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锥形流量计在煤气测量中的应用介绍说明

煤气流量测量一直是仪表检测的难点，锥型流量计为煤气流量测量提供了新的测量方法，本文介绍了锥型流量计在现场的使用情况和特点。
1 锥形流量计测量原理
因为管壁摩擦力减小了流过管壁的流体速度，所以在管道中流速分布为：在管壁处流速接近零，愈靠近管线中心流速愈大，在管线中心处流速最大。而当流体流过锥形流量计时，因锥形流量计是通过在管线中心悬挂一个锥形体来节流，锥体直接与流体高速中心部分相互作用，迫使管线中心的高速流体与接近管壁的低速流体均匀化，即两者的流速趋于一致。
与各种节流装置的结构比较，标准孔板是流体在管道中心突然收缩，不仅阻力损失大，而且加剧了流体流速分布的不均匀性，管道边缘阻断，脏污介质聚集在标准孔板前后；文丘里管(和标准孔板一样仍然是标准节流装置的一种)则是在管道中心逐渐收缩，虽然流体流速分布的不均匀性仍然存在，但阻力损失稍有降低，脏污介质聚集的情况有所改善，只是制作困难；环形孔板是在管道中心置一圆盘，而管道边缘则可流通，即从标准孔板的管道中心突然收缩转变为管道边缘突然收缩，因而可使管道内流速均匀化，可使脏污介质不致聚集在环形孔板前后；而锥形流量计是在管道中心置一圆锥，它的结构是管道边缘逐渐收缩，阻力损失小，且可使管道内流速均匀化，使脏污介质不致聚集在环形孔板前后。由此得出结论：锥形流量计是节流装置发展过程中一系列革新的必然结果。
2 锥形流量计特点
(1)直管段要求低。虽然所有差压式流量计都是依据伯努利定理进行测量，但伯努利定理有一个基本要求，即被测量的流体必须为理想流体。采用孔板、喷嘴等传统的差压流量计的节流装置时，为了尽量满足伯努利定理的要求，必须有非常长的前、后直管段，以便将不规则流动的流体尽可能整形成为理想流体。而锥形流量计流量采用独特的置于管道中心的流线型节流结构设计，在检测流量之前，同时对不规则流动的流体进行整流，在不增加流体整流器的情况厂，工5妙地解决流体整流的问题。中心悬挂的流线型锥体能重塑流速曲线，在紧靠锥体上游和下游较窄的区域内(前0~3D，后0~1D)，将流速不规则的液体直接整流成理想液体，可充分满足伯努利定理的要求，获得很高的测量精度和重复性。不需要非常长的直管段整流，这在流量计的安装过程中有很重要的意义。山东焦化制气厂使用的石油液化气锥形流量计(口径270mm)在安装过程中，由于现场条件限制，流量计前、后直管的距离分别为1000mm和600mm，但流量计仍能正常稳定运行。
(2)耐污染，不易堵。原来使用的是孔板流量计和均速管流量计，由于煤气中含有焦油、萘、硫、氨水等多种杂质，孔板或均速管必须定期清洗或用蒸汽吹扫，否则孔板上、下游端面、上游侧直角入口边缘将受到污染，仪表导压管会不畅通或堵塞，影响系统测量精度；孔板前、后直管段积水会使管道流通面积减小，流速提高，差压增加，流量显示值偏高，严重时因导压管堵塞，变送器无法正常运行。为确保仪表正常稳定运行，仪表工维护工作量很大。锥形流量计有自吹扫式的结构设计特点，无滞留死区。介质流过锥体时会加速，不断冲刷正压取压孔、锥体外壁及锥体附近管壁，而负压取压孔则被一小段不流动介质所隔离，脏污杂质进不去，因此锥形流量计可用于各种含杂质、易结晶的脏污介质，如焦炉煤气、发生炉煤气等介质。山东焦化制气厂采用的五台锥形流量计对焦炉煤气、发生炉煤气和石油液化气的流量进行测量，有的使用已三年，至今未进行过维护，流量计未发现有节流装置污染、仪表导压管堵塞、管道积水、流量显示值异常等现象，大大降低了仪表的维护工作量，提高了煤气流量测量的准确性和可靠性。
(3)差压值大，量程比宽，适用于低压低流速介质的流量测量。在焦化厂煤气流量测量过程中，测量对象的特点是管道直径大、压力低，流速慢，孔板流量计一般选配微差压变送器(山东焦化制气厂使用的是罗斯蒙特公司的1151DR)，在煤气压力为3500Pa时，正常的差压在100~1000Pa之间变化(山东焦化制气厂回炉煤气满量程的差压值为630pa)，流量计的差压信号较小。而在采用均速管流量计时，由于管道煤气流速低，差压信号非常小对系统精度影响很大，山东焦化制气厂城市煤气计量采用均速管流量计，最大差压只有120Pa，正常值为2~5Pa，系统精度很差。差压信号小会影响变送器校验、使用的精度；孔板有污染、仪表导压管不畅、管道有积水对系统精度影响也很大。而锥形流量计由于是类似孔板的节流件，差压值远大于均速管流量计，相对孔板来说，由于是管道边缘逐渐收缩，阻力损失小，因而可在阻力损失相同的情况下，设计时可选用差压值较大的锥形流量计，如表1所示，几台锥形流量计测量煤气时差压值均大于孔板测量时的差压值。提高了差压信号，为变送器校验创造了条件，也提高了系统的测量精度。
某些测量对象，如出厂煤气、掺烧煤气的流量测量，因最大最小流量相差较大，通常孔板只能达到3∶1的量程比，只好采用多管并联的方法解决测量精确度不降低的问题，而锥形流量计的量程比可大于10∶1，因而在低量程时的测量精确度较高，适用范围更宽。

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