以節(jié)流裝置為檢測元件的差壓式流量計(jì)是應(yīng)用范圍廣泛，使用成熟，用量巨大的一類流量計(jì)，迄今仍在不斷發(fā)展。在工業(yè)應(yīng)用，特別是蒸汽流量的測量中，孔板是使用泛的節(jié)流裝置。但在實(shí)際應(yīng)用中， 由于具體工況的限制，以及孔板的壓損大、能耗高、量程比小、精度低、直管段要求長、易磨損、維護(hù)量大等諸多缺陷，使其越來越跟不上當(dāng)今現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的需要。美國國家航空*馬歇爾航空飛行中心設(shè)計(jì)發(fā)明的一種新型多孔平衡流量計(jì)作為第三代節(jié)流裝置， 簡稱A+K平衡流量計(jì)，使一次源的測量精度、重復(fù)性、可靠性都達(dá)到了一個的嶄新高度。
平衡流量計(jì)巧妙地將多孔整流器和測量孔板合二為一，能大限度地將流場平衡調(diào)整成理想狀態(tài)，從而將差壓式流量計(jì)的優(yōu)勢發(fā)揮到。其結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。
圖1 A+K平衡流量計(jì)結(jié)構(gòu)原理圖
1 工作原理
A+K多孔平衡流量計(jì)的節(jié)流原理由邊緣節(jié)流改為平衡節(jié)流是將一個多孔的圓盤節(jié)流整流器安裝在管道的截面上，每個孔的尺寸和分布基于*的公式和測試數(shù)據(jù)定制，稱為函數(shù)孔。當(dāng)流體穿過圓盤的函數(shù)孔時，流體將被平衡調(diào)整，渦流被小化，形成近似理想流體，通過標(biāo)準(zhǔn)取壓裝置，可獲得穩(wěn)定的差壓信號， 根據(jù)伯努利方程計(jì)算出體積流量、質(zhì)量流量。 |
平衡流量計(jì)巧妙地將多孔整流器和測量孔板合二為一，能大限度地將流場平衡調(diào)整成理想狀態(tài)，從而將差壓式流量計(jì)的優(yōu)勢發(fā)揮到。其結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。
圖1 A+K平衡流量計(jì)結(jié)構(gòu)原理圖
多孔平衡流量計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)孔板相比較在實(shí)際應(yīng)用中有如下優(yōu)點(diǎn)：
（1） 精度高、重復(fù)性好
多孔平衡流量計(jì)傳感器具有對稱多孔結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，能對流場進(jìn)行平衡，降低了渦流、振動和信號噪聲。而孔板的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是從管壁向管道中心突然收縮，造成了孔板與管壁處的直角區(qū)域，這直角區(qū)域在流體流過后會造成大渦流。如果是測量蒸汽，那么蒸汽在受到節(jié)流件的直接阻擋后會有部分液化現(xiàn)象， 液化后的蒸汽會受渦流的影響停留在孔板與管壁處的直角區(qū)域，形成對取壓信號的嚴(yán)重干擾。這種干擾對儀表的精度造成了很大影響。孔板節(jié)流件精度為
±1%~2%，而多孔平衡流量計(jì)精確度可達(dá)±0.3％、
±0.5％，從其綜合性能來看平衡流量計(jì)傳感器更適用于計(jì)量場合。
（2） 直管段要求低
多孔平衡流量計(jì)傳感器由于壓力恢復(fù)比孔板快兩倍，大大縮短了對直管段的要求，其前后直管段一般為前3D后1D，小可以小于0.5D。而標(biāo)準(zhǔn)孔板一般要求都在15D以上，如果孔板流量計(jì)上游側(cè)在不同平面內(nèi)有兩個以上90°彎頭則直管段要求至少50D。在當(dāng)今社會鋼材大幅度*的背景下，長直管段將不再是小的成本，尤其是大口徑管道和特殊昂貴材料的管道，比如說鋯材、哈氏合金等，直管段的成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)高過儀表價(jià)格。因此，采用平衡流量計(jì)可以節(jié)省大量資金，管徑越大、材料越貴，節(jié)約越明顯。
（3） 壓力損失低
多孔平衡流量計(jì)多孔對稱的平衡設(shè)計(jì)，減少了紊流剪切力和渦流的形成，降低了動能的損失，在同樣的測量工況下，與傳統(tǒng)節(jié)流裝置比較，壓力損失較少了70％，從而節(jié)省了相當(dāng)大的運(yùn)行能量成本。
（4） 免維護(hù)、使用壽命長
