大管道氣體流量檢測儀表
方式,僅測取管道中一點或多點的流速來推算流量的插入式流量計,這類儀表的共同特點是:結(jié)構(gòu)簡單、安裝維修方便、價格低廉、重復(fù)性好,是工控系統(tǒng)中檢測大管道氣體流量性價比較高的儀表,一般精確度不高,不宜用于需要準確計量的貿(mào)易結(jié)算。因其原理均為取樣性質(zhì),所以首先要了解管道內(nèi)的流速分布,這樣才能正確選定檢測點的位置及數(shù)量。
一 工業(yè)管流
1. 千變?nèi)f化的管內(nèi)流速分布
管道中安裝的形形色色的管配件(如閥門、彎頭、歧管、變徑管、過濾器等),由于它們的形式及組合方式極多,所引起的管內(nèi)流速分布也千變?nèi)f化,難以估計。而絕大多數(shù)流量儀表的精確度都與流速分布有關(guān),它的校驗所處的流場應(yīng)與實用條件的流場一致,校驗的系數(shù)才有意義。這個流場被公認為充分發(fā)展紊流,只要管道具有較長的直管段就可以得到。
2. 充分發(fā)展紊流
因?qū)嶋H流體均有粘性,在流動過程中會帶動或制約相鄰層面的流體,這種作用經(jīng)過約30D(D 為管內(nèi)徑)直管段長度,其流速分布將不再變化,如雷諾數(shù)Re<2000 為層流;Re>4000為紊流。工業(yè)中多為紊流,即充分發(fā)展紊流。
近百年來不少科學(xué)家對充分發(fā)展紊流進行了大量地測試與描述。其中以Nikaradse 的光滑管充分發(fā)展紊流公式最簡單,它近似地表達為: 式中,Vi—任一點流速;Vm—中心最大流速;y—流速點距主管壁的距離;R—
管道半徑;n—為指數(shù),與Re 有關(guān)。
通過式(1)可推導(dǎo)出光滑管充分發(fā)展紊流的平均流速點。 由式(2)可知,圓管內(nèi)的平均流速點取決于3 個因素:直管段長度;雷諾數(shù)Re;粗糙度ε。
因此,它的位置并非固定不變,這不像有些廠商所宣傳,僅測管道一點的流速即可達到±1.0%的流量精確度,按ISO7145 評估,在滿足上述三個條件下其精確度也只能達到±3%如果直管段較短,流量精確度甚至不足±(5~10)%。
3. 流動調(diào)整器
要準確地測量流量,須具有較長直管段長度,而實際現(xiàn)場往往無法滿足。為此,國際標(biāo)準化組織曾多次推薦采用10 余種類型的流動調(diào)整器,但筆者認為這并非上策,因為:(1)增加成本,一臺流動調(diào)整器的價格不亞于一臺流量計;(2)需經(jīng)常清洗,加大維修量;(3)效果好的流動調(diào)整器永久壓損大,增加運行成本;(4)易于堵塞,即使部分堵塞也改變了流速分布,無法提高精確度。
二 插入式氣體流量檢測儀表
在我國倡導(dǎo)建設(shè)節(jié)約型社會的前提下,本文所介紹的大管道氣體流量檢測儀表排除了壓損大運行費過高的節(jié)流裝置,和價格過高的氣體超聲波流量計,僅限于介紹性價比較高,以取樣原理的插入式流量儀表,按其取點方式可分為3 大類。
1. 測點速
凡可測流速的儀表插入管道均可成為流量計。較為通用的有以下幾種:
(1)雙文丘里管
早 于 40 年前,美國Taylar 公司已有產(chǎn)品推向市場,稱皮托一文丘里管(Pitot Venturi Tube)(見圖1)。國內(nèi)不少火電廠曾仿制應(yīng)用于風(fēng)量測量稱“小喇叭管”。近10 多年,國內(nèi)廠商按此原理推出產(chǎn)品,稱為雙文丘里管,區(qū)別僅是前者高壓取自支持桿,而后者取自管壁,在同樣流量下,后者輸出差壓將略小于前者。其原理特點是利用外文丘里管喉部加速產(chǎn)生低壓P2,而將內(nèi)文丘里管的尾部置于外文丘里管的喉部低壓區(qū),促使內(nèi)文丘里管的喉部產(chǎn)生更低的低壓P2’,因而在同樣的流量下可獲得更大的輸出差壓,較適用于大管道的低流速氣體流量測量,由于它僅測一點流速,管道中流速分布對其影響很大,因而精確度較低。目前市場上還有一種三文丘里管,它在雙文丘里管內(nèi)再安裝一個文丘管,企圖獲得更大的差壓,當(dāng)尺寸較小時,附面層的作用將呈現(xiàn)出來,制約了這種加速降壓效果,且?guī)砹私Y(jié)構(gòu)復(fù)雜、系數(shù)不穩(wěn)定的負面影響,不宜倡導(dǎo)。
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