1 彎管流量計(jì)的應(yīng)用

    1.1 彎管流量計(jì)的原理

    與傳統(tǒng)流量計(jì)相 比，我們可以得知：彎管流量計(jì)實(shí)際是一種壓差流量計(jì)，其本質(zhì)和傳統(tǒng)流量計(jì)是一樣的。但彎管流量計(jì)壓差的產(chǎn)生又與傳統(tǒng)的不甚相同。傳統(tǒng)的流量計(jì)的壓差依靠節(jié) 流裝置來(lái)產(chǎn)生，當(dāng)流體流經(jīng)節(jié)流裝置時(shí)，如閥口、通道、通流截面變化等，由于流體的流速和方向均發(fā)生變化，因此產(chǎn)生渦旋，導(dǎo)致壓力損失而產(chǎn)生壓差。彎管流量 計(jì)的理論基礎(chǔ)是人們通過(guò)求解彎管內(nèi)的流體微分方程得到的，又通過(guò)實(shí)驗(yàn)、模擬的方法對(duì)彎管流量計(jì)進(jìn)行了完善，使其能夠?qū)嵱没?。?dāng)流體經(jīng)過(guò)彎管處時(shí)，彎管內(nèi)側(cè) 速度增大，外側(cè)速度減小，根據(jù)質(zhì)量守恒和能量守恒得到的伯努利方程可知，同一截面速度的不同便會(huì)造成壓力的不同，在內(nèi)外表面就會(huì)形成壓力差，這種壓力差在 角度為45°處達(dá)到zui大。如圖1所示。

圖1 彎管45°截面處速度分布

    經(jīng)研究表明，截面處的平均速度與壓力差的平方成正比，同時(shí)分析速度與彎管內(nèi)徑和彎曲半徑的關(guān)系?？傻?5°截面處的如下關(guān)系式：

    其中：υ是流體速度，m/s；D是彎管內(nèi)徑，mm；α（R⋅D）是流量系數(shù)；R是彎曲半徑，mm；ΔP是45°處內(nèi)外壓差，Pa。

    1.2 彎管流量計(jì)的優(yōu)勢(shì)

    由于彎管流量計(jì)具有壓力損失小、測(cè)量精度高、不易堵塞、抗腐蝕等特點(diǎn)，其在石化、熱電、煤化工等領(lǐng)域應(yīng)用迅速推廣?？偨Y(jié)彎管流量計(jì)的優(yōu)點(diǎn)，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

    1）壓力損失小，節(jié)能。彎管流量計(jì)與普通的節(jié)流型孔板流量計(jì)相比壓力損失大大降低，這樣更節(jié)能，因節(jié)流而產(chǎn)生的壓力損失高達(dá)該流量壓差的 70%至80%，為了達(dá)到某一設(shè)計(jì)參數(shù)，只能提高進(jìn)口壓力，這對(duì)設(shè)備是極其不利的，同時(shí)也降低了經(jīng)濟(jì)效益。若采用彎管流量計(jì)，將其安裝在管道90°轉(zhuǎn)彎 處，可用于代替90°彎頭，并無(wú)其他插入件和節(jié)流元件，主要依靠流體流經(jīng)90°彎頭所產(chǎn)生的慣性離心力來(lái)測(cè)量同一截面處內(nèi)外側(cè)的壓力差而確定流量。所以除 了流體流過(guò)彎管處時(shí)有微小壓力損失，整個(gè)過(guò)程并不會(huì)產(chǎn)生節(jié)流損失，也可減少動(dòng)力消耗，適合應(yīng)用于大流量、大管徑、低壓力的工程中。

    2）量程比大。彎管流量計(jì)量程比大，在惡劣的環(huán)境下也能適用。彎管流量計(jì)的量程比高達(dá)1∶10，即使在流量波動(dòng)很大的情況下，也同樣能得到 準(zhǔn)確可靠的數(shù)據(jù)，彎管流量計(jì)適應(yīng)性強(qiáng)，測(cè)量范圍廣。在一些較惡劣的環(huán)境下，如潮濕高溫的環(huán)境或者有粉塵有振動(dòng)的條件下，彎管流量計(jì)依然能夠測(cè)量出準(zhǔn)確的數(shù) 據(jù)。

    3）測(cè)量精度高。彎管流量計(jì)測(cè)量精度高，穩(wěn)定性強(qiáng)。彎管流量計(jì)的實(shí)驗(yàn)精度可達(dá)0.5級(jí)，實(shí)際精度可達(dá)1.0級(jí)。根據(jù)實(shí)際測(cè)量的偏差可補(bǔ)償 0.2%的誤差，使得測(cè)量精度更高。與超聲波流量計(jì)相比，雖然沒(méi)有其精度高，但是超聲波流量計(jì)要求流動(dòng)穩(wěn)定，在震動(dòng)情況下測(cè)量精度低于彎管流量計(jì)。

    4）穩(wěn)定性強(qiáng)、維護(hù)量小。彎管流量計(jì)無(wú)運(yùn)轉(zhuǎn)部件，其損耗僅為流體的磨損，對(duì)其精度影響小，重復(fù)精度高達(dá)0.2%，其使用壽命與管道的壽命相同。管道內(nèi)無(wú)其它突出部件，不易堵塞，安裝后不必拆下，大大減小了維護(hù)工作量和檢修費(fèi)用，保證了運(yùn)行的連續(xù)和安裝的精度。