多孔平衡流量計(jì)由于采用了多孔平衡的結(jié)構(gòu)，節(jié)流件流通的邊緣采用的是直角結(jié)構(gòu)或鈍角結(jié)構(gòu)，改善了對孔板入口銳度的要求，使磨損減少，增加了耐磨性。
（5） 耐臟污不易堵
多孔平衡流量計(jì)多孔對稱的平衡設(shè)計(jì)，易于通過粘稠介質(zhì)和含雜質(zhì)較多的介質(zhì)（例如焦?fàn)t煤氣和高爐煤氣），也可以進(jìn)行氣液兩相、泥漿甚至固體顆粒測量，污物不易沉積、附著，提高了測量的準(zhǔn)確性和使用的維護(hù)周期。
（6） 量程比寬、雷諾數(shù)使用范圍廣
多孔平衡流量計(jì)的量程通?？蛇_(dá)到10：1，選擇合適的參數(shù)可以做到30：1或更高?？装宓牧砍掏ǔＶ挥?：1。標(biāo)準(zhǔn)孔板不宜在低雷諾數(shù)下進(jìn)行測量，標(biāo)準(zhǔn)孔板的流量系數(shù)通常在雷諾數(shù)4000以上時趨于穩(wěn)定，在低雷諾數(shù)時，其流量系數(shù)會隨雷諾數(shù)的變化而變化，影響很大。而多孔平衡流量計(jì)具有無滯留區(qū)的特點(diǎn)，雷諾數(shù)對它影響很小。當(dāng)雷諾數(shù)小至500時，多孔平衡流量計(jì)的準(zhǔn)確度和流量系數(shù)變化不大。
（7） 可測高溫高壓等特殊工況介質(zhì)
多孔平衡流量計(jì)工作溫度可達(dá)850℃，工作壓力可達(dá)42MPa，適合極低溫流體LNG、液空氣、液氮、液氧、液氬、液化乙烯、液氫、等，并能有效防止氣化，測量效果。在有些工況下，介質(zhì)在臨界狀態(tài)附近，溫度和壓力的變化很容易引起液體氣化。當(dāng)介質(zhì)流過節(jié)流件時，流速增加，靜壓力降低，如果壓力低于蒸發(fā)壓力，會產(chǎn)生氣化現(xiàn)象。當(dāng)液態(tài)氣體流過平衡流量計(jì)時，由于它的*結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，性能比孔板優(yōu)化很多，氣化問題得到好的解決。
3 多孔平衡流量計(jì)節(jié)能舉例
流量計(jì)作為測量元件，本身也是一個耗能元件。流量計(jì)的運(yùn)行成本包括測量精度成本和介質(zhì)輸送成本，測量精度成本是因計(jì)量不準(zhǔn)確造成的貿(mào)易結(jié)算損失。對于貴重介質(zhì)，精度成本十分重要。介質(zhì)輸送成本是介質(zhì)輸送過程消耗的能量，主要以由測量元件造成的壓力損失為標(biāo)志，就蒸汽等含能介質(zhì)而言。介質(zhì)輸送成本是一筆很大的開支（消耗的電能），易被忽略，因?yàn)樗辉谝淮瓮顿Y里體現(xiàn)，但在動態(tài)投資里遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過儀表的一次投資。以具體蒸汽測量實(shí)例作為比較：
工況條件：測量介質(zhì)為過熱蒸汽，管徑為ф325×13，壓力為3900kPa，溫度為450℃，在此溫度、壓力下其蒸汽密度為12.511kg/m3，介質(zhì)流量為50t/h。設(shè)備一年運(yùn)行365天，每天運(yùn)行24h，每度電電費(fèi)為0.5元，電動機(jī)效率η=0.8。為了方便比較，多孔平衡流量計(jì)與孔板的差壓值都取12kPa。
式中：Q為流體體積流量；PPL為節(jié)流件產(chǎn)生的壓損；η為電動機(jī)功率；Hp為功率損失。
流體體積流量計(jì)算公式：
體積流量=質(zhì)量流量÷介質(zhì)密度通過計(jì)算得出：
Q =3996.5m 3/h=1.11m3/s。
A+K平衡流量計(jì)測量時：所產(chǎn)生的差壓為12kPa，
所產(chǎn)生的壓損為2.8kPa。
則損失的功率為：
Hp=1.11×2.8÷0.8=3.885(kW)
能耗換算成年度電費(fèi)：
年度電費(fèi)=365×24×3.885×0.5=17 016元
孔板測量時：所產(chǎn)生的差壓為12k Pa，所產(chǎn)生的壓損6.6kPa。
則孔板損失的功率為：
Hp=l.11×6.6÷0.8=9.158(kW)
能耗換算成年度電費(fèi)：
年度電費(fèi)=365×24×9.158×0.5=40112元
那么一年孔板的直接運(yùn)行成本比A+K平衡流量計(jì)高（40112－17016）＝23096元。
通過以上對比不難發(fā)現(xiàn)多孔平衡流量計(jì)比孔板在實(shí)際應(yīng)用中更具有*性。
