0 前言

 

    差壓式流量計（DPF）是流量計中規格龐雜的一大類儀表。其中尤以節流式和動壓頭式的使用最為廣泛。標準型節流式流量計以孔板為代表；動壓頭式多以均速管流量計為主，威力巴是其中最有代表性的一種。目前，在大管徑、低壓損的使用場合，如空氣、高爐煤氣的流量檢測，已越來越多地采用威力巴；但混合煤氣尤其是臟污混合煤氣的流量測量，大多還是用孔板。筆者比較了威力巴和標準孔板各自的優缺點，分析了威力巴在臟污混合煤氣介質中使用的可行性。

 

    1 標準孔板

 

    1.1 優點

 

    標準孔板是應用最普遍的一種節流件，它結構簡單，性能較穩定，使用期限長，價格低廉。

 

    1.2 缺點

 

    與其它節流式差壓流量計一樣，存在以下缺點：測量精度不高（在眾多因素的影響下，精度難以提高），重復性不好；量程比窄；現場安裝條件要求高，維護不便且須在停產時進行；壓損大。

 

    1.3 流量特性

 

    按孔板的流量方程[1]

 

    

 

    式中：qv為體積流量；C為流出系數；ε為可膨脹系數；d為節流件內徑；β為孔板孔徑與管道內徑比；Δp為差壓；ρ1為上游流體密度。其中，β、d、Δp、ρ1為實測量，而C、ε為統計量。

 

    如果實測環境（管徑、節流件孔徑、雷諾數范圍、直管段長度、管壁粗糙度、流體介質物性參數和流動特性等）均符合孔板計算書的要求，孔板精度是有保障的。但是，隨著孔板使用時間延長，其磨損、積污不可避免。美國Florida Gas Transmimion Company進行過一項試驗，測量了一些因數變化時孔板精度的變化*：當邊緣磨損為0.254mm時，精度損失-2.2%；磨損至1.27mm時精度損失達-13.1%；雜質和油脂沉淀對精度的損失達-11.1%。有些使用場合，如混合煤氣等，其物性參數和流動特性是幾個變量的集合，不可能完全符合孔板計算書的要求。所以，這些因素給C、ε這類統計量的確定帶來了很大的困難，按照計算書出具的C、ε進行計算，會不可避免地影響流量檢測的精度和穩定度，有時甚至會嚴重偏離實際值。

 

    2 威力巴*

 

    2.1 優點

 

    可測量多種介質，應用范圍廣；精度高，量程比大；探頭取壓孔采用子彈頭外形設計，防堵能力強（與其它均速管流量計相比）；測量信號穩定，測量結果重復性好；管道永久壓損低；結構牢固，安裝維護費用低，可以在線安裝維修。

 

    2.2 缺點（混合煤氣場合）

 

    在測量介質中含有大量焦油時，有可能造成探頭堵塞；由于節流比小，測量低溫低壓混合煤氣時產生的差壓較低，保證精度（1%）有最小差壓要求（>25Pa）；首次投入費用較高。

 

    2.3 流量特性

 

    流量特性方程為

 

    

 

    式中：qv為體積流量；K的表達式是威力巴流量探頭流量系數的數學分析模型；Cf為流量常數，在特定條件下如定溫定壓下是常數；Δp為差壓。

 

    在流量特性方程中，K系數的實質意義是建立在數學模型上推導出來的實測體積流量與理論體積流量的比值，它主要決定于探頭尺寸、取壓孔的位置和探頭截面與管道截面的面積比，在很大范圍內與雷諾數、氣體組分變化無關；在實際工況中，通過輔助測量p（壓力）、T（溫度）、ρ（密度）、Q（熱值），調整流量常數Cf進行流量補償，這是用威力巴能獲得高測量精度的重要原因之一。

 

    3 用威力巴測量混合煤氣流量

 

    以用威力巴測量杭鋼的混合煤氣為例，會碰到一些問題，但有解決辦法。

 

    1）杭鋼的混合煤氣中，高爐煤氣和焦爐煤氣的配比變化較大，有時甚至是全焦爐煤氣，但絕大部分時間的配比為55%高爐煤氣和45%焦爐煤氣，熱值9600kJ左右，焦油含量適中。威力巴的在線反吹功能可以使堵塞的可能降到最低；即使堵塞，威力巴的在線維護功能使得維護方便，且不用停氣停產。

 

    2）節流比小。雖然差壓也小，但通過選用微差壓變送器可以保證測量精度。同時，為了防止引壓管的壓力損失或氣體泄漏，宜采用一體式變送器。

 

    3）混合煤氣為低溫低壓氣體，流速較慢時，尤其在低流速區差壓小于25Pa時，雖然實測流量精度會降至2%~5%；但即使差壓降到1Pa時其重復性仍很好。

 

    4）雖然威力巴的首次投入費用較高，但運行及維護費用較低。如在下列條件下：DN529（δ=5）、壓力6kPaG、溫度20℃、相對密度1.0673、流量7000Nm3/h，威力巴產生差壓為121Pa，壓損PPL為其3%，功率損失僅9W（=Q×PPL/η）；而同一個檢測點若換成孔板，則功率損失為1.27kW。所以，使用威力巴每年可節約電費5500元（每度電費按0.5元計），雖然首次投入較大（2.5萬~3萬元），但運行四年后即與孔板的首次投入和運行費用總和相當。另外，威力巴的維護安裝費可以忽略，而孔板則相當高，而且隨著管徑增大而大幅上升。

 

    4 結語

 

    威力巴與孔板相比，威力巴計量精度高，管道永久壓損低，而且可以在線安裝維修，其在線反吹功能可防止堵塞，采用一些相應措施后，用于混合煤氣流量檢測較之孔板有很大優勢。雖然在煤氣熱值高、流量少時威力巴精度有所下降；但孔板在介質特性大范圍波動時，精度及其復現能力降低得更多。