摘要：檢(jiǎn)測儀表的合理選(xuǎn)型正确使用不僅(jin)是工藝生産的需(xu)要,也是節能降耗(hào)的需要。對玻璃生(sheng)産線常見的氣體(ti)流量計 的選型與(yǔ)應用進行一些探(tàn)讨。
　　玻璃生産線(含(hán)全氧燃燒、富氧燃(ran)燒、特種玻璃、深加(jiā)工玻璃線等)常有(you)些氣體介質的流(liu)量需要測量，如助(zhu)燃風、調溫風等冷(lěng)卻風、壓縮空氣、惰(duo)性氣、氮氣、氫氣、氧(yang)氣、天然氣、液化氣(qì)、蒸汽等。以最常見(jiàn)的風流量計的選(xuan)型應用爲例,按時(shí)期先後大緻如下(xia):節流差壓式流量(liang)計(标準節流孔闆(pan)、文丘裏，管等), 渦街(jie)流量計 ,差壓式流(liu)量計(均速管流量(liang)計), 熱式質量流量(liang)計 ,節流差壓式流(liú)量計(彎管流量計(jì)),節流差壓式流量(liàng)計( 多孔孔闆平衡(héng)流量計 )等。幾種流(liú)量計各有優缺點(diǎn),下面對它們進行(hang)一-些分析探讨,以(yǐ)期合理選型正确(que)使用。
1标準節流差(cha)壓式流量計
　　标準(zhǔn)節流孔闆及文丘(qiū)裏管等典型的節(jie)流 差壓式流量計(jì) ,是傳統最常見的(de)流量計。基于流體(tǐ)連續性原理和流(liu)體力學能量守衡(heng)原理,遵從伯努利(li)定律。标準節流式(shì)流量計的基本公(gōng)式爲:
質量流量:M=α?Ad(2ρΔP)1/2
體(ti)積流量:Q=M/p=α?Ad(2ρΔP)1/2
式中:α爲流(liu)量系數;?爲流束膨(peng)脹系數;Ad爲工作狀(zhuang)态下節流件開孔(kong)面積;ρ爲節流件.上(shàng)遊側取壓處流體(ti)密度，标準節流件(jiàn)上、下遊側規定的(de)取壓孔位置上所(suo)測得的靜壓力之(zhi)差。
以孔闆流量計(ji)爲例，推導得其應(yīng)用公式爲:
Q=0.01252α?k,d2(ΔP/ρ)1/2(3)
　　當孔闆(pan)流量系數α、流束膨(péng)脹系數ε、管道與孔(kong)闆材料熱膨脹校(xiào)正系數k1、流體密度(dù)ρ及孔闆節流孔徑(jìng)d近似視爲常數C時(shí)，流體流量Q與孔闆(pan)前、後的壓力差ΔP的(de)平方根成正比，公(gong)式簡化爲:
Q=CAP2(4)
　　孔闆流(liú)量計優點是經典(diǎn)成熟，一次測量元(yuán)件構造較簡單,便(bian)于制造加工。缺點(diǎn)是壓力損失大，差(chà)壓信号較小,量程(chéng)比小，一般爲3:1,要求(qiú)直管段長,需要占(zhàn)用較長的工藝管(guan)路,無法在線拆裝(zhuang)檢修,檢測件和管(guan)路安裝較麻煩,需(xū)另外配套差壓變(biàn)送器,大口徑管路(lu)流量測量時,無論(lùn)是性/價比還是安(an)裝方面考慮均不(bu)可取。
　　當流體實際(ji)工況(密度、成分、壓(ya)力、溫度等)較多地(di)偏離設計計算參(can)數時,将引入很大(da)的測量誤差;當孔(kong)闆前、後的直管段(duàn)長度不滿足規定(ding)要求時也會導緻(zhi)較大的測量誤差(cha)(爲了保證标稱的(de)測量精度,近年的(de)新标準對直管段(duàn)長度有加長的趨(qū)勢),孔闆加工精度(dù)、變形、節流孔入口(kou)邊緣磨損變鈍等(deng)也影響測量精度(du)。此外,安裝使用不(bu)當,也會附加測量(liàng)誤差。比如孔闆中(zhōng)心與管道中心不(bú)同心,管道内表面(miàn)不光潔,管道變形(xíng)或内徑偏離設計(jì)計算取值,上、下遊(yóu)取壓管不-緻(高度(du)、阻力、受熱等),取壓(yā)管路、接頭、閥門洩(xiè)漏或堵塞,配套 差(cha)壓變送器 誤差等(děng)。
