德?tīng)査土髁坑?jì)在流量測(cè)量中的應(yīng)用

程 康

(東華工程科技股份有限公司，合肥230024)

0 引言

在現(xiàn)在工業(yè)過(guò)程自動(dòng)化中，流量是重要的過(guò)程參數(shù)，為了對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行有效的監(jiān)督、操作和控制，需要測(cè)量各種介質(zhì)的流量。流量檢測(cè)儀表是發(fā)展生產(chǎn)、節(jié)約能源、改善產(chǎn)品質(zhì)量、提升經(jīng)濟(jì)效益和管理水平的重要工具，是工業(yè)自動(dòng)化中重要的儀表之一［1］［2］。流量?jī)x表種類(lèi)繁多，各適用于不同的場(chǎng)合，按測(cè)量途徑劃分可分為質(zhì)量式流量計(jì)、容積式流量計(jì)和速度式流量計(jì)，速度式流量計(jì)中又劃分為電磁流量計(jì)、變面積式流量計(jì)和差壓式流量計(jì)等。本文中所介紹的德?tīng)査途褪且环N差壓式流量計(jì)。

1 德?tīng)査土髁坑?jì)簡(jiǎn)介

德?tīng)査褪怯傻聡?guó)思科(Systec-Controls)公司和德國(guó)埃爾朗根(Erlangen)大學(xué)于上世紀(jì)90年代合作研制開(kāi)發(fā)的一種流量測(cè)量?jī)x表［3］，1995年開(kāi)始正式生產(chǎn)銷(xiāo)售。目前完善至全系列各種規(guī)格，已在16個(gè)國(guó)家銷(xiāo)售、應(yīng)用數(shù)千臺(tái)。

1.1 測(cè)量原理

差壓式流量計(jì)是一類(lèi)應(yīng)用最為廣泛，用量居首的流量計(jì)。德?tīng)査土髁坑?jì)同樣是運(yùn)用差壓測(cè)量的原理，可以說(shuō)是一種特殊的節(jié)流裝置。

節(jié)流式差壓測(cè)量以流量連續(xù)性方程(質(zhì)量守恒定律)和伯努利方程(能量守恒定律)為基礎(chǔ)。管道內(nèi)充滿流體，當(dāng)流體流經(jīng)節(jié)流件時(shí)會(huì)在節(jié)流件處形成局部收縮，導(dǎo)致流速增大，靜壓降低，在節(jié)流件前后產(chǎn)生差壓，流量愈大，差壓愈大，因而可以依據(jù)差壓來(lái)衡量流量的大?。?］。

1.2 基本結(jié)構(gòu)

德?tīng)査土髁坑?jì)由探頭、安裝套管、變送器連接部件、差壓變送器等四部分組成。

德?tīng)査吞筋^的長(zhǎng)度等于管道內(nèi)徑，探頭前后各分布著一排不均勻分布的孔，孔徑為8mm，分別為高壓孔和低壓孔，高壓孔始終面向流體的流動(dòng)方向。通過(guò)探頭的前后兩排孔將管道內(nèi)壓力在孔內(nèi)取平均，并得出探頭前后差壓［5］。

安裝套管是德?tīng)査团c管道的連接部件，套管的一側(cè)與管道焊接，另一側(cè)與德?tīng)査瓦B接，連接形式按壓力的大小可選擇螺紋或法蘭連接。套管的長(zhǎng)度由管道保溫層厚度決定。

德?tīng)査吞筋^與變送器連接部件有多種選擇，如：球閥、截止閥、1/2NPT外螺紋或者直接與變送器連接的橢圓轉(zhuǎn)化器等。連接部件還包括適用于過(guò)熱蒸汽介質(zhì)的一體化冷凝器以及一體化的溫度和壓力測(cè)量裝置。

差壓變送器將探頭提供的差壓信號(hào)經(jīng)開(kāi)方和計(jì)算，得到流量。要依據(jù)探頭所產(chǎn)生的實(shí)際壓差，選擇合適量程和精度的變送器。

2 德?tīng)査土髁坑?jì)特點(diǎn)

1)高精度，低直管段要求

德?tīng)査土髁坑?jì)很好的將高精度和低直管段要求結(jié)合在了一起，在滿足直管段的條件下(一般為前7D后3D)可以達(dá)到0.5%的精度，即使在相當(dāng)短的直管段下(前2D后1D)也可以到達(dá)2%的精度。這決定了德?tīng)査涂梢杂糜谥惫芏慰量痰膱?chǎng)所，在大管徑上的應(yīng)用尤為明顯。

2)大差壓、小壓損、低運(yùn)行成本

德?tīng)査吞厥獾奶筋^設(shè)計(jì)決定了測(cè)量時(shí)可產(chǎn)生較其他一體化探頭要大的差壓，大差壓決定了差壓變送器的量程范圍大，測(cè)量精度也較高。

