孔板在氫氣測量中的應(yīng)用

李文鑫 陳士虹 田淑英

四平昊華化工有限公司 （四平 136001）

氯化氫合成是生產(chǎn)PVC樹脂中的一個(gè)工序，當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)采用S型彎管流量計(jì)測量氫氣流量，但由于氫氣質(zhì)量低，故在流量小于800 Nm3/h時(shí)無法監(jiān)測到測量值，致使氯化氫工段正常生產(chǎn)受到嚴(yán)重安全影響。后經(jīng)過技術(shù)改造，決定改用孔板流量計(jì)測量氫氣流量，解決了因流量低無法監(jiān)測到測量值這個(gè)問題。

1 用彎管流量計(jì)測量氫氣流量是否合適

經(jīng)分析得知：在實(shí)際使用中當(dāng)管道內(nèi)的氫氣流量較低時(shí)，無法在彎管流量傳感器的正負(fù)壓側(cè)測得差壓信號(hào)，所以也就不能正確地進(jìn)行流量測量。這主要是由氫氣的特殊性和彎管流量計(jì)的原理決定的。彎管流量計(jì)是一種低壓損的差壓式流量計(jì)。當(dāng)流體流經(jīng)900的標(biāo)準(zhǔn)彎頭時(shí)，將做圓周旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，流體會(huì)產(chǎn)生慣性離心力。由于管壁的限制，在彎管流量傳感器的取壓點(diǎn)處（處側(cè)-內(nèi)側(cè)），形成局部最大靜壓差。該壓差與離心力的大小成正比，離心力的大小與流體的流速、密度及作圓周運(yùn)動(dòng)的曲率半徑(也就是彎管傳感器的曲率半徑)等因素有關(guān)。彎管流量傳感器所產(chǎn)生的壓損就是一個(gè)彎頭所產(chǎn)生的壓損，當(dāng)其用于流量測量時(shí)，與其它的節(jié)流式儀表相比，如孔板，文丘里管、V錐等，差壓信號(hào)要小很多。這里用其測量氫氣，由于氫氣的密度非常小，當(dāng)流量低到一定值時(shí)，在取壓點(diǎn)處不能產(chǎn)生差壓信號(hào)，所以說用彎管流量計(jì)測量氫氣流量是不合適的。

2 孔板流量計(jì)測量氫氣流量的可行性

孔板流量計(jì)與彎管流量計(jì)一樣，也是一種差壓式流量計(jì)，但它們有很大的不同。當(dāng)流體流經(jīng)管道內(nèi)的節(jié)流裝置時(shí)，在節(jié)流件下游造成局部收縮，流速增加，使下游的靜壓降低，動(dòng)壓增大。采用不同的取壓方式，可以測出上、下游兩側(cè)產(chǎn)生的靜壓力差。在已知有關(guān)參數(shù)的條件下，根據(jù)差壓與流量之間的關(guān)系就可以求得流量。由于孔板算時(shí)，可以根據(jù)實(shí)際情況，選擇不同的最大壓差△Pmax，來確定孔板的開孔直徑，所以當(dāng)其用于氫氣測量時(shí)，通過選擇大壓差、小孔徑，來解決這個(gè)問題。

式中

v——速度；

g——重力加速度；

p——靜壓力；

ρ——密度；

H——液面高度；

ξ——流體流動(dòng)阻力系數(shù)。

由于流體的流動(dòng)狀態(tài)在節(jié)流裝置的前后會(huì)發(fā)生變化，即流體在流動(dòng)時(shí)遇到節(jié)流裝置的阻擋，其流束形成收縮。在擠過節(jié)流孔后，流速又由于流通面積的變大和流束的擴(kuò)大而降低。由于其流束在節(jié)流裝置前后形成收縮和擴(kuò)大，所以在節(jié)流裝置前后的管壁處的流體靜壓力發(fā)生變化，形成靜壓力差△P，即為節(jié)流現(xiàn)象。

3 孔板流量計(jì)的計(jì)算

根據(jù)GB/T2624-93國家標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算孔板孔徑。

已知條件：操作溫度t；操作壓力p；介質(zhì)密度ρ；

動(dòng)力粘度μ；20℃時(shí)管道內(nèi)徑D20；最大流量M；管道膨脹系數(shù)λD；孔板膨脹系數(shù)λd；差壓△P。

3.1 求工況下管道直徑

3.2 求雷諾數(shù)

3.3 求不變量A2

3.4 設(shè)出流出系數(shù)C∞及流體膨脹系數(shù)ε

3.5 計(jì)算Xn

3.6 計(jì)算孔板孔徑和管道內(nèi)徑之比nβ

3.7 計(jì)算流出系數(shù)Cn

式中

L1——孔板上游端到上游取壓口的距離除以管道直徑；

3.8 計(jì)算nδ

3.9 精確度判別式

3.10 求孔板孔徑d

3.11 求20℃時(shí)孔板孔徑d20

4 結(jié)語

經(jīng)過近2年的實(shí)踐，孔板流量計(jì)做到信號(hào)準(zhǔn)確，未出現(xiàn)任何異常。為單位減去重大安全隱患，做到有據(jù)可查，有理可依。

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