在工業上流量計的種類很多，即使是長期從事流量測量的專業人員，為選擇一款最合適的流量計也會頗費斟酌。我部于1999年選用美國VERIS公司生產的Verabar（威力巴）均速流量探頭，測量高爐煤氣。經過五年多實踐應用，該測量系統運行穩定、可靠，很好地解決了高爐煤氣測量的難題。

 

      1 工作原理及結構特點

 

      威力巴是一種遵循伯努利方程的差壓式均速管流量計。

 

      

 

      式中：Q為體積流量；K為流體系數；C為流體常數；DP為差壓式發生器產生的差壓。

 

      20世紀60年代美國出現了最早的商業用均速管流量計，經過近半個世紀的發展演變，均速管流量計形成了自己的一整套成熟理論，并且由于結構簡單，裝拆方便，其適用性非常廣泛。縱觀整個均速管的發展史，期間出現了各種式樣的均速管，這些均速管之間的區別主要在于探頭截面形狀和低壓取壓孔位置的設計，因為這是影響均速管性能的最主要因素。

 

      威力巴在這兩方面的獨特設計，使得其在整個均速管行業中處于領先的地位。

 

      ① 截面為子彈頭形狀（如圖1所示）

 

 

 

      美國VERIS公司根據臨界流體動力學、空氣動力學原理設計了子彈頭形狀的探頭截面。子彈頭截面形狀所受到的牽引力最小，并使得流體與探頭的分離點固定。

 

      威力巴采用完整的金屬腔一體化結構，避免了其它探頭的三片式結構導致的腔室間滲漏，保證了長期精度并有助于提高探頭的量程上限。探頭表面進行粗糙處理并設置防淤槽，這種特殊設置可以控制探頭表面的邊界層，在較大范圍內變化的流速下，保證了流體在探頭表面的邊界層都呈紊流狀態，使得流體在低流速時探頭仍可獲得穩定精確的信號，延伸了探頭量程下限。

 

      ② 低壓取壓孔位于探頭側后兩邊，探頭與流體分離點之前

 

      這種設計既避免了低壓孔受渦流影響，又避免了低壓孔被堵，使低壓信號更穩定、精確。這是威力巴能本質防堵的關鍵所在，也是其性能優于其它各類均速管的奧妙所在。一般情況下，灰塵、沙子和顆粒在渦街力的作用下，集中在探頭的后部。這就是為什么秋天的樹葉總是集中在背風的房子后面的原因。其它的均速管由于低壓取壓孔取在探頭尾部真空區，在渦街力的作用下，探頭的低壓取壓孔很快地被渦流帶來的雜質堵死。威力巴的獨特設計，使低壓取壓孔位于探頭側后兩邊，流體分離點和尾跡區的前部。這種設計從本質上防止了堵塞并且能產生一個非常穩定的信號。

 

      2 技術性能指標及軟件支持

 

      2.1 技術指標

 

      長期測量精度：士1.0%

      重復精度：士0.1%

      適用壓力：0~40MPa

      適用溫度：-180℃~+550℃

      量程比：大于10：1

      適用測量介質：氣體、液體、蒸汽

      測量管道：38~12000mm各種材質的方管、圓管

 

      2.2 流體系數

 

      所有的均速管流量計都是遵循伯努利方程的，在伯努利方程中系數也是反映某種均速管流量計性能的重要依據。除威力巴以外，其它所有的均速管生產廠家都是先到流體實驗室測出他們產品的流體系數，然后在±1.0%的誤差內想出一個符合這些試驗數據的公式來。顯然這樣的做法是不科學的。

 

      美國VERIS公司基于物理學、空氣動力學和流體力學等理論，先從理論上推導出流體系數K的模型公式，然后再去流體實驗室做各種流體實驗，最終驗證了系數精度在士0.5%之內。找到一種能夠精確預測流體系數的方法是很重要的，因為探頭通常是應用在未經實驗檢驗過的流體介質、流體條件和管道尺寸情況下的。如果單憑實驗室里有限的試驗數據，怎么能代表現場復雜的工況情況呢?

 

      威力巴的流體系數主要取決于探頭尺寸、取壓孔位置和探頭截面與管道截面的面積比，是一個與流體雷諾數變化無關的常數。由此保證了威力巴探頭的測量精度。

 

      2.3 軟件支持

 

      美國VERIS公司開發了一款計算軟件，每支探頭使用前，都要根據流體條件進行差壓計算和溫度、壓力分析，以準確的數據保證選用二次儀表及流量測量的準確。軟件中結構共振分析程序對每一支探頭都會模擬工況流體條件進行共振分析，保證了探頭在實際應用中有足夠的強度。

 

      3 威力巴與孔板的比較

 

      在使用威力巴前，萊鋼的高爐煤氣測量基本都使用孔板，孔板作為一種歷史悠久的流量計，其測量理論成熟可靠，但其缺點也是眾所周知的。孔板使用時間一長，精度會急劇下降，需要定期檢測和清洗。像高爐煤氣這樣臟的介質，孔板的這一缺點會顯得異常明顯。

 

      我部于1999年開始使用威力巴測量高爐煤氣，經過五年的實踐和摸索，威力巴與孔板相比，主要體現了以下一些優勢。

 

      ① 安裝極其簡單、快捷，只需進行較小尺寸的焊接。安裝費用比孔板至少節約了60%。管徑越大，在安裝上節約的費用越多。

      ② 威力巴采用非收縮節流設計，比孔板的永久壓損至少低了95%以上。

      ③ 威力巴有“在線型”，即在不停產的情況下，可以方便地安裝、維護，而不影響生產工藝的連續運行。

      ④ 威力巴和孔板相比更節能，詳見表1。

 

表1 威力巴和孔板能耗比較表

 

 

 

壓差信號/KPa

 

壓力損失/KPa

 

損失功率kW

 

年運行費用/元

 

威力巴

 

1.080

 

0.0324

 

0.2275

 

1088

 

孔板

 

5.625

 

3.0938

 

27.65

 

135640

 

      4 結束語

 

      均速管流量計完全可以取代孔板來使用，我部之所以選擇威力巴來代替孔板，主要還是看重其如上面所述的獨特設計，具有廣泛的應用前景。