彎管流量計(jì)的特點(diǎn)及應(yīng)用分析

1.概述

　　隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的發(fā)展，企業(yè)對(duì)能源的要求越來越重視。工藝過程控制、生產(chǎn)成本核算、能源計(jì)量考核等能源的調(diào)控方面的問題對(duì)流量測(cè)量越來越依賴，因此準(zhǔn)確測(cè)量蒸汽、天然氣、水等介質(zhì)的流量在工業(yè)能源節(jié)能方面越來越重要。彎管流量計(jì)的研究、設(shè)計(jì)已有80余年的歷史，但因各種技術(shù)的限制其工業(yè)應(yīng)用存在很大困難。隨著彎管加工技術(shù)和測(cè)量技術(shù)的進(jìn)步，在最近幾年得到廣泛關(guān)注和有效推廣。本文通過對(duì)傳統(tǒng)流量計(jì)與彎管流量計(jì)的應(yīng)用性能比較，經(jīng)過比對(duì)、測(cè)算分析，彎管流量具有壓損小、易維護(hù)、測(cè)量精度高、重復(fù)性好等特點(diǎn)，能夠較好的解決能源的計(jì)量問題。

　　2.彎管流量計(jì)的工作原理

　　彎管流量計(jì)與傳統(tǒng)的孔板流量計(jì)一樣，同屬于差壓式流量計(jì)的范疇，只是彎管流量計(jì)產(chǎn)生差壓的方式與孔板流量計(jì)不同。孔板是利用流體的縮放原理產(chǎn)生差壓的，而彎管傳感器是利用流體的慣性原理產(chǎn)生差壓的。當(dāng)流體通過彎管時(shí)，由于受彎管的約束流體被迫作類似的圓周運(yùn)動(dòng)，流體在作圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的離心力作用于彎管的內(nèi)外兩側(cè)，使彎管傳感器內(nèi)外兩側(cè)之間產(chǎn)生一個(gè)壓力差，該壓力差的大小與流體的密度、平均流速、管道的曲率半徑、管道內(nèi)徑有關(guān)，其表達(dá)式為

　　其中v—流體值彎管中的平均流速；

　　R—彎管中心曲率半徑；

　　D—彎管的內(nèi)徑

　　—彎管中心曲率半徑；

　　ΔP—流體通過彎管傳感器時(shí)產(chǎn)生的差壓值；

　　—介質(zhì)的密度；

　　管道內(nèi)流體的流量

　　從以上可知，只要準(zhǔn)確測(cè)量出壓力差，在進(jìn)行運(yùn)算的同時(shí)再考慮到溫度、壓力對(duì)于介質(zhì)密度的影響進(jìn)行必要的溫度補(bǔ)償，就能準(zhǔn)確的測(cè)量介質(zhì)的流量。

3.彎管流量計(jì)的特點(diǎn)及與其他流量計(jì)性能比較

　　1.1結(jié)構(gòu)簡單，性價(jià)比高

　　結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格低。彎管傳感器實(shí)際上是一個(gè)90度標(biāo)準(zhǔn)彎頭，沒有比它結(jié)構(gòu)更簡單的流量傳感器了。隨著機(jī)械加工工業(yè)的發(fā)展和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化及規(guī)范化管理的不斷完善，用作彎管傳感器的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)制彎頭其質(zhì)量越來越好，價(jià)格也越來越低。法蘭式取壓的孔板流量計(jì)是市場上價(jià)格最便宜的流量計(jì)，彎管流量計(jì)的價(jià)格完全可以和它相比。

　　1.2可測(cè)量容易臟污、易堵塞介質(zhì)的傳感器

　　煤氣（包括：高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣、發(fā)生爐煤氣等）、煙氣等屬臟污介質(zhì)，容易堵塞、粘連傳感器關(guān)鍵部位，直接影響測(cè)量。傳統(tǒng)孔板流量計(jì)及渦街流量計(jì)基本無法保證長期運(yùn)行的準(zhǔn)確性與穩(wěn)定性。循環(huán)水水質(zhì)較差，對(duì)流量測(cè)量裝置的污染影響較大。孔板流量計(jì)的節(jié)流件或渦街流量計(jì)的插入件極易被循環(huán)水玷污或堵塞，尤其是孔板節(jié)流口的直角部分，即使是輕微的玷污也會(huì)對(duì)測(cè)量精度造成極大的影響。彎管傳感器對(duì)于類似煤氣、循環(huán)水這樣的介質(zhì)其適應(yīng)性是不用懷疑的，即使是長期的運(yùn)行也能保證彎管流量計(jì)的正常工作，保證其足夠的測(cè)量精度。

　　1.3適應(yīng)性強(qiáng)，量程范圍寬，直管段要求不嚴(yán)。只要是可以用孔板、渦街、均速管流量計(jì)來測(cè)量的管道內(nèi)流體流量都可以用彎管流量計(jì)進(jìn)行測(cè)量，而且在耐高溫、耐高壓、耐沖擊、耐振動(dòng)、耐潮濕、耐粉塵等方面，彎管流量計(jì)遠(yuǎn)優(yōu)于其它流量計(jì)。對(duì)于渦街流量計(jì)來說其使用性是十分有限的，這與其測(cè)量原理有關(guān)，實(shí)測(cè)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生較大的附加誤差影響了測(cè)量精度，造成測(cè)量不準(zhǔn)。所有這些問題對(duì)彎管流量計(jì)來說幾乎沒有影響，而高溫、高壓對(duì)于彎管傳感器來說只要采用與工藝管道相同材質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)彎頭，就可以得到解決。

