在现代的化工和石油化工装置中,时常会遇到一些大口径管道,其中介质大多为气体,例如氮气、工艺风、烟道气、焦炉煤气等介质。如何准确测量这些管道中气体流量,有时是很重要的,例如在硫酸生产装置中,工艺风流量是一个非常重要的工艺参数。一方面工艺风量大小和分配直接关系到沸腾炉内硫是否能充分燃烧,避免炉内*的产生,防止炉膛烧结;另一方面还关系到整个装置的操作状况和平稳运行,以及经济指标的核算、标定。因此,主风量测量仪表应具备高可靠性和较高测量精度。
测量大口径管道的气体流量通常为孔板、文丘里管以及阿牛巴等差压节流元件,但是,节流装置在某些场合却难以采用。在某硫酸装置设计中,工艺风流量测量遇到难题,若采用常规流量仪表孔板、文丘里管或阿牛巴,则安装位置受到限制。工艺管道公称直径700 mm,其直管段前后仅有1 m。对于大口径管道的流量测量, a方案采用孔板流量计,其安装要求高,一般d、后5d应为直管段,满足不了这么长的要求。b方案采用文丘里管,其本身长度近5 m,再加上满足精度要求的最小安装直管段(前5. 5d、后3. 5d) ,共计11. 3 m,受安装条件限制,风机出口管线根本满足不了这么长的直管段要求。c方案采用阿牛巴,其安装要求一般为前5d、后2d,也满足不了这么长的直管段要求。
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随着测量技术的不断发展,近期推出了先进的流量测量仪表———锥形流量计。该流量计不仅很好地解决了直管段长度的要求,而且提高了测量精度,这是由于锥形流量计采用*的中心流线型结构设计,巧妙地解决了长直管段整流的问题。中心悬挂的流线型锥体能重塑流速曲线,在紧靠锥体上游和下游较窄的区域内(前0～3d、后0～1d) ,将流速不规则的流体直接整流成理想流体,获得很高的测量精度和重复性,不需要直管段整流。因此笔者在该管线的气体流量测量中,设计采用了锥形流量计及差压变送器进行测量。本文将结合生产实际,着重比较孔板流量计与锥形流量计测量仪表的各自优缺点,供大家参考。
1 孔板流量计的特点及功能孔板流量计是一种差压型的流量仪表,也是使用历史悠久、应用泛的一种。它是基于流体流动的节流原理,利用流体流经节流元件时产生的压力差与其流量有关而实现测量的。
充满管道的流体,当它流经管道内的节流元件孔板时,流束将在节流元件处形成局部收缩(见图1)。此时流速增大、静压降低,在节流元件前后产生差压,流量愈大,差压愈大,因而可根据差压来衡量流量的大小。这种测量方法是以连续性方程和伯努利方程为基础。
孔板流量计由节流元件、差压变送器和流量显示仪表组成。仪表无可动部件,工作可靠,价格低廉,量程比约为3∶1。应用范围广泛,适用于单相流体,包括液体、蒸汽、气体皆可测量。检测件,特别是标准型的为通用。但现场安装条件要求较高,需较长的直管段长度,对大口径工艺配管一般难以满足。对小口径管道(小于50mm)的流量测量有困难,压损较大,仪表刻度为非线性,测量精度不很高,有时维护工作量较大。
2 锥形流量计的特点及功能锥形流量计是一种新型的高精度差压型流量计。它与孔板节流相反,通过在密闭管道中心线悬挂一个特制的流线型锥体来进行节流,用上游管壁和锥体尾部测量的差压来计算流量。其特点:
①没有直管段安装要求,可以解决其他流量计安装时要求直管段长度较长給现场配管带来的困难,尤其适用于大口径管道单相流体的计量;②低压损、高精度(≤0. 5%) ,适用于需要控制全厂能耗的公用工程流体流量的计量;③的双法兰取压+密封截流锥体结构设计,适用于测量高黏度(如油浆、原油、回炼油、渣油)、粉尘介质的流量;④耐脏污,不易堵,长期稳定性好。
锥形流量计的工作原理锥形流量计也是一种差压型的流量仪表。差压型流量计是基于密封管道中的能量转换原理,也就是说对于稳定流体,管道中流体的流速与差压的平方根成正比。当流体接近锥体时,其压力为p,在通过锥体的节流区时,速度会增加,压力会降低至p。如图2所示,p和p都通过锥形流量计的取压口引到后接的差压变送器上。流速发生变化时,锥形流量计的两个取压口之间的差压值会增大或缩小。当流速相同时,若节流面积大,则产生的差压值也大。