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弯管流量计替代孔板流量计在蒸汽计量中的应用
发布时间：2017-11-22
孔板流量计因其制造便捷、价格低廉等优点在早期的流量测量中受到企业青睐，得到广泛应用。但随着仪表制造产业的发展及用户需求的提高，越来越多的各式流量计以其优越的特性开始逐步替代孔板流量计。本文以企业中蒸汽计量系统的技术改造为例，介绍弯管流量计的应用情况。
一、使用环境
本企业蒸汽管路为锅炉产出蒸汽经过汽机后输送到各分厂。早期的蒸汽计量系统通过在各锅炉蒸汽出口、汽机前、后及各分厂蒸汽支管上安装孔板流量计进行计量(见图1)。维护人员定期记录数据，计算能源消耗。使用多年后发现流量倒挂，数据不可信。在校验、更新差压变送器和积算仪后仍不能解决问题，怀疑孔板因喇叭口磨损而造成准确度下降。但因孔板流量计口径较大，更换不便，所以尝试用弯管流量计进行替代，并收到了较好的使用效果。
<CTSM> 图1</CTSM>
二、工作原理
弯管流量计与传统的孔板流量计一样，均为差压式流量计，只是弯管传感器是利用流体的惯性原理产生差压的。当流体通过弯管时，由于受弯管的约束流体被迫做类似的圆周运动，流体在作圆周运动时产生的离心力作用于弯管的内外两侧，使弯管传感器内外两侧之间产生一个压力差，该压力差的大小与流体的密度、平均流速、管道的曲率半径、管道内径有关，其表达式为
式中:v――流体在弯管中的平均流速；R――弯管中心曲率半径；D――弯管的内径；ΔP――流体通过弯管传感器时产生的差压值；ρ――介质的密度。
管道内流体的流量
式中:S――管道的内截面积；α――流量系数。
从以上可知，只要准确测量出差压力，在进行运算的同时再考虑到温度、压力对于介质密度的影响进行必要的温度补偿，就能准确地测量介质的流量。
三、特点和适用范围
1.结构简单
传感器主要是一个90°弯头(L形)，在传感器的内外两侧45°处各钻有一个导压孔，内壁光滑，无插入件、感测件或转换件。在此基础上还有180°(S形)等型号的传感器，适合不同弯管段的应用，如图2所示。
<CTSM> 图2</CTSM>
2.重现准确度和测量准确度高
随着机械加工工业的发展和行业标准化及规范化管理的不断完善，用作弯管传感器的标准机制弯头质量得到提高，使其具有±0.2%以上的重现性准确度、1.0级的系统测量准确度。
3.无附加阻力损失
对于蒸汽介质来说，孔板流量计的压力损失会造成蒸汽品质下降，需提高蒸汽压力才能满足生产要求。而弯管流量计因其内部光滑无节流件，不存在管道附加阻力损失的问题，孔板流量计的节流损耗可简单地看成是弯管流量计的节能效果，这对于大系统、大管径、大流量、低压力的测量对象优越性更加明显。如果安装在管道原有弯头处，将使企业得到非常好的节能降耗收益。
4.安装方便、使用寿命长
弯管传感器采用焊接式安装，解决了“跑冒滴漏”等问题。在替代原有孔板流量计时，只需更换不同量程的差压变送器，导压管及信号电缆可基本保持不变，大大减少了现场维修工作量。且传感器耐磨损，可保证长周期稳定工作。
5.适应性好、测量范围宽
只要是能用孔板、涡街等流量计进行测量的流体都可用弯管流量计来进行流量测量，且在耐高温、耐高压、耐冲击、耐震动、耐潮湿、耐粉尘等方面，弯管流量计远远优于这些常用的流量计。震动、冲击对弯管传感器的正常工作几乎没有影响，而高温、高压对于弯管传感器来说只要采用与工艺管道相同材质的标准弯头，就可以得到解决。另外，许多流量测量装置对现场直管段都有较高要求，如孔板流量计要求前10D后5D，而弯管流量计只需前5D后2D即可。弯管流量计的量程范围还较宽，一方面是指弯管流量计对于其测量介质的流速适用范围宽。如蒸汽或其他气体介质，流速范围为(5～70)m/s，液体介质流速范围为(0.3～5)m/s。有足够准确度等级的微差压变送器相配合，则流体流速的低限可取得很小。高质量微差压变送器的应用使弯管流量计能够适应低流速、小信号测量的要求。总之，弯管流量计的量程范围完全可以满足不同对象的流量测量要求。量程范围宽的另一方面是指弯管传感器的几何尺寸没有限制，管径可从十几毫米到1m甚至2m以上。
四、使用中需注意的问题
1.冷凝器的选用
由于原孔板流量计使用的是冷凝罐，在改造为弯管传感器时继续使用。但管道中温度压力的突变会打破冷凝罐中的平衡状态，造成液位波动，对于孔板流量计(产生的压力差为10kPa～100kPa)影响很小，而弯管传感器产生的差压都较微小，影响非常大，极易造成虚假流量。尝试将正、负压室冷凝罐固定安装在一起反而破坏了弯管流量计的测量原理，数据失真。所幸制造商也发现了此类问题，在以后购买的弯管流量计上都配备了冷凝盘。安装时与取压口保持水平，保证了压力的稳定传导。
2.零点迁移
如果弯管传感器不是采用水平转水平的安装状态，就必须对由两个取压口的高度差所造成的导压管内液柱的高度差进行迁移补偿。而冷凝盘不像冷凝罐可以注水，所以可通过弯管的口径和介质密度计算出高度差所产生的压力，对差压变送器进行量程迁移。但最好的方法是在设备停车时，冷凝液充满导压管后关闭取压阀，松开导压管进行现场迁移。
五、结束语
弯管传感器的结构比孔板节流件在蒸汽计量的应用上更具有优势，虽然相对价格会比孔板流量计高，但长期使用所带来的效益回报非一般流量计可比，足可以收回更换成本。本企业在首次安装弯管流量计得出使用经验后，已陆续更换了蒸汽计量系统的大部分孔板流量计。通过几年的蒸汽数据记录、环比，弯管流量计取得了非常好的使用效果。
