管道天然氣流量計(jì)

1、綜述

錐形流量計(jì)是一種新型的可精確測(cè)量各種雷諾數(shù)的高精度流量計(jì)，可滿足各種介質(zhì)的應(yīng)用條件要求其操作原理同其它各種類型的差壓原理相同，都是基于密封管道中的能量守恒定理，錐形流量計(jì)由于具有****的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，因而性能更優(yōu)。

錐形流量計(jì)是在管道中心處懸掛一錐形節(jié)流件，錐形件阻礙介質(zhì)的流動(dòng)，重塑流速曲線，在錐形性的下游可立即形成低壓區(qū)，管道上游的正壓同經(jīng)節(jié)流件節(jié)流后的下游的負(fù)壓之間有一差壓，將正、負(fù)壓用取壓口取出，正壓口位于管道的上游，負(fù)壓口位于椎體的末端，通過測(cè)量?jī)烧咧g差壓，根據(jù)伯努利方程即可計(jì)算出管道中的流量，椎體位于管線中心，可對(duì)所測(cè)介質(zhì)的流速曲線進(jìn)行優(yōu)化，因此測(cè)量精度高，對(duì)儀表上、下游的直管段要求低。

錐形流量計(jì)可測(cè)量各種工況（溫度和壓力）條件下的氣相、混合氣相、液相、多相液體、氣液兩相（濕氣、液相質(zhì)量比≤5%）、粉末、高粘度、高流速、臟污、含有固體懸浮顆粒的液相、溶液振動(dòng)、電磁干擾等介質(zhì)的流量。流體的條件可從深低溫到超臨界狀態(tài)。工作溫度*高850℃，*大壓力42.0MPa。若用特殊結(jié)構(gòu)材質(zhì)，溫度壓力還可以更高?？蓽y(cè)量*高雷諾數(shù)500萬，*低雷諾數(shù)8000甚至更低。產(chǎn)生滿刻度差壓信號(hào)從*低小于0.1千帕到*高幾十千帕。

法蘭取壓型錐形流量計(jì)（VF），采用實(shí)心椎體截流體，并在管壁用法蘭取壓，配上遠(yuǎn)傳差壓變送器，可有效防止取壓口的堵塞，適合于含有固體顆粒粉塵介質(zhì)、高粘度液體及臟污介質(zhì)。

2、工作原理

錐形流量計(jì)是一種差壓型的流量?jī)x表。以差壓原理設(shè)計(jì)的流量?jī)x表已經(jīng)有了一百多年的應(yīng)用歷史了，差壓型流量計(jì)是基于密封管道中的能量轉(zhuǎn)換原理，也就是說對(duì)于穩(wěn)定流體，管道壓力與管道中的介質(zhì)流速的平方根成反比：速度增加壓力會(huì)下降，當(dāng)介質(zhì)接近椎體時(shí)，其壓力為P1，在介質(zhì)通過椎體的節(jié)流區(qū)時(shí)，速度會(huì)增加壓力會(huì)降低為P2，如圖1所示，P1和P2都通過錐形流量計(jì)的取壓口引到后接差壓變送器上，流速發(fā)生變化時(shí)，錐形流量計(jì)的兩個(gè)取壓口之間的差壓值會(huì)增大或縮小。當(dāng)流速相同時(shí)，若節(jié)流面積大，則產(chǎn)生的差壓值也大，β值等于錐體的節(jié)流面積除以管道內(nèi)徑的截面積（可換算成兩者之間的直徑比）。

3、主要計(jì)算公式：

錐體的外形是通過多年的連續(xù)試驗(yàn)、評(píng)估和改進(jìn)后得出的，是此類流量計(jì)的*佳外形。能在不同的工況中使用。我們可以借助管道流速曲線來理解錐形流量計(jì)的性能。如果介質(zhì)通過一個(gè)很長(zhǎng)的管道，而且在管道中沒有受到任何阻礙和干擾，那它的流速分布將很均勻。靠近管壁的流速幾乎為零，而管道中心的流速將達(dá)到*大。（如圖2）當(dāng)我們將錐體懸掛在管線中心時(shí)，錐體將直接同流體的高速區(qū)接角，迫使高速區(qū)的流體同近管壁低速區(qū)的流體混合從而使流速均勻化，這樣測(cè)出流體的流速更加準(zhǔn)確。

在現(xiàn)實(shí)工況中，流速是很難分布均勻的，很多情況都會(huì)造成流體分布的不均勻。管道上的任何變化都可能對(duì)流體造成影響：如彎頭、閥門、縮徑、擴(kuò)徑、泵、三通等等。而錐形流量計(jì)利用錐體對(duì)流速分布曲線進(jìn)行重新塑造（如圖3），經(jīng)過錐體“整流”后的流體分布趨于均勻，可保證儀表在惡劣的條件下獲得較高的測(cè)量精度。這樣使得錐形流量計(jì)的應(yīng)用范圍更加寬闊。

