彎管流量計的特點及應用分析

分類：技術教程日期：2011-12-07 00:00:00 來源：西部工控網

1.概述

　　隨著現代工業生產規模的發展，企業對能源的要求越來越重視。工藝過程控制、生產成本核算、能源計量考核等能源的調控方面的問題對流量測量越來越依賴，因此準確測量蒸汽、天然氣、水等介質的流量在工業能源節能方面越來越重要。彎管流量計的研究、設計已有80余年的歷史，但因各種技術的限制其工業應用存在很大困難。隨著彎管加工技術和測量技術的進步，在最近幾年得到廣泛關注和有效推廣。本文通過對傳統流量計與彎管流量計的應用性能比較，經過比對、測算分析，彎管流量具有壓損小、易維護、測量精度高、重復性好等特點，能夠較好的解決能源的計量問題。

　　2.彎管流量計的工作原理

　　彎管流量計與傳統的孔板流量計一樣，同屬于差壓式流量計的范疇，只是彎管流量計產生差壓的方式與孔板流量計不同。孔板是利用流體的縮放原理產生差壓的，而彎管傳感器是利用流體的慣性原理產生差壓的。當流體通過彎管時，由于受彎管的約束流體被迫作類似的圓周運動，流體在作圓周運動時產生的離心力作用于彎管的內外兩側，使彎管傳感器內外兩側之間產生一個壓力差，該壓力差的大小與流體的密度、平均流速、管道的曲率半徑、管道內徑有關，其表達式為

　　其中v—流體值彎管中的平均流速；

　　R—彎管中心曲率半徑；

　　D—彎管的內徑

　　—彎管中心曲率半徑；

　　ΔP—流體通過彎管傳感器時產生的差壓值；

　　—介質的密度；

　　管道內流體的流量

　　從以上可知，只要準確測量出壓力差，在進行運算的同時再考慮到溫度、壓力對于介質密度的影響進行必要的溫度補償，就能準確的測量介質的流量。

3.彎管流量計的特點及與其他流量計性能比較

　　1.1結構簡單，性價比高

　　結構簡單，價格低。彎管傳感器實際上是一個90度標準彎頭，沒有比它結構更簡單的流量傳感器了。隨著機械加工工業的發展和行業標準化及規范化管理的不斷完善，用作彎管傳感器的標準機制彎頭其質量越來越好，價格也越來越低。法蘭式取壓的孔板流量計是市場上價格最便宜的流量計，彎管流量計的價格完全可以和它相比。

　　1.2可測量容易臟污、易堵塞介質的傳感器

　　煤氣（包括：高爐煤氣、焦爐煤氣、發生爐煤氣等）、煙氣等屬臟污介質，容易堵塞、粘連傳感器關鍵部位，直接影響測量。傳統孔板流量計及渦街流量計基本無法保證長期運行的準確性與穩定性。循環水水質較差，對流量測量裝置的污染影響較大。孔板流量計的節流件或渦街流量計的插入件極易被循環水玷污或堵塞，尤其是孔板節流口的直角部分，即使是輕微的玷污也會對測量精度造成極大的影響。彎管傳感器對于類似煤氣、循環水這樣的介質其適應性是不用懷疑的，即使是長期的運行也能保證彎管流量計的正常工作，保證其足夠的測量精度。

　　1.3適應性強，量程范圍寬，直管段要求不嚴。只要是可以用孔板、渦街、均速管流量計來測量的管道內流體流量都可以用彎管流量計進行測量，而且在耐高溫、耐高壓、耐沖擊、耐振動、耐潮濕、耐粉塵等方面，彎管流量計遠優于其它流量計。對于渦街流量計來說其使用性是十分有限的，這與其測量原理有關，實測測量結果產生較大的附加誤差影響了測量精度，造成測量不準。所有這些問題對彎管流量計來說幾乎沒有影響，而高溫、高壓對于彎管傳感器來說只要采用與工藝管道相同材質的標準彎頭，就可以得到解決。

　　彎管流量計的量程比可達1：10。量程范圍寬一方面是指彎管流量計對于其測量介質的流速適用范圍寬，對于蒸汽或其它氣體介質，流速范圍為0~70m/s，可以較好地滿足蒸汽流量測量的要求；液體介質流速范圍為0~5m/s。以上所說的流速范圍也沒有嚴格的限制，如果被測介質沒有上限流速的限制，則流速范圍還可更大；有足夠精度的微差壓變送器相配合，則流體流速的低限可取得很小。高質量微差壓變送器的應用使彎管流量計能夠適應低流速、小信號測量的要求。總之，彎管流量計的量程范圍完全可以滿足不同對象的流量測量的要求。量程范圍寬的另一方面是指彎管傳感器的幾何尺寸沒有限制，管徑可從十幾毫米到一米甚至兩米以上。

　　直管段要求不嚴格也是彎管流量計在現場使用中十分重要的特點之一，許多流量測量裝置都因為現場直管段不能滿足要求而不能進行測量或不能保證其測量精度。彎管流量計由于其特殊的測量原理，使其在實際應用時對直管段的要求不嚴格，一般只要求前5D、后2D即可，遠遠低于其他流量測量裝置的要求。

