弯管流量计的工业应用

一、弯管流量计的原理弯管 流量计是一种差压式的流量计，是利用流体流经弯管传感器产生离心力的原理来测量流体流量的。当流体流经弯管时，由于弯管的约束，迫使流体在弯管内作类似的圆周运动，根据流体强制旋流理论，流体作圆周运动遵循的规律与固体在空间状态下作圆周运动相似。弯管内的流体由于作圆周运动而产生离心力，该离心力的大小与流体流速、流体的质量（密度）以及作圆周运动的曲率半径等因素有关。离心力的作用使流体对弯管内、外侧产生压力差，测出此差压值就可计算出管道内流体的流速，进而计算出流体的流量值，这就是弯管流量计的基本测量原理。 二、弯管流量计的基本特点及与其它流量计性能比较 1、结构简单，性能价格比优越弯管传感器是用标准几何90度弯管加工制作而成的，法兰式取压的孔板流量计是市场上价格最便宜的流量计，弯管流量计的价格完全可以和它相比。 2、免维护的流量传感器真正意义上的免维护流量测量装置是没有的，我们这里所谓的免维护流量测量装置应该具备如下的基本品质：工作中不会磨损或者对磨损不敏感；在高速流体冲击下不会变形、扭曲、震动；长期高低温工作条件下敏感元件不会老化、变质而降低稳定性和灵敏度；对于环境中可能出现的震动、粉尘、潮湿、电磁场干扰不敏感；经过长周期运行它的稳定性、灵敏度、准确性不会发生明显变化；能在最大程度上防止传感器被粘污、结疤、堵塞等等。符合免维护传感器的标准，保证了流量计长期高精度测量的工作状态。而孔板流量计的节流口对微量磨损就十分敏感。规程规定，计量用孔板流量计的孔板每年必须进行一次或一次以上的强制性磨损检查，这是保证孔板流量计准确计量的必要条件。对于那些大管径的孔板和蒸汽孔板，其拆装难度之大，维修费用之高，给使用者带来了额外的负担。弯管传感器因耐磨损、免维护、长周期高精度运行的特点，可满足直接焊接安装的技术条件，焊接法安装解决了流量测量装置现场跑、冒、滴、漏等令人头痛的问题。 3、无任何附加节流件或插入件，无附加压力损失，节约能源这一特点给弯管流量计的工业化应用带来了巨大的便利和经济效益。对孔扳流量计来说，流体在孔板上的压力损失是不可恢复的，其损失可达孔板在该流量下产生的差压值的60%~80%，为了提高其测量精度，设计人员在选定孔板流量计的工作差压值时一般都取高值，使该压力损失成为不可忽视的数值。弯管流量计则不存在管道附加阻力损失的问题，孔板的节流损耗可简单地看作是弯管流量计的节能效果，这对于那些大系统、大管径、大流量、低压力的测量对象好处更加明显。在蒸汽测量系统中，为维持一台安装在百吨/小时流量管道上的孔板流量计正常运行，年耗电数万度，折合人民币数万元。这里仅考虑孔板流量计压力损失为几十千帕，为使这个问题有一个量的概念，我们做出了一些推算列在表中。表一的数据为蒸汽流量测量中不同的压力损失，孔板流量计引起的额外耗电量、电耗费用，其中运行天数按360天计算，电价按0.4元计算。表一 孔板压力损失(KPa) 体积流量（m3/h） 能耗（KW）年运行费用（万元）  10 5000 13.8 94.8 7000 19.4 46.7 10000 27.7 89.6 20 5000 27.7 89.6 7000 38.8 813.4 10000 55.5 619.2 30 5000 41.6 714.4 7000 58.3 220.1 10000 83.3 428.8 40 5000 55.5 619.2 7000 77.7 626.8 10000 111.1 238.4 由表一可见流量为5000m3/h的蒸汽，当孔板压力损失为20KPa时，运行费用为9.6万元。