上游干擾造成流速曲線不規(guī)格

1.精度，重復(fù)性

錐形流量計(jì)正壓孔取在錐體上游的管壁上，取壓位置選在理想流體的等速區(qū)域，符合伯努利定理，正壓信號(hào)穩(wěn)定；負(fù)壓孔位于錐體尾部中心，正好落在下游壓力*小的區(qū)域，由于錐體中心對(duì)稱的結(jié)構(gòu)，使得錐尾中心區(qū)域流場(chǎng)呈現(xiàn)相對(duì)靜態(tài)，流體節(jié)流后在負(fù)壓區(qū)只出現(xiàn)高頻低幅的小漩渦，使得負(fù)壓信號(hào)波動(dòng)很小，輸出差壓信號(hào)穩(wěn)定，傳感器精度優(yōu)于讀數(shù)的±0.5%，重復(fù)性為±0.1%，貿(mào)易計(jì)量型精度為±0.3%（圖4）。

2.量程比，壓損

錐形流量計(jì)正常情況下量程比為10:1，選擇合適的參數(shù)可以做到30:1。在同樣的β值下，錐形流量計(jì)永久壓力損失約為孔板的1/5～1/10，（圖5）可大大降低運(yùn)行能耗。

3.安裝要求

由于錐形流量計(jì)可以改變流體流速曲線，因此該流量計(jì)對(duì)上、下游直管段的要求小。一般情況下，對(duì)于管道式法蘭連接的，不需要直管段，而對(duì)于直接插入式的其要求是：上游直管段：0-3D；下游直管段：0-1D（圖6）。

4.刻度差壓值

錐形流量計(jì)刻度差壓大，并可靈活選擇。如在電廠測(cè)風(fēng)、鋼廠測(cè)煤氣等低流速場(chǎng)合，其刻度差壓是各種均速管、文丘里、彎管的10～15倍，能真正保證測(cè)量的穩(wěn)定和精度。

5.無滯留死區(qū)

錐形流量計(jì)另一大特點(diǎn)是自吹掃式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，無滯留死區(qū)。介質(zhì)流過錐體時(shí)會(huì)加速，不斷沖刷正壓取壓孔、錐體外壁、錐體附近管壁，而負(fù)壓取壓孔則被一小段不流動(dòng)介質(zhì)所隔離、臟污雜質(zhì)進(jìn)不去，因此錐形流量計(jì)可用于各種含雜質(zhì)、易結(jié)晶的臟污介質(zhì)，如焦?fàn)t煤氣、高爐煤氣等長(zhǎng)期使用不宜堵。VF法蘭取壓式錐形流量計(jì)則采用密封錐體加雙法蘭取壓，可用于高粘度、含雜質(zhì)、易結(jié)垢的特殊臟污介質(zhì)，如渣油、原油、回?zé)捰?、水煤漿、苯、液態(tài)硫磺等，在測(cè)量精度、穩(wěn)定性、直管段要求等方面，均遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于楔式流量計(jì)。

6.長(zhǎng)期穩(wěn)定性

錐形流量計(jì)獨(dú)特的流線形錐體節(jié)流時(shí)具有“流線體邊界層效應(yīng)”，使臟污流體不會(huì)磨損節(jié)流緣，其β值可保證長(zhǎng)期不變，整個(gè)儀表無可動(dòng)部件，因此無需重復(fù)標(biāo)定，具有長(zhǎng)期穩(wěn)定性。

7.尺寸

由于錐形流量計(jì)錐體****的設(shè)計(jì)，使得其β值范圍廣。標(biāo)準(zhǔn)β值范圍為：0.45、0.55、0.65、0.75、0.85。

8.混合器

由于錐形流量計(jì)的獨(dú)特結(jié)構(gòu)，在很多情況下，它被作為混合器作使用。

9.結(jié)構(gòu)形式

錐形流量計(jì)主要有八種結(jié)構(gòu)形式：1.管道式、2.對(duì)夾式、3.法蘭取壓式、4.插入式、5.直接焊接式、6.保溫夾套式、7.防腐式、8.方管式。

1.應(yīng)用參數(shù)

用戶需要提供正確的參數(shù)以供選型計(jì)算用。我單位的選型軟件中有很多流體的典型數(shù)據(jù)可供用戶在選型計(jì)算時(shí)選用。

2.通用計(jì)算公式

各參數(shù)的單位可在計(jì)算程序中靈活轉(zhuǎn)換成其它單位

3.液體計(jì)算公式

4.可壓縮介質(zhì)的計(jì)算公式（氣體和蒸汽）

5.Y-氣體膨脹系數(shù)的簡(jiǎn)化公式應(yīng)用范圍

上述公式中，用于應(yīng)操作溫度下的等熵指數(shù)計(jì)算K2和K3，因此不需要對(duì)等熵指數(shù)的變化進(jìn)行修正，如果不行，也可以用上述Y膨脹系數(shù)對(duì)△P和P進(jìn)行校正中的公式進(jìn)行計(jì)算。

6.選型計(jì)算

每臺(tái)錐形流量計(jì)在制造前都要根據(jù)工藝參數(shù)進(jìn)行選型計(jì)算，確定錐體大小，從而確定了這臺(tái)流量計(jì)的固有性能。口徑計(jì)算確定了差壓值，測(cè)量范圍，測(cè)量精度，壓力損失以及推薦的β值。