　　彎管流量計(jì)的量程比可達(dá)1：10。量程范圍寬一方面是指彎管流量計(jì)對(duì)于其測(cè)量介質(zhì)的流速適用范圍寬，對(duì)于蒸汽或其它氣體介質(zhì)，流速范圍為0~70m/s，可以較好地滿足蒸汽流量測(cè)量的要求；液體介質(zhì)流速范圍為0~5m/s。以上所說的流速范圍也沒有嚴(yán)格的限制，如果被測(cè)介質(zhì)沒有上限流速的限制，則流速范圍還可更大；有足夠精度的微差壓變送器相配合，則流體流速的低限可取得很小。高質(zhì)量微差壓變送器的應(yīng)用使彎管流量計(jì)能夠適應(yīng)低流速、小信號(hào)測(cè)量的要求。總之，彎管流量計(jì)的量程范圍完全可以滿足不同對(duì)象的流量測(cè)量的要求。量程范圍寬的另一方面是指彎管傳感器的幾何尺寸沒有限制，管徑可從十幾毫米到一米甚至兩米以上。

　　直管段要求不嚴(yán)格也是彎管流量計(jì)在現(xiàn)場使用中十分重要的特點(diǎn)之一，許多流量測(cè)量裝置都因?yàn)楝F(xiàn)場直管段不能滿足要求而不能進(jìn)行測(cè)量或不能保證其測(cè)量精度。彎管流量計(jì)由于其特殊的測(cè)量原理，使其在實(shí)際應(yīng)用時(shí)對(duì)直管段的要求不嚴(yán)格，一般只要求前5D、后2D即可，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其他流量測(cè)量裝置的要求。

　　1.4彎管流量計(jì)精度高，重現(xiàn)性好，測(cè)量精度可達(dá)1％，重現(xiàn)性精度可達(dá)0.02％，一次安裝后，不再需要重復(fù)拆裝，因此，其安裝精度也能得到最佳保證。

　　1.5無任何附加節(jié)流件或插入件，無附加壓力損失，節(jié)約能源

　　對(duì)孔扳流量計(jì)來說，流體在孔板上的壓力損失是不可恢復(fù)的，其損失可達(dá)孔板在該流量下產(chǎn)生的差壓值的60%~80%。彎管流量計(jì)與其他流量計(jì)相比最重要的是無任何附加節(jié)流件或插入件，不存在管道附加阻力損失的問題，孔板的節(jié)流損耗可簡單地看作是彎管流量計(jì)的節(jié)能效果，這對(duì)于那些大系統(tǒng)、大管徑、大流量、低壓力的測(cè)量對(duì)象好處更加明顯。這一特點(diǎn)給彎管流量計(jì)的工業(yè)化應(yīng)用帶來了巨大的便利和經(jīng)濟(jì)效益。

　　1.6免維護(hù)的流量傳感器

　　彎管流量計(jì)傳感器耐磨損，對(duì)微量磨損不敏感，在高速流體沖擊下不會(huì)變形、扭曲、震動(dòng)，長期高低溫工作條件下敏感元件不會(huì)老化、變質(zhì)而降低穩(wěn)定性和靈敏度。對(duì)于環(huán)境中可能出現(xiàn)的震動(dòng)、粉塵、潮濕、電磁場干擾不敏感，經(jīng)過長周期運(yùn)行它的穩(wěn)定性、靈敏度、準(zhǔn)確性不會(huì)發(fā)生明顯變化，能在最大程度上防止傳感器被粘污、結(jié)疤、堵塞等等。而孔板流量計(jì)的節(jié)流口對(duì)微量磨損就十分敏感。一般計(jì)量用孔板流量計(jì)的孔板每年必須進(jìn)行一次或一次以上的強(qiáng)制性磨損檢查，這是保證孔板流量計(jì)準(zhǔn)確計(jì)量的必要條件。對(duì)于那些大管徑的孔板和蒸汽孔板，其拆裝難度之大，維修費(fèi)用之高，給使用者帶來了額外的負(fù)擔(dān)。彎管傳感器因耐磨損、免維護(hù)、長周期高精度運(yùn)行的特點(diǎn)，采用直接焊接法進(jìn)行安裝，使現(xiàn)場跑冒滴漏的問題得到徹底的解決。

　　1.7測(cè)量數(shù)據(jù)可直接接入DCS系統(tǒng)

　　測(cè)量數(shù)據(jù)可直接輸入DCS系統(tǒng)。專用主機(jī)配有RSR-232、485通訊接口。

4、彎管流量計(jì)的應(yīng)用分析

　　以前進(jìn)熱電廠現(xiàn)有三臺(tái)65噸/鍋爐，三臺(tái)1.2萬千瓦機(jī)組的流量計(jì)改進(jìn)為依據(jù)進(jìn)行分析。