　　标準孔闆或文丘(qiu)裏管流量計在浮(fú)法玻璃生産線上(shang)有一些應用,但由(you)于壓力損大,不利(li)于節能降耗,工藝(yì)管路又往往較難(nan)獲得測量所需的(de)足夠長的直管段(duàn),不能在線拆裝檢(jiǎn)修,加上要配套取(qǔ)壓管路和差壓變(biàn)送器,安裝相對較(jiào)麻煩,壓力、溫度變(biàn)動較大時若不采(cǎi)取自動補償則誤(wu)差很大,故後來采(cai)用得較少。對于大(dà)口徑低壓力風管(guan)流量測量更不宜(yi)采用。
從節能降耗(hào)的角度考慮,建議(yi)盡量少選用标準(zhǔn)節流孔闆等流量(liang)計,改選壓力損失(shī)小的其它新型流(liú)量計。
2渦街流量計(ji)
　　渦街流量計(旋渦(wo)流量計)屬流體振(zhen)動流量計,基于Karman卡(kǎ)i門]渦街效應原理(li)。流體在非流線型(xíng)阻擋物(旋渦發生(sheng)體)後的兩側會産(chǎn)生兩列交錯排列(liè)的旋渦。旋渦分離(lí)的頻率f與阻擋物(wù)側面的流速V成正(zhèng)比,與阻擋物的迎(yíng)流面寬度d成反比(bi),遵從下列公式:
其(qi)中st爲Strouhal斯特勞哈爾(er)數,雷諾數在一定(ding)區段範圍内s,是常(cháng)數。
由壓電元件測(cè)得頻率f,便可測得(dé)工況流速V,管道有(you)效截面積4已知,進(jin)而可獲得流體流(liu)量。
　　其測量是基于(yú)漩渦頻率,因而不(bú)存在零點和量程(chéng)的漂移問題;輸出(chū)與工況流量成正(zheng)比,不受流體密度(du)、成分、壓力、溫度等(deng)影響,但若轉換爲(wei)标況流量,則也要(yào)進行壓力、溫度修(xiu)正。已有一體化渦(wō)街質量流量計。 插(cha)入式渦街流量計(jì) 無須占用工藝管(guan)段。安裝簡單,維護(hu)使用方便,無堵塞(sāi)之慮。國内外在不(bú)少場合用渦街流(liú)量計取代傳統孔(kong)闆、 渦輪流量計 等(děng)。
　　渦街流量計量程(chéng)比一般爲10:1,優于孔(kong)闆等差壓式流量(liàng)計,但不及熱式流(liú)量計。其測量下限(xiàn)值取決于是否産(chan)生漩渦(流體黏度(dù)是主内因)和漩渦(wō)強度是否足夠(流(liú)體密度是主内因(yīn))。一般不适用于低(dī)流速流體,有時不(bú)得不将工藝管道(dào)縮管,以提高流速(sù)。雙發生體的渦街(jie)流量計可以測量(liang)雷諾數較低的流(liu)體。渦街流量計要(yào)求的直管段長,不(bú)适合低流速測量(liàng)，怕振動。在直管段(duan)足夠長、流速足夠(gou)大、無較大振動的(de)場合可選用。直管(guǎn)段足夠長時,最好(hǎo)采用平均流速點(diǎn)法,插入深L=0.121D,測量精(jing)度幾乎不受雷諾(nuò)數變化的影響;直(zhi)管段較短時,一般(bān)采用中心最大流(liú)速點法,插入深L=0.5D.
