錐形流量計在煤氣測量中的應用

1 錐形流量計測量原理 

因為管壁摩擦力減小了流過管壁的流體速度，所以在管道中流速分布為：在管壁處流速接近零，愈靠近管線中心流速愈大，在管線中心處流速**。而當流體流過錐形流量計時，因錐形流量計是通過在管線中心懸掛一個錐形體來節流，錐體直接與流體高速中心部分相互作用，迫使管線中心的高速流體與接近管壁的低速流體均勻化，即兩者的流速趨于一致。

與各種節流裝置的結構比較，標準孔板是流體在管道中心突然收縮，不僅阻力損失大，而且加劇了流體流速分布的不均勻性，管道邊緣阻斷，臟污介質聚集在標準孔板前后；文丘里管(和標準孔板一樣仍然是標準節流裝置的一種)則是在管道中心逐漸收縮，雖然流體流速分布的不均勻性仍然存在，但阻力損失稍有降低，臟污介質聚集的情況有所改善，只是制作困難；環形孔板是在管道中心置一圓盤，而管道邊緣則可流通，即從標準孔板的管道中心突然收縮轉變為管道邊緣突然收縮，因而可使管道內流速均勻化，可使臟污介質不致聚集在環形孔板前后；而錐形流量計是在管道中心置一圓錐，它的結構是管道邊緣逐漸收縮，阻力損失小，且可使管道內流速均勻化，使臟污介質不致聚集在環形孔板前后。由此得出結論：錐形流量計是節流裝置發展過程中一系列革新的必然結果。

2 錐形流量計特點

(1)直管段要求低。雖然所有差壓式流量計都是依據伯努利定理進行測量，但伯努利定理有一個基本要求，即被測量的流體必須為理想流體。采用孔板、噴嘴等傳統的差壓流量計的節流裝置時，為了盡量滿足伯努利定理的要求，必須有非常長的前、后直管段，以便將不規則流動的流體盡可能整形成為理想流體。而錐形流量計流量采用獨特的置于管道中心的流線型節流結構設計，在檢測流量之前，同時對不規則流動的流體進行整流，在不增加流體整流器的情況廠，工5妙地解決流體整流的問題。中心懸掛的流線型錐體能重塑流速曲線，在緊靠錐體上游和下游較窄的區域內(前0~3D，后0~1D)，將流速不規則的液體直接整流成理想液體，可充分滿足伯努利定理的要求，獲得很高的測量精度和重復性。不需要非常長的直管段整流，這在流量計的安裝過程中有很重要的意義。山東焦化制氣廠使用的石油液化氣錐形流量計(口徑270mm)在安裝過程中，由于現場條件限制，流量計前、后直管的距離分別為1000mm和600mm，但流量計仍能正常穩定運行。

(2)耐污染，不易堵。原來使用的是孔板流量計和均速管流量計，由于煤氣中含有焦油、萘、硫、氨水等多種雜質，孔板或均速管必須定期清洗或用蒸汽吹掃，否則孔板上、下游端面、上游側直角入口邊緣將受到污染，儀表導壓管會不暢通或堵塞，影響系統測量精度；孔板前、后直管段積水會使管道流通面積減小，流速提高，差壓增加，流量顯示值偏高，嚴重時因導壓管堵塞，變送器無法正常運行。為確保儀表正常穩定運行，儀表工維護工作量很大。錐形流量計有自吹掃式的結構設計特點，無滯留死區。介質流過錐體時會加速，不斷沖刷正壓取壓孔、錐體外壁及錐體附近管壁，而負壓取壓孔則被一小段不流動介質所隔離，臟污雜質進不去，因此錐形流量計可用于各種含雜質、易結晶的臟污介質，如焦爐煤氣、發生爐煤氣等介質。山東焦化制氣廠采用的五臺錐形流量計對焦爐煤氣、發生爐煤氣和石油液化氣的流量進行測量，有的使用已三年，至今未進行過維護，流量計未發現有節流裝置污染、儀表導壓管堵塞、管道積水、流量顯示值異常等現象，大大降低了儀表的維護工作量，提高了煤氣流量測量的準確性和可靠性。

(3)差壓值大，量程比寬，適用于低壓低流速介質的流量測量。在焦化廠煤氣流量測量過程中，測量對象的特點是管道直徑大、壓力低，流速慢，孔板流量計一般選配微差壓變送器(山東焦化制氣廠使用的是羅斯蒙特公司的1151DR)，在煤氣壓力為3500Pa時，正常的差壓在100~1000Pa之間變化(山東焦化制氣廠回爐煤氣滿量程的差壓值為630pa)，流量計的差壓信號較小。而在采用均速管流量計時，由于管道煤氣流速低，差壓信號非常小對系統精度影響很大，山東焦化制氣廠城市煤氣計量采用均速管流量計，**差壓只有120Pa，正常值為2~5Pa，系統精度很差。差壓信號小會影響變送器校驗、使用的精度；孔板有污染、儀表導壓管不暢、管道有積水對系統精度影響也很大。而錐形流量計由于是類似孔板的節流件，差壓值遠大于均速管流量計，相對孔板來說，由于是管道邊緣逐漸收縮，阻力損失小，因而可在阻力損失相同的情況下，設計時可選用差壓值較大的錐形流量計，如表1所示，幾臺錐形流量計測量煤氣時差壓值均大于孔板測量時的差壓值。提高了差壓信號，為變送器校驗創造了條件，也提高了系統的測量精度。

某些測量對象，如出廠煤氣、摻燒煤氣的流量測量，因****小流量相差較大，通?？装逯荒苓_到3∶1的量程比，只好采用多管并聯的方法解決測量**度不降低的問題，而錐形流量計的量程比可大于10∶1，因而在低量程時的測量**度較高，適用范圍更寬。