)格計(jì)算，保證一定精度。在平衡流量計(jì)樣本中，供貨商給出的管道壁厚為英制SCH標(biāo)準(zhǔn)，在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中有管道不符合該標(biāo)準(zhǔn)（如常用的鋼管Φ57×3.5）。而不同公稱直徑和材質(zhì)所選用的SCH又不同。故在工程中可能會(huì)出現(xiàn)供貨商與用戶的管道內(nèi)外徑出現(xiàn)偏差，嚴(yán)重的影響精度。所以供貨商必須負(fù)責(zé)核對(duì)用戶要求的管道內(nèi)外徑和管道材質(zhì)并將外形尺寸返回給用戶
????????小結(jié)
? ??????鑒于該節(jié)流裝置的諸多優(yōu)勢(shì)，因而其很有望成為新一代的節(jié)能型的節(jié)流裝置。但其推廣之路還很長(zhǎng)，雖已取得國(guó)外專利但還未進(jìn)入國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)范圍的問(wèn)題還有待解決。讓我們拭目以待其原來(lái)應(yīng)用于航天的技術(shù)在儀表界的升空。
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