　　4.1改進(jìn)方案

　　三臺(tái)65噸/時(shí)鍋爐，改進(jìn)前的生產(chǎn)工藝如圖1所示。每臺(tái)鍋爐主蒸汽管道原安裝兩個(gè)孔板流量計(jì)，共六臺(tái)。由于孔板流量計(jì)采用截流產(chǎn)生壓差的原理計(jì)算蒸汽流量，因此，蒸汽在流過孔板時(shí)造成壓力損失。經(jīng)測(cè)定，蒸汽流過孔板流量計(jì)造成壓力損失約0.05MPa，蒸汽由鍋爐進(jìn)入汽輪機(jī)需經(jīng)過兩個(gè)孔板流量計(jì)，在孔板流量計(jì)上造成的壓力損失約0.1MPa，加上蒸汽管道及閥門造成的壓力損失，使鍋爐過熱器集汽聯(lián)箱出口至汽輪機(jī)進(jìn)汽口之間管道損失達(dá)到0.4MPa。即使鍋爐壓紅線運(yùn)行（3.82MPa）、汽輪機(jī)進(jìn)汽壓力只能達(dá)3.4MPa（設(shè)計(jì)進(jìn)汽壓力為3.47MPa），致使發(fā)電汽耗上升，發(fā)電煤耗上升，一年造成420萬kWh電能的損失，折合原煤達(dá)到4200噸/年，增加二氧化硫排放量21.5噸。

圖1原有生產(chǎn)工藝圖

　　用彎管流量計(jì)代替孔板流量計(jì)，彎管傳感器安裝于原管道的90度轉(zhuǎn)彎處，即取代了原90度彎頭。不增加任何壓力損失，可將節(jié)流孔板流量計(jì)裝置產(chǎn)生的壓力損失完全節(jié)省下來。改進(jìn)工藝見圖2。據(jù)測(cè)算，將減少蒸汽管道上的壓力損失0.1Mpa。從而在鍋爐工況不變的情況下提高汽輪機(jī)進(jìn)汽壓力0.1MPa，使汽輪機(jī)進(jìn)汽壓力提升至3.5MPa，根據(jù)12MKW汽輪機(jī)負(fù)荷特性曲線，滿負(fù)荷的情況下進(jìn)汽壓力由3.4MPa提升至3.5MPa，負(fù)荷增加200kWh，發(fā)電汽耗下降0.1kg/kWh。從而達(dá)到節(jié)能降耗目的。

　　4.2改進(jìn)后經(jīng)濟(jì)效益分析

圖2改進(jìn)工藝圖

　　（1）節(jié)能效益

　　根據(jù)12MW汽輪機(jī)負(fù)荷特性曲線，由于現(xiàn)有節(jié)流孔板阻力的影響，滿負(fù)荷的情況下進(jìn)汽壓力由3.5MPa降低至3.4MPa，發(fā)電量將減少200kWh。本項(xiàng)目投入運(yùn)行后，將避免該蒸汽壓降能耗損失，汽輪機(jī)汽耗率降低0.1kg/kWh，本項(xiàng)目的節(jié)能經(jīng)濟(jì)效益是明顯的。僅從減少蒸汽熱能損失、在相同蒸汽量條件下增加發(fā)電量或在相同發(fā)電量的條件下節(jié)約蒸汽耗量這一點(diǎn)來計(jì)算，節(jié)約原煤4200噸/年，減少生產(chǎn)成本達(dá)到210萬元，投資回收期僅3個(gè)月。本項(xiàng)目是個(gè)有效節(jié)能、節(jié)約資源的清潔生產(chǎn)項(xiàng)目。

　　(2)環(huán)保效益

　　本項(xiàng)目是一個(gè)從源頭削減和控制污染物產(chǎn)生的工程項(xiàng)目。投入生產(chǎn)運(yùn)行后，節(jié)約原煤4200噸/年。則能減少二氧化硫產(chǎn)生量達(dá)到54噸/年，減少二氧化硫排放量21.5噸/年，減少3570萬m3/年的煙氣排放量。因此，環(huán)境效益顯著。

　　5、結(jié)論

　　5.1孔板流量計(jì)壓力損失不可小視，由此帶來的能源消耗很大（一般為孔板差壓值的60%左右），應(yīng)引起企業(yè)的高度重視。

　　5.2彎管流量計(jì)無附加阻力損失、免維護(hù)、耐高溫、耐高壓，測(cè)量精度完全滿足現(xiàn)場需要。

　　5.3通過技改采用新技術(shù)，節(jié)能降耗，為企業(yè)創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

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　　[作者簡介]牟愛霞(1983－)，女，漢族，山東淄博人，山東工業(yè)職業(yè)學(xué)院教師。主要從事自動(dòng)化檢測(cè)，智能傳感器應(yīng)用等方向的研究和教學(xué)工作。

　　通信地址：山東省淄博市高新技術(shù)開發(fā)區(qū)69號(hào)山東工業(yè)職業(yè)學(xué)院建筑與信息工程系，郵編256414