　　1.4彎管流量計精度高，重現性好，測量精度可達1％，重現性精度可達0.02％，一次安裝后，不再需要重復拆裝，因此，其安裝精度也能得到最佳保證。

　　1.5無任何附加節流件或插入件，無附加壓力損失，節約能源

　　對孔扳流量計來說，流體在孔板上的壓力損失是不可恢復的，其損失可達孔板在該流量下產生的差壓值的60%~80%。彎管流量計與其他流量計相比最重要的是無任何附加節流件或插入件，不存在管道附加阻力損失的問題，孔板的節流損耗可簡單地看作是彎管流量計的節能效果，這對于那些大系統、大管徑、大流量、低壓力的測量對象好處更加明顯。這一特點給彎管流量計的工業化應用帶來了巨大的便利和經濟效益。

　　1.6免維護的流量傳感器

　　彎管流量計傳感器耐磨損，對微量磨損不敏感，在高速流體沖擊下不會變形、扭曲、震動，長期高低溫工作條件下敏感元件不會老化、變質而降低穩定性和靈敏度。對于環境中可能出現的震動、粉塵、潮濕、電磁場干擾不敏感，經過長周期運行它的穩定性、靈敏度、準確性不會發生明顯變化，能在最大程度上防止傳感器被粘污、結疤、堵塞等等。而孔板流量計的節流口對微量磨損就十分敏感。一般計量用孔板流量計的孔板每年必須進行一次或一次以上的強制性磨損檢查，這是保證孔板流量計準確計量的必要條件。對于那些大管徑的孔板和蒸汽孔板，其拆裝難度之大，維修費用之高，給使用者帶來了額外的負擔。彎管傳感器因耐磨損、免維護、長周期高精度運行的特點，采用直接焊接法進行安裝，使現場跑冒滴漏的問題得到徹底的解決。

　　1.7測量數據可直接接入DCS系統

　　測量數據可直接輸入DCS系統。專用主機配有RSR-232、485通訊接口。

4、彎管流量計的應用分析

　　以前進熱電廠現有三臺65噸/鍋爐，三臺1.2萬千瓦機組的流量計改進為依據進行分析。

　　4.1改進方案

　　三臺65噸/時鍋爐，改進前的生產工藝如圖1所示。每臺鍋爐主蒸汽管道原安裝兩個孔板流量計，共六臺。由于孔板流量計采用截流產生壓差的原理計算蒸汽流量，因此，蒸汽在流過孔板時造成壓力損失。經測定，蒸汽流過孔板流量計造成壓力損失約0.05MPa，蒸汽由鍋爐進入汽輪機需經過兩個孔板流量計，在孔板流量計上造成的壓力損失約0.1MPa，加上蒸汽管道及閥門造成的壓力損失，使鍋爐過熱器集汽聯箱出口至汽輪機進汽口之間管道損失達到0.4MPa。即使鍋爐壓紅線運行（3.82MPa）、汽輪機進汽壓力只能達3.4MPa（設計進汽壓力為3.47MPa），致使發電汽耗上升，發電煤耗上升，一年造成420萬kWh電能的損失，折合原煤達到4200噸/年，增加二氧化硫排放量21.5噸。

圖1原有生產工藝圖

　　用彎管流量計代替孔板流量計，彎管傳感器安裝于原管道的90度轉彎處，即取代了原90度彎頭。不增加任何壓力損失，可將節流孔板流量計裝置產生的壓力損失完全節省下來。改進工藝見圖2。據測算，將減少蒸汽管道上的壓力損失0.1Mpa。從而在鍋爐工況不變的情況下提高汽輪機進汽壓力0.1MPa，使汽輪機進汽壓力提升至3.5MPa，根據12MKW汽輪機負荷特性曲線，滿負荷的情況下進汽壓力由3.4MPa提升至3.5MPa，負荷增加200kWh，發電汽耗下降0.1kg/kWh。從而達到節能降耗目的。

　　4.2改進后經濟效益分析

圖2改進工藝圖

　　（1）節能效益

　　根據12MW汽輪機負荷特性曲線，由于現有節流孔板阻力的影響，滿負荷的情況下進汽壓力由3.5MPa降低至3.4MPa，發電量將減少200kWh。本項目投入運行后，將避免該蒸汽壓降能耗損失，汽輪機汽耗率降低0.1kg/kWh，本項目的節能經濟效益是明顯的。僅從減少蒸汽熱能損失、在相同蒸汽量條件下增加發電量或在相同發電量的條件下節約蒸汽耗量這一點來計算，節約原煤4200噸/年，減少生產成本達到210萬元，投資回收期僅3個月。本項目是個有效節能、節約資源的清潔生產項目。

　　(2)環保效益

　　本項目是一個從源頭削減和控制污染物產生的工程項目。投入生產運行后，節約原煤4200噸/年。則能減少二氧化硫產生量達到54噸/年，減少二氧化硫排放量21.5噸/年，減少3570萬m3/年的煙氣排放量。因此，環境效益顯著。

　　5、結論

　　5.1孔板流量計壓力損失不可小視，由此帶來的能源消耗很大（一般為孔板差壓值的60%左右），應引起企業的高度重視。

　　5.2彎管流量計無附加阻力損失、免維護、耐高溫、耐高壓，測量精度完全滿足現場需要。

　　5.3通過技改采用新技術，節能降耗，為企業創造可觀的經濟效益和社會效益。

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　　[作者簡介]牟愛霞(1983－)，女，漢族，山東淄博人，山東工業職業學院教師。主要從事自動化檢測，智能傳感器應用等方向的研究和教學工作。