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A+K多孔平衡流量計

文章日期:2019-07-21|閱讀數:



以節流裝置為檢測元件的差壓式流量計是應用范圍廣泛,使用成熟,用量巨大的一類流量計,迄今仍在不斷發展。在工業應用,特別是蒸汽流量的測量中,孔板是使用最廣泛的節流裝置。但在實際應用中, 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、維護量大等諸多缺陷,使其越來越跟不上當今現代工業發展的需要。美國國家航空航天局馬歇爾航空飛行中心設計發明的一種新型多孔平衡流量計作為第三代節流裝置, 簡稱A+K平衡流量計,使一次源的測量精度、重復性、可靠性都達到了一個前所未有的嶄新高度。

1 工作原理

A+K多孔平衡流量計的節流原理由邊緣節流改為平衡節流是將一個多孔的圓盤節流整流器安裝在管道的截面上,每個孔的尺寸和分布基于獨特的公式和測試數據定制,稱為函數孔。當流體穿過圓盤的函數孔時,流體將被平衡調整,渦流被最小化,形成近似理想流體,通過標準取壓裝置,可獲得穩定的差壓信號, 根據伯努利方程計算出體積流量、質量流量。

 
 

平衡流量計巧妙地將多孔整流器和測量孔板合二為一,能最大限度地將流場平衡調整成理想狀態,從而將差壓式流量計的優勢發揮到極致。其結構原理如圖1所示。
圖1 A+K平衡流量計結構原理圖
 2 多孔平衡流量計與孔板性能的對比
多孔平衡流量計與標準孔板相比較在實際應用中有如下優點:
(1) 精度高、重復性好
多孔平衡流量計傳感器具有對稱多孔結構特點,能對流場進行平衡,降低了渦流、振動和信號噪聲。而孔板的結構特點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域,這直角區域在流體流過后會造成大渦流。如果是測量蒸汽,那么蒸汽在受到節流件的直接阻擋后會有部分液化現象, 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域,形成對取壓信號的嚴重干擾。這種干擾對儀表的精度造成了很大影響??装骞澚骷葹?br /> ±1%~2%,而多孔平衡流量計精確度可達±0.3%、
±0.5%,從其綜合性能來看平衡流量計傳感器更適用于計量場合。
(2) 直管段要求低
多孔平衡流量計傳感器由于壓力恢復比孔板快兩倍,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,最小可以小于0.5D。而標準孔板一般要求都在15D以上,如果孔板流量計上游側在不同平面內有兩個以上90°彎頭則直管段要求至少50D。在當今社會鋼材大幅度漲價的背景下,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,直管段的成本遠遠高過儀表價格。因此,采用平衡流量計可以節省大量資金,管徑越大、材料越貴,節約越明顯。
(3) 永久壓力損失低
多孔平衡流量計多孔對稱的平衡設計,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,與傳統節流裝置比較,壓力損失較少了70%,從而節省了相當大的運行能量成本。
(4) 免維護、使用壽命長
多孔平衡流量計由于采用了多孔平衡的結構,節流件流通的邊緣采用的是直角結構或鈍角結構,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
多孔平衡流量計多孔對稱的平衡設計,易于通過粘稠介質和含雜質較多的介質(例如焦爐煤氣和高爐煤氣),也可以進行氣液兩相、泥漿甚至固體顆粒測量,污物不易沉積、附著,提高了測量的準確性和使用的維護周期。
(6) 量程比寬、雷諾數使用范圍廣
多孔平衡流量計的量程通??蛇_到10:1,選擇合適的參數可以做到30:1或更高??装宓牧砍掏ǔV挥?:1。標準孔板不宜在低雷諾數下進行測量,標準孔板的流量系數通常在雷諾數4000以上時趨于穩定,在低雷諾數時,其流量系數會隨雷諾數的變化而變化,影響很大。而多孔平衡流量計具有無滯留區的特點,雷諾數對它影響很小。當雷諾數小至500時,多孔平衡流量計的準確度和流量系數變化不大。
(7) 可測高溫高壓等特殊工況介質
多孔平衡流量計工作溫度可達850℃,工作壓力可達42MPa,適合極低溫流體LNG、液空氣、液氮、液氧、液氬、液化乙烯、液氫、液氯等,并能有效防止氣化,測量效果最佳。在有些工況下,介質在臨界狀態附近,溫度和壓力的變化很容易引起液體氣化。當介質流過節流件時,流速增加,靜壓力降低,如果壓力低于蒸發壓力,會產生氣化現象。當液態氣體流過平衡流量計時,由于它的獨特結構設計,性能比孔板優化很多,氣化問題得到好的解決。

3 多孔平衡流量計節能舉例

流量計作為測量元件,本身也是一個耗能元件。流量計的運行成本包括測量精度成本和介質輸送成本,測量精度成本是因計量不準確造成的貿易結算損失。對于貴重介質,精度成本十分重要。介質輸送成本是介質輸送過程消耗的能量,主要以由測量元件造成的永久壓力損失為標志,就蒸汽等含能介質而言。介質輸送成本是一筆很大的開支(消耗的電能),易被忽略,因為它不在一次投資里體現,但在動態投資里遠遠超過儀表的一次投資。
以具體蒸汽測量實例作為比較:
工況條件:測量介質為過熱蒸汽,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,介質流量為50t/h。設備一年運行365天,每天運行24h,每度電電費為0.5元,電動機效率η=0.8。為了方便比較,多孔平衡流量計與孔板的差壓值都取12kPa。 
功率損失計算公式:
 式中:Q為流體體積流量;PPL為節流件產生的壓損;η為電動機功率;Hp為功率損失。
流體體積流量計算公式:
體積流量=質量流量÷介質密度通過計算得出:
Q =3996.5m 3/h=1.11m3/s。
A+K平衡流量計測量時:所產生的差壓為12kPa,
所產生的壓損為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:
年度電費=365×24×3.885×0.5=17 016元
孔板測量時:所產生的差壓為12k Pa,所產生的壓損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:
年度電費=365×24×9.158×0.5=40112元
那么一年孔板的直接運行成本比A+K平衡流量計高(40112-17016)=23096元。
通過以上對比不難發現多孔平衡流量計比孔板在實際應用中更具有優越性。

4 結束語

節能是一項長期國策,節能不僅是工藝、設備節能,儀表節能也應該引起重視。若工業項目普遍采用多孔平衡流量計,可以節省運行成本,帶來巨大的間接經濟效益。在新一輪的低碳經濟中,節能減排考核是發展低碳經濟的重中之重。而多孔平衡流量計將會成為一個非常合適的具有推廣價值的節能儀表,具有更廣泛的發展空間。


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