    5）安裝簡(jiǎn)單。從整體上來(lái)看，彎管流量計(jì)就是一節(jié)管道，安裝過(guò)程與管道安裝無(wú)異。若采用焊接方法，解決了傳統(tǒng)流量計(jì)的跑冒滴漏現(xiàn)象。傳統(tǒng)流 量計(jì)在其前要安裝一段其直徑10倍長(zhǎng)度的直管，在其后要安裝其直徑5倍長(zhǎng)度的直管。彎管流量計(jì)只需在其前安裝5倍口徑長(zhǎng)度的直管，其后安裝2倍即可，彎管 流量計(jì)更適合空間狹小地方的流量測(cè)量。

    6）耐高溫、耐高壓、抗震。傳統(tǒng)流量計(jì)在高溫高壓下易發(fā)生變形，對(duì)其精度影響較大，同時(shí)降低了內(nèi)部精密部件的壽命，需要定期更換和維護(hù)。震 動(dòng)不會(huì)影響彎管流量計(jì)和孔板流量計(jì)，但是對(duì)于渦街流量計(jì)會(huì)造成影響，渦街流量計(jì)通過(guò)形成卡門渦街，再對(duì)渦旋的頻率進(jìn)行測(cè)量得出流量，管道震動(dòng)的頻率渦旋的 頻率進(jìn)行疊加，造成測(cè)量值不真實(shí)。

    1.3 彎管流量計(jì)的應(yīng)用效果

    1.3.1 蒸汽計(jì)量

    石化廠的蒸汽在100MPa左右，傳統(tǒng)方法是使用孔板流量計(jì)對(duì)其進(jìn)行計(jì)量，孔板流量計(jì)與管道的連接處有兩個(gè)密封墊，受蒸汽的輸送與停止造成 的熱脹冷縮影響，密封墊易失效，導(dǎo)致蒸汽泄漏無(wú)法使用。同時(shí)孔板流量計(jì)是通過(guò)圓孔面的銳角產(chǎn)生壓差測(cè)量流量，對(duì)于腐蝕性、高粘度流體極易磨損銳角，產(chǎn)生較 大誤差。彎管流量計(jì)則是測(cè)量一個(gè)面的壓差得出流量，面的磨損可以忽略，能夠保證重復(fù)精度，保證長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。彎管流量計(jì)是對(duì)稱結(jié)構(gòu)，可測(cè)雙向流，節(jié)約了設(shè) 備的購(gòu)置安裝成本。大慶石化化工一廠于2004年投入了14套彎管流量計(jì)測(cè)量蒸汽，與用戶的蒸汽測(cè)量計(jì)進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)彎管流量計(jì)*要求。

    1.3.2 高壓天然氣的測(cè)量

    天然氣的測(cè)量以孔板流量計(jì)和渦街流量計(jì)為主?？装辶髁坑?jì)使用方便，簡(jiǎn)單可靠。但是安裝要求嚴(yán)格，不能測(cè)脈動(dòng)流。渦街流量計(jì)對(duì)流體品質(zhì)要求 高，無(wú)雜質(zhì)，對(duì)管網(wǎng)抗*力要求高。同時(shí)天然氣的壓損較大。工藝要求管道可進(jìn)行雙向流，否則另建管道。彎管流量計(jì)可進(jìn)行雙向測(cè)量，可以滿足工藝要求，大 大節(jié)約成本。因此彎管流量計(jì)在高壓天然氣計(jì)量得到了廣泛的應(yīng)用。

    1.3.3 多相流的測(cè)量

    目前的傳統(tǒng)流量計(jì)無(wú)法對(duì)多相流進(jìn)行可靠、準(zhǔn)確的測(cè)量，尤其是常見(jiàn)的氣液兩相流。在大多數(shù)情況下，多相流的密度、粘度都是未知的。大多數(shù)的流 量計(jì)都是通過(guò)密度計(jì)算質(zhì)量流量，但在氣液等多相流的工程中，氣體與液體會(huì)隨著溫度壓力的變化而發(fā)生相變，因而密度隨之變化，無(wú)法得到穩(wěn)定的質(zhì)量流量；若在 低溫低壓下測(cè)量，所得數(shù)據(jù)無(wú)法滿足工程實(shí)際需要。傳統(tǒng)的氣液兩相流的計(jì)量都是采用分離法進(jìn)行測(cè)量，近年來(lái)，世界各國(guó)石油石化、熱電等行業(yè)都致力于計(jì)量多相 流的彎管流量計(jì)的研究，用小巧輕便的彎管流量計(jì)來(lái)代替大型累贅的分離設(shè)備。目前研究zui多的就是高壓CO2氣液二相流計(jì)量，該技術(shù)已經(jīng)在華東石油局投入使 用。

    2 彎管流量計(jì)的節(jié)能效果

    目前工程上大多采用傳統(tǒng)的孔板流量計(jì)，這種流量計(jì)前面已簡(jiǎn)單分析過(guò)，會(huì)造成很大的動(dòng)力損耗，浪費(fèi)能源，經(jīng)濟(jì)效益并不高。很多公司已經(jīng)逐步采用彎管流量計(jì)，彎管流量計(jì)具有廣闊的市場(chǎng)前景，以下具體分析彎管流量計(jì)的節(jié)能效益。