7.校驗(yàn)

每臺(tái)錐形流量計(jì)在出廠前都應(yīng)進(jìn)行標(biāo)定。如果不能進(jìn)行實(shí)際標(biāo)定，也必須進(jìn)行模擬標(biāo)定，我單位多年來收集的測(cè)試數(shù)據(jù)可精確估算出儀表的Cf值。

8.部件材質(zhì)

錐形流量計(jì)用的所有部件材質(zhì)都是經(jīng)過嚴(yán)格篩選的合格產(chǎn)品，保證流量計(jì)的長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作。

9.三閥組

錐形流量計(jì)與差壓變送器之間應(yīng)安裝三閥組。用于變送器在線調(diào)校。

10.差壓變送器、流量計(jì)算機(jī)

我單位可成套提供差壓變送器和流量計(jì)算儀，組成流量測(cè)量系統(tǒng)。還可以提供溫度變送器和壓力變送器用于測(cè)量流體質(zhì)量流量。

1.安全要求

任何人在安裝、檢查或維護(hù)錐形流量計(jì)時(shí)都應(yīng)對(duì)管道的結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)地壓力必須有清晰正確的認(rèn)識(shí)。起吊儀表時(shí)應(yīng)該小心，若起吊、下落不正確可能損傷儀表。

在調(diào)校儀表時(shí)，必須使用合適且正確的工具。

在調(diào)整及折裝儀表時(shí)，應(yīng)確保管道的壓力已經(jīng)完全卸掉-千萬不可帶壓拆卸儀表。

開車前必須檢查所有的連接是否牢固，必須與流量計(jì)保持一定的距離，避免事故發(fā)生。

2.開箱、檢驗(yàn)

流量計(jì)到貨后應(yīng)進(jìn)行開箱檢查，防止流量計(jì)或配件在運(yùn)輸過程中被損壞。若碰到隨機(jī)文件或流量計(jì)有問題，請(qǐng)同代理商聯(lián)系。

3.流量計(jì)安裝定位

每臺(tái)錐形流量計(jì)的側(cè)面貼有方向標(biāo)簽標(biāo)明流體的流向，安裝時(shí)應(yīng)特別注意。對(duì)大多數(shù)口徑而言，兩個(gè)取壓口之間的距離為2.12，高壓口位于上游，低壓口位于下游，請(qǐng)參考圖8，安裝時(shí)請(qǐng)注意方向及高、低壓取壓口的位置。

4.配管要求

安裝時(shí)建議上游直管段為0-3D，下游直管段為0-1D，D代表所安裝管道的公稱直徑。由于錐形流量計(jì)的整流作用，當(dāng)流量計(jì)鄰近1個(gè)90°彎管或鄰近不在同一平面的2個(gè)90°彎管時(shí)，流量計(jì)的精度不受影響。錐形流量計(jì)還可安裝在比它本身稍微大一些的管道上。在這類管線上安裝時(shí)，請(qǐng)向代理咨詢。

5.取壓口的方向

對(duì)于水平管道上安裝的錐形流量計(jì)，取壓口位于管線的側(cè)上方，即位于時(shí)鐘3點(diǎn)或9點(diǎn)的位置。如果安裝在豎直管線上，則對(duì)取位口的方位不作要求。

（1）介質(zhì)為潔凈液體時(shí)

（2）介質(zhì)為干燥潔凈氣體時(shí)

（3）介質(zhì)為蒸氣體時(shí)

6.引壓管

盡可能安裝好引壓管，當(dāng)沒有介質(zhì)流通時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生差壓信號(hào)。詳情請(qǐng)參考有關(guān)安裝使用手冊(cè)。

注意：若被測(cè)介質(zhì)為氣體或蒸汽，可能介質(zhì)會(huì)在引壓管中凝結(jié)，請(qǐng)注意以下兩點(diǎn)：

1.引壓管線應(yīng)水平走一段距離以保證豎直管線同儀表之間有足夠的距離，確保垂直管線內(nèi)沒有蒸汽。

2.對(duì)于一些流量計(jì)需垂直安裝的場(chǎng)所，在引壓管線的安裝方面尤其需要注意。

7.三閥組

請(qǐng)參考三閥組的安裝、使用及維護(hù)手冊(cè)。

8.差壓變送器

請(qǐng)參閱不同廠家的差壓變送器上的具體安裝、使用及維護(hù)手冊(cè)。

9.溫度和壓力傳感器

請(qǐng)參閱不同廠家的具體安裝、使用及維護(hù)手冊(cè)。

10.安裝檢查要點(diǎn)

（1）差壓變送器的滿量程是否正確。

（2）差壓變送器零點(diǎn)是否已經(jīng)調(diào)整。

（3）差壓變送器和流量計(jì)算儀的設(shè)置是否正確。

（4）引壓管是否吹掃了。

（5）引壓管是否有泄漏。

（6）閥組是否關(guān)閉。

（7）錐形流量計(jì)的高壓端是否在低壓端的前面。