流量計(jì)的壓力損失是指由于管道中存在的一次裝置，而產(chǎn)生的不可恢復(fù)的壓力降［6］，在生產(chǎn)中需盡可能的減少流量計(jì)壓力損失。使用德?tīng)査蜏y(cè)量時(shí)所產(chǎn)生的壓損遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于孔板等傳統(tǒng)節(jié)流裝置，由于壓損小，管道流體動(dòng)力損失也小，裝置的運(yùn)行成本低，成本回收快。

3)運(yùn)用范圍廣

德?tīng)査蛻?yīng)用范圍廣，可測(cè)量干氣、濕氣、液體以及蒸汽等多種介質(zhì)，不受介電常數(shù)限制;可選擇管道式及插入式，測(cè)量口徑從3mm至15000mm，適用于各種口徑的方管及圓管。對(duì)與高溫、腐蝕介質(zhì)可采用特殊的探頭及管道連接材質(zhì)。

4)一體化結(jié)構(gòu)、安裝便利、免于維護(hù)

德?tīng)査土髁坑?jì)可以實(shí)現(xiàn)真正的一體化安裝，包括蒸汽流量的測(cè)量，將差壓探頭、溫度和壓力的測(cè)量以及差壓變送器在一根探頭上安裝，而傳統(tǒng)的蒸汽測(cè)量無(wú)法實(shí)現(xiàn)一體化安裝。一體化安裝可以減少接頭、減少泄露，更為安全，同時(shí)也減少了安裝工作量，一臺(tái)一體化德?tīng)査土髁坑?jì)從開(kāi)孔至安裝完畢僅需60分鐘。探頭取壓孔的防堵設(shè)計(jì)也使得德?tīng)査土髁坑?jì)在后期基本免于維護(hù)。

此外，德?tīng)査土髁坑?jì)還有大量程比、安裝方式多樣等特點(diǎn)。德?tīng)査团c一些常用流量?jī)x表的主要性能比較見(jiàn)表1。

表1 常用流量計(jì)性能比較

3 德?tīng)査土髁坑?jì)與孔板計(jì)算比較

這里通過(guò)一則實(shí)例，對(duì)德?tīng)査土髁坑?jì)和孔板的差壓及壓損進(jìn)行比較。

本工況測(cè)量介質(zhì)為甲醇水溶液，密度為794 kg/m，管道公稱通徑DN50，工作壓力0.13MPa(A)，工作溫度80℃。介質(zhì)的最小流量480kg/h，常用流量880kg/h，最大流量1600kg/h，刻度流量定為1800kg/h。這里分別選用孔板和型號(hào)為DF 10M的管道式德?tīng)査土髁坑?jì)，計(jì)算出各流量情況時(shí)差壓及最大壓損如表2所示。

由上表中的計(jì)算結(jié)果可以看出，在此工況下，使用德?tīng)査瞳@得了與孔板相近、甚至略大于孔板的差壓值，但其所產(chǎn)生的最大壓損僅約為孔板的一半。此處設(shè)計(jì)若采用德?tīng)査土髁坑?jì)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的孔板進(jìn)行測(cè)量，不但可以降低對(duì)直管段的要求、提高測(cè)量精度，同時(shí)也可以減少裝置的后期運(yùn)行成本。

表2 德?tīng)査团c孔板計(jì)算比較

4 結(jié)束語(yǔ)

化工設(shè)計(jì)中，流量?jī)x表的選擇不僅需要考慮到工況條件、介質(zhì)本身特性、精度要求等，還需考慮安裝運(yùn)輸便利、前期投入以及后期運(yùn)行成本等實(shí)際因素，因此需要在各種流量?jī)x表中權(quán)衡利弊，選擇最為合適類(lèi)型及型號(hào)。德?tīng)査土髁坑?jì)在精度等級(jí)、直管段要求、壓損及安裝上都有著自己的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，為我們流量計(jì)的選擇提供了一種不錯(cuò)的方案，在工程應(yīng)用中有著一定的實(shí)際意義。

［1］楊三青，王仁明，曾慶山.過(guò)程控制［M］.華中科技大學(xué)出版社，2008.

［2］柏逢明.過(guò)程檢測(cè)及儀表技術(shù)［M］.國(guó)防工業(yè)出版社，2010.

［3］沈家明.德?tīng)査土髁坑?jì)測(cè)量系統(tǒng)探討［J］.中國(guó)儀器儀表，2010，(6)：57-59.

［4］陸德明，張振基，黃步余.石油化工自動(dòng)化控制設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.(第三版).化學(xué)工業(yè)出版社，2000：77-78.

［5］柳玉松，索海倫，周仲虎.德?tīng)査土髁坑?jì)在干法脫硫中的應(yīng)用［J］.貴州工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2008.37(5)：59-61.

［6］甘大方.流量?jī)x表 200問(wèn)［M］.中國(guó)計(jì)量出版社，2009.