而弯管流量计没有附加阻力损失，如用弯管流量计代替孔板流量计进行蒸汽流量测量，可大大地降低运行费用，获得可观的经济效益。 4、可测量容易脏污、易堵塞传感器的流体循环水水质较差，对流量测量装置的污染影响较大。孔板流量计的节流件或涡街流量计的插入件极易被循环水玷污或堵塞，尤其是孔板节流口的直角部分，即使是轻微的玷污也会对测量精度造成极大的影响。弯管传感器对于类似循环水这样的介质（如高炉煤气等）其适应性是不用怀疑的，即使是长期的运行也能保证弯管流量计的正常工作，保证其足够的测量精度。我们的措施是： （1）在允许的范围内尽可能加大取压孔的孔径； （2）取压孔连接的根部阀选择三通旋塞阀，方便对取压孔进行必要的疏通； （3）定期用低压蒸汽对取压阀以及取压孔进行吹扫、清洗，对易结疤的介质可以在一定程度上改善弯管传感器的工作状态。 5、适应性强，量程范围宽、直管段要求不严格只要是能用孔板、涡街，均速管等流量计进行测量的流体都可用弯管流量计来进行流量测量，且在耐高温、耐高压、耐冲击、耐震动、耐潮湿、耐粉尘等方面，弯管流量计远远优于这些常用的流量计。高温、高压、冲击、震动使涡街流量计适用范围十分有限，这与它的测量原理有关。震动、冲击对弯管传感器的正常工作几乎没有影响，而高温、高压对于弯管传感器来说只要采用与工艺管道相同材质的标准弯头，就可以得到解决。量程范围宽一方面是指弯管流量计对于其测量介质的流速适用范围宽，蒸汽或其它气体介质，流速范围为0~7~70m/s；液体介质流速范围为0~0.3~5m/s。以上所说的流速范围也没有严格的限制，如果被测介质没有上限流速的限制，则流速范围还可更大；有足够精度的微差压变送器相配合，则流体流速的低限可取得很小。高质量微差压变送器的应用使弯管流量计能够适应低流速、小信号测量的要求。总之，弯管流量计的量程范围完全可以满足不同对象的流量测量的要求。量程范围宽的另一方面是指弯管传感器的几何尺寸没有限制，管径可从十几毫米到一米甚至两米以上。直管段要求不严格也是弯管流量计在现场使用中十分重要的特点之一，许多流量测量装置都因为现场直管段不能满足要求而不能进行测量或不能保证其测量精度。弯管流量计在实际应用时只需保证前5D、后2D，远远低于其它流量测量装置的要求。 6、测量精度高、重现性好实验证明，弯管流量计的测量准确度可达到1.0%。重现性精度高达0.2%。 7、测量数据可直接接入DCS系统 测量数据可直接输入DCS系统。专用主机配有RSR-232、485通讯接口。 三、弯管流量计的应用 1．弯管蒸汽流量计弯管流量计用于蒸汽流量的测量，使蒸汽流量测量装置容易泄漏的难题得到根本性的解决，无阻力损失的优点，可获得更好的经济效益，耐磨损、长周期运行不需要进行复杂维护和修理，使运行维修费用降到最低点。 2．弯管液体流量计处于地下或者半地下的输水管道，对于流量计的要求更多的是耐用性，水系统管网纵横交错，希望水系统流量传感器一次安装之后能达到长周期、免维护、高精度可靠运行。弯管流量传感器具备的坚固耐用抗磨损、可长周期保持足够高的测量精度的特点，在这里可以发挥最大的作用。在水系统中，特别提一下的是化学水处理含酸水的流量测量，化学水处理过程中，由于水呈现酸性，其管道都是衬胶的，对于这种特殊的被测介质（酸、碱性介质），只要选择耐酸不锈钢、防腐型弯管传感器就可以方便地解决流量测量问题。至于诸如锅炉上水，虽然压力、和温度相对比较高，只要解决焊接问题，用弯管流量计进行流量测量是完全没有问题的。这一点在现场已得到充分验证。 