楔式流量計的設(shè)計計算及檢定

【摘要】 楔式流量計是近年來開始廣泛應(yīng)用的一種新型節(jié)流裝置，在國外石油、化工等行業(yè)中已得到大量的應(yīng)用。它的問世并被廣泛應(yīng)用是由于它的獨特性能——在極寬的雷諾數(shù)范圍內(nèi)，流量和差壓始終保持方根關(guān)系。

【關(guān)鍵詞】 楔式流量計;設(shè)計計算;檢定

【DOI編碼】 10.3969/j.issn.1674-4977.2020.01.002

Abstract： Wedge flowmeter is a new type of throttling device which has been highly applied in recent years. It has been widely used in petroleum and chemical industries abroad. Its appearance and wide application are attributed to its unique performance-the square root relationship between flow rate and differential pressure is always maintained in a wide range of Reynolds numbers.

Key words： wedge flowmeter;design calculation;verification

以往使用的節(jié)流裝置如孔板、噴嘴和文丘里管等，當(dāng)雷諾數(shù)低至10000時，它們所測得的流量與差壓的方根關(guān)系會出現(xiàn)重大的偏差，而且隨著雷諾數(shù)的降低，偏差會越來越大，致使測量精度受到嚴重的影響，而楔式流量計在雷諾數(shù)從500到數(shù)百萬的范圍內(nèi)，流量和差壓始終保持方根關(guān)系，流量系數(shù)呈線性狀態(tài)。楔式流量計分為管嘴取壓（圖1）和法蘭取壓（圖2）兩種結(jié)構(gòu)形式。

理論和實踐證明，楔式流量計非常適用于低雷諾數(shù)流體流量的測量，尤其在測量高粘度流體、含固體顆粒流體、漿狀流體時，更具有其它節(jié)流裝置無法比擬的優(yōu)越性。

楔式流量計產(chǎn)品目前還沒有國際標(biāo)準和國家標(biāo)準，經(jīng)過多次檢定和多年的設(shè)計經(jīng)驗總結(jié)，本文將對楔式流量計的設(shè)計計算與檢定進行詳細的分析。

1 楔式流量計原理及設(shè)計計算分析

1.1 基本原理

首先介紹一下楔式流量計的測量原理（圖3），與其它節(jié)流式流量儀表一樣，它也是根據(jù)伯努利方程，利用流體在流動過程中遵守能量守恒定律（即動能和靜壓能之和不變），流體通過起節(jié)流作用的楔塊時流通面積減少，流速增大，靜壓降低，從而在楔形塊兩側(cè)產(chǎn)生壓力差。流體流量與差壓平方根成正比關(guān)系，因此測得壓差即可測得管道中的流量。

1.2 楔式流量計基本公式

1）體積流量

2）質(zhì)量流量

通過楔式流量計的原理可以得出以下結(jié)論，楔形比（h/D）確定以后，節(jié)流面積比m就可以計算出來，通過水流量裝置標(biāo)定出流出系數(shù)C，就可以通過公式計算出流量值Q所對應(yīng)的差壓值ΔP，選擇出適當(dāng)量程的差壓變送器。

2 楔式流量計的檢定

楔式流量計是非標(biāo)準節(jié)流裝置，產(chǎn)品設(shè)計出廠前需要進行實流標(biāo)定校準，現(xiàn)對流量計檢定過程進行詳細說明。

2.1 試驗設(shè)備和試驗條件

2.1.1 試驗設(shè)備

a）楔式流量測量節(jié)流裝置用水流量標(biāo)準裝置標(biāo)定;

b）流量標(biāo)準裝置的不確定度應(yīng)小于或等于楔式流量測量節(jié)流裝置基本誤差的1/3;

c）裝置累積時間內(nèi)的流量穩(wěn)定性應(yīng)優(yōu)于0.2%;

d）配檢定合格的差壓變送器，法蘭取壓楔式流量計配雙法蘭差壓變送器，差壓變送器精度優(yōu)于0.2級;

e）檢定時要求前直管段滿足5D，后直管段滿足2D。

2.1.2 試驗條件

a）一般試驗大氣條件：

環(huán)境溫度：5～35 ℃;

相對濕度：35%～85%;

大氣壓力：86～106 KPa。

b）其它環(huán)境條件：

機械振動應(yīng)小到忽略不計。

c）試驗介質(zhì)：

水/其它液體。

當(dāng)標(biāo)定用介質(zhì)的密度、粘度不同于工況下的介質(zhì)密度、粘度時，應(yīng)按等雷諾數(shù)原則，對標(biāo)定用流量進行換算。

2.2 基本誤差和重復(fù)性誤差

2.2.1 試驗方法

楔式流量測量節(jié)流裝置安裝在流量標(biāo)準裝置水平試驗管段上，在流量上限值下預(yù)運行一段時間（5分鐘以上），使管道介質(zhì)溫度均勻，流場穩(wěn)定，然后開始進行試驗，按5個標(biāo)定點qmin、0.3qmax、0.4qmax、0.7qmax、1.0qmax進行標(biāo)定分別測出標(biāo)準流量值、與之對應(yīng)的差壓值及密度值，計算流出系數(shù)。對口徑大于等于300 mm的楔式流量測量節(jié)流裝置qmax允許設(shè)在上限值的80%左右。上述標(biāo)定點如果小于qmin則該點可以取消。

2.2.2 流出系數(shù)的計算

用水流量裝置標(biāo)定時，流出系數(shù)按下式計算：

第i個標(biāo)定點的平均流出系數(shù)為：

裝置的平均流出系數(shù)為：

2.2.3 流出系數(shù)線性度誤差計算

流出系數(shù)線性度誤差為：

2.2.4 流出系數(shù)重復(fù)性誤差計算

第i個標(biāo)定點的流出系數(shù)重復(fù)性誤差為：

楔式流量測量節(jié)流裝置的重復(fù)性誤差為：

2.2.5 楔式流量測量節(jié)流裝置的基本誤差的計算

楔式流量測量節(jié)流裝置基本誤差為：

經(jīng)實流標(biāo)定后楔式流量測量節(jié)流裝置的基本誤差應(yīng)不超過表1中的規(guī)定，重復(fù)性誤差應(yīng)不超過表2中的規(guī)定。通常楔式流量計檢定精度可以達到0.5級。

3 結(jié)語

楔式流量計適合于高粘度流體、含固體顆粒液體、漿狀流體、如燃料油、渣油、油漿、廢水等的流量測量。常見的應(yīng)用有：

1）延遲焦化裝置，常減壓裝置中渣油，重油等介質(zhì)流量測量;

2）煉油廠蒸餾渣油外放量，丙烷脫瀝青，氧化瀝青裝置，酮苯脫臘裝置原料流量檢測;

3）重鋼焦化廠工業(yè)萘初塔循環(huán)流量，一段、二段焦油流量測量;

4）鋼鐵廠高爐煤氣測量;

5）污水測量。

楔式流量計是非標(biāo)準節(jié)流裝置，以上的設(shè)計計算分析實際上是構(gòu)建了楔式流量計的理論計算模型，檢定過程是產(chǎn)品計量精度的保證，對流量計生產(chǎn)企業(yè)的設(shè)計和生產(chǎn)提供了理論支持和計算依據(jù)，對于用戶的應(yīng)用分析都有很強的指導(dǎo)意義。

【參考文獻】

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【作者簡介】

張弦（1985-），男，工程師，碩士，研究方向為流量檢測。