　　在(zài)浮法玻璃生産線(xian)上,影響其被選用(yòng)的主要是現場沒(méi)有測量所需的足(zú)夠長的直管段,環(huan)境振動和測量下(xia)限值限制等因素(sù)。
3均速管流量計
　　屬(shǔ)差壓式流量計,由(yóu)單點測速的皮托(tuo)管演變發展而來(lai),基于流體力學能(neng)量守衡原理,遵從(cong)伯努利定律。流體(ti)的全壓(總壓力)等(deng)于其動壓加靜壓(ya)，測得流體的平均(jun1)全壓與平均靜壓(ya)之差DP,就獲得流體(tǐ)的平均動壓值。流(liu)體的平均動壓即(ji)平均差壓DP與平均(jun1)流速V間的關系爲(wei):
V=K(20P/p)(6)
Q=AV(7)
式中:K爲均速管流(liu)量系數;4爲管道有(yǒu)效截面積。
　　均速管(guan)流量計導緻的流(liú)體壓力損失很小(xiao)，永久壓力損失僅(jǐn)是标準孔闆的5%以(yi)下,均速管結構簡(jian)單,安裝維護比較(jiào)方便(但比渦街流(liú)量計和熱式質量(liang)流量計要增加取(qǔ)壓導壓管和差壓(yā)變送器),大口徑管(guan)路流量測量時優(you)點突出。各公司标(biāo)稱的所需直管段(duan)差異很大,有的小(xiao)到2D,大的卻要20D;價格(gé)差異也很大,不含(han)差壓變送器,便宜(yí)的一兩千元,貴的(de)上萬元。
　　均速管流(liú)量計第一代圓型(xing)截面産品缺點是(shì)互換性較差,K值欠(qiàn)穩定,差壓信号小(xiǎo)，取壓孔有堵塞之(zhī)慮。針對缺點,近十(shi)幾年出現了第二(er)代(橢圓型、扇型、菱(ling)型即寶石鑽石型(xíng)、子彈型、機翼型等(deng))和第三代産品(T型(xíng))。EMERSON旗下的羅斯蒙特(tè)推出的T型專利産(chǎn)品，具有本質抗堵(du)性,信噪比大,K值穩(wěn)定,測量精度較高(gāo),對安裝要求降低(di)。
一些玻璃廠用戶(hu)反映,均速管風流(liú)量計安裝初期尚(shang)好,後期檢測不正(zheng)常。可能原因無外(wài)乎以下幾點:
①均速(su)管正負檢測孔堵(du)塞;或均速管未固(gu)定安裝好,正壓檢(jian)測孔未正對流體(ti)方向。
②取壓導壓管(guan)洩漏或堵塞(若洩(xie)漏不僅會直接影(ying)響測量,還由于有(yǒu)含塵流體緩慢流(liu)動,易導緻均速管(guan)内積雜塵,易堵塞(sāi))。
③閥門(含 三閥組 )堵(du)塞或洩漏。
④差壓變(bian)送器異常。
排除以(yǐ)上故障後應可恢(hui)複正常工作,無須(xū)更換流量計。
　　需要(yào)提示的是,若直管(guan)段不夠長,會引入(ru)測量誤差。另外,若(ruo)沒有采用溫、壓自(zì)動補償,而實際.運(yùn)行工藝參數(尤其(qi)是壓力)偏離均速(su)管選用設計值較(jiao)大時,将引入較大(da)的測量誤差,在助(zhu)燃風等普遍采用(yòng)變頻調速控制的(de)情況下此問題較(jiào)突出,建議應采用(yòng)溫、壓自動補償。
4熱(re)式質量流量計
　　 熱(rè)式質量流量計基(ji)于熱傳遞原理。傳(chuán)感元件是封裝于(yú)不鏽鋼套管内的(de)2個精密熱電阻RTD(一(yī)般爲鉑電阻)，其一(yī)是流體介質溫度(du)傳感元件，另一爲(wèi)加熱兼傳感元件(jian)，由它們組成惠斯(sī)登電橋的兩個橋(qiáo)臂，控制加熱傳感(gan)器的加熱功率，以(yǐ)使加熱傳感器和(hé)參比溫度傳感器(qi)間保持恒定溫差(cha)Δt=t,-t.=常數。流體流過加(jia)熱傳感器所帶走(zǒu)的熱量和流體的(de)流速與密度之積(ji)ρV的m次方成正比，即(jí)與流體的質量流(liú)量的m次方成正比(bǐ)。流體的質量流量(liàng)變化時，必須同時(shí)相應改變加熱傳(chuan)感器的加熱功率(lǜ)，才能保持Δt不變，故(gù)測得加熱功率就(jiù)間接地測得流體(tǐ)的質量流量。檢測(ce)元件總熱損失E與(yu)質量流速ρV、質量流(liu)量M間的函數關系(xì)式如下:

　　式中:k爲流(liú)體導熱系數;A,爲被(bei)加熱元件面積;B爲(wei)傳感器支撐件的(de)自然對流、熱輻射(shè)和熱傳導總的熱(re)傳遞常數(相對于(yu)介質的強制對流(liu)，傳感器的自然對(duì)流、熱輻射和熱傳(chuán)導影響極小);C爲.常(chang)數;d爲傳感器直徑(jing);μ爲流體黏度;m爲系(xi)數(一般m≥0.3);T,爲元件表(biǎo)面溫度;T爲介質溫(wen)度;A爲管道有效截(jie)面積。
　　熱式工作原(yuán)理的質量流量計(ji)幾十年前就有，但(dan)獲得推廣應用是(shi)近十幾年的事。遺(yí)憾的是目前國内(nèi)售價仍太高，其實(shí)測量原理和制造(zào)工藝并不太複雜(zá)。相信随着制造商(shang)的增加和競争的(de)引入，其價格可望(wang)逐漸降至與渦街(jie)流量計相當。
　　熱式(shi)質量流量計有許(xu)多優點:一體化結(jié)構，安裝方便，直接(jie)測得質量流量，不(bu)受溫、壓等波動影(ying)響，量程比大，壓力(lì)損小，直管段要求(qiu)也比較低，“能适應(ying)較惡劣環境，響應(ying)速度快(可達1s)等。尤(yóu)其突出的是高量(liàng)程比，一般100:1以上，甚(shèn)至可達300:1,特别是在(zài)量程低端也有極(jí)高的靈敏度和精(jing)度，這在工況參數(shù)事先不能确知的(de)場合是很可貴的(de)。缺點是目前價仍(réng)較高(進口産品約(yue)2萬)，并且長期使用(yòng)也會在傳感元件(jiàn)處黏附粉塵雜質(zhi)，影響測量，需及時(shí)清潔。對于天然氣(qì)、液化氣、氧、氫等非(fēi)空氣流體(氮氣接(jie)近空氣，誤差較小(xiao))，應要求供應商按(àn)實氣标定，否則誤(wu)差較大。
熱式質量(liàng)流量計在浮法玻(bō)璃線上獲得了廣(guang)泛應用。
5多函數孔(kǒng)孔闆平衡式流量(liàng)計
　　标準節流孔闆(pǎn)、文丘裏管等傳統(tǒng)節流差壓式流量(liàng)計永久壓力損大(da)(由于死區和大量(liang)渦流)，量程比小，要(yào)求直管段長，尤其(qi)不适合允許壓力(li)損小、直管段短和(hé)大口徑管路的測(cè)量。
　　新型的A+K多函數(shu)孔圓盤式平衡流(liu)量計BFM(BalancedFlowMeter)，是美國航空(kong)航天局、馬歇爾航(hang)空飛行中心深人(ren)研究、大量試驗的(de)成果，巧妙地将傳(chuan)統整流器和節流(liu)件一體化、創新化(hua)，雖然原理類同标(biao)準孔闆等節流式(shi)差壓流量計，同樣(yang)遵從伯努利定律(lü)，但由于圓盤具有(you)多個獨特的函數(shù)孔，在節流同時還(hái)對流體進行整流(liú)和平衡調整，因此(ci)在減小直管段要(yào)求(最短0.5D)，減小永久(jiǔ)壓力損(是傳統的(de)1/3),提高量程比(>10:1)、測量(liang)精度(優于0.5%)、穩定性(xìng)(噪聲是傳統的1/15)、耐(nài)污堵等方面均有(yǒu)極大改善。還可測(ce)雙向流、氣液兩相(xiàng)流、漿料甚至固體(ti)顆粒流，幾乎适用(yong)于所有流體。
　　缺點(diǎn)是由于專有技術(shù)、前期開發等因素(su)，目前售價比較高(gao)，相信總趨勢将逐(zhú)漸向标準節流件(jian)價格靠攏;此外，雖(sui)然永久壓力損比(bi)傳統标準節流件(jian)小很多，但仍比熱(rè)式、均速管等流量(liàng)計壓力損大，特别(bié)是用于低壓流體(tǐ)時，其永久壓力損(sun)往往高于總壓力(li)的10%以上;另外，與标(biao)準節流件一樣，要(yào)配套取壓管路和(hé)差壓變送器，壓力(lì)、溫度變動較大時(shi)要采取自動補償(cháng);大口徑管路流量(liàng)測量時，無論是性(xing)1價比還是安裝方(fang)面考慮均無優勢(shi)。
　　多孔平衡式流量(liang)計将逐漸取代原(yuan)來傳統的标準差(chà)壓式節流裝置，随(sui)着價格的逐漸下(xia)降和節能降耗事(shì)業的深入發展，其(qi)在流量測量領域(yu)将有較廣闊的應(yīng)用前景。

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