3．弯管气体流量计一般气体的测量包括压缩空气、氧气、氮气、高炉煤气、焦炉煤气、窑气等。在测量如压缩空气类似介质中有些用户为了节能降耗，一般采用将鼓风机电动机都改为变频调速，用来代替传统的调节阀控制风量的节能手段，其节能效果当然是明显的。如果弯管流量计替代孔板流量计进行流量测量，则可进一步降低管道压力损失，达到更佳的节能降耗目的。 4．现场工业弯头的改造受种种条件的限制，许多用户希望仍使用原有管道上的弯头作为弯管传感器，为此我们在现场作了大量的工作，在保证用户要求的测量精度前提下完成了弯管流量计的这项扩展工作。为用户降低了费用，同时也简化了现场的安装工作。例如与宁波热电厂合作，对其5台锅炉、3台汽机出口主蒸汽弯管进行改造工作，整个系统的测量精度达到了用户严格的要求（1.5级）。与湘潭钢铁厂合作，改造大管径空气管道（DN1100），首次使用了焊接式弯管（俗称“虾米腰”）作为弯管传感器，并获得了用户的认可目前，我厂的弯管流量计已经成功应用在冶金、电厂、碱业及其它行业，用于蒸汽、循环水，窑气、助燃空气、高炉煤气计量等，并将弯管流量计成功地应用到了中温中压蒸汽流量测量中。 四、测量技术的完善由于工业现场实际环境的限制，许多用户的现场安装条件十分苛刻，我们在现场安装方法上进行了大量开创工作，使我们的测量技术得到进一步的完善，使弯管流量计的实际适用范围有了更大的扩展。 1、弯管流量计在直管线上的安装。在传感器安装位置狭窄或没有自然转弯处，我们率先使用了弯管传感器在直管段上的安装技术，进一步开阔了弯管流量计的使用空间。 2、蒸汽的适用范围突破了中温、中压禁区利用弯管流量计测量蒸汽流量应该说是一种最佳选择。通过与宁波热电厂、唐山碱厂热电公司、青岛碱厂热电公司合作，将弯管流量计成功地应用到了中温（430℃左右）中压（40kg左右）主蒸汽流量测量中，为弯管流量计应用领域获得更大的发展空间，打破孔板流量计在中温中压领域一统天下的局面。 3、大弯径比弯管传感器的应用突破了其它弯管流量计生产厂家固守的只能使用1.5D左右弯头做传感器的观念。如与宁波热电厂合作所使用的传感器曲率半径皆大于5D，扩大了弯管传感器的应用，又为弯管流量计在中温、中压条件下使用提供了安全的保障。 4、介质密度温压补偿对流量测量准确性的影响 为了保证气体（包括蒸气）介质流量测量的准确性，必须在测量介质流量的同时测量出介质的温度和压力值，利用二次仪表的运算补偿功能在线对介质的密度进行计算和补偿。在流量计算公式中，介质的密度与流量传感器产生的差压值是处于同样重要的位置上，密度偏差造成的流量测量不准确与差压变送器不准确造成的测量误差是完全一样的。 Q=α（△P/ρ）1/2 或者 G=α（△P/ρ）1/2 其中，△P是差压变送器显示的差压值，而ρ就是介质的密度。过去使用的流量二次仪表一般不具备在线温压补偿运算的功能，而不能对实际工作中密度的变化进行必要的在线补偿和修正。随着微电子技术的广泛应用，尤其是智能型二次仪表的开发和应用，使它的实用功能大大地扩展和加强，现在我公司生产制造的仪表提供的流量测量装置具备温压在线密度运算补偿已经成为现场测量不可或缺的功能。 五、弯管流量计的应用及认可通过我们十几年的努力，国内部分企业已广泛使用我厂生产的弯管流量计，各种介质的测量取得了良好的效果。弯管流量计是一种高新技术型、节能型计量仪表，是集现代弯管加工技术，现代差压测量技术及现代计算机技术的综合结晶

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