插入式差压流量计在热电行业的选择和使用

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doi：10.3969/j.issn.1006-8554.2013.05.0r731 概述数 l0年来 ，节流式差压流量计在现代化工业生产中被用来测量液体、气体或者蒸汽的流量早已成为～种主流的测量方式。这种最常见的流量测量方式往往具有成本低 、安装及维护方便、精度高、运行稳定等优点。其代表产品孔板早在1978年就作为流量测量的标准节流元件写入节流装置国家标准(标准号：GB2624-81)。目前，孔板式差压流量计占据了全世界工业流量测量市场的半壁江山，被各国工程师及工业设计人员所广泛接受。

尽管孔板式差压流量计有着安装方便，标准化面标定等特点，但在-些特殊的应用点上，它的使用仍然具有-定局限性。比如在火力发电厂-、二次风量测量等大管径应用诚，对应这些DN800以上的管径孔板本身以及两片加持法兰的造价将变得极其昂贵。并且如此巨大的孔板在安装、维修时也将给现场施工带来很大麻烦，极大地降低了施工作业效率，同时提高了维护成本。因此，在类似上述的工况下，越来越多的工厂开始采用-种造价低廉 、安装及维护方便的插入式节流元件作为差压流量测量系统的-次元件进行流量测量。我们通常把这种插入式的差压测量元件称为巴类”。目前市面上常见的各种巴类，按其截面形状不同有椭圆型、T”型 、子弹型、机翼型等。无论哪种形状的插入式巴体都在简化安装，减少直管段要求，以及降低不可恢复压损等方面具有突出的表现。

2 插入式差压流量计测量原理插入式差压流量计是基于伯努利能量守恒原理(DanielBemottli 1700-1782)和皮托管(Pitot)测速原理发展起来的差压式均速管流量计。其代表产品是上世纪 60年代末由美国Dieterieh Standard inc(缩写 DSI)研发的阿牛巴流量计。该产品于 70年代随成套设备进入中国，是最早进入中国市场的插入式差压流量计。由于笔者在实际工作中接触最多的就是这种阿牛巴，故本节将以它为例，系统地阐述这类产品的工作原理。

当管道中的流体流过其内部的阿牛巴时，由于阿牛巴所造成的管道截面形状的改变，将会使流束在巴体两侧形成局部收缩，从而使下游流速增加，静压力降低，于是在阿牛巴前后就形成了高低压差。我们通过引压系统把这个差压信号传导给差压变送器，使其量化，从而便可进-步得出该时刻管道746中流体的流量值。图1所显示的就是分体式阿牛巴流量计系统的示意图。通常来讲，流量大型差压信号的强度成正比。

图 1 分体式阿牛巴流量把由差压变送器采集到的差压信号带入下面的流量公式，便可计算出管道中的流量：Ql3ag$NKYaD2FaaDP(of) (公式 1)公式 1中，为所求流体流量；N为单位换算系数；K为阿牛巴流量系数，为阿牛巴膨胀系数；D为管道内径，为热膨胀系数。实际测量值，指的是在当前介质状态(即)下流体流经节流元件前后的差压值。

从公式 1中可以看出，在标准测量工况下，假定式中所有系数均为稳定常数，则利用所测量到的差压值计算实时流量是非常方便的。同时，如果流体处于-个压力和温度变化范围较大的工况中时，只需对公式 1中的相应参、变量进行温度和压力的补偿即可。常规的压力、温度补偿公式为：QlIlassNKYaD2FaaDP×PT (公式 2)公式 2中的 P和T是流量测点附近采样得到的介质的实时温度和压力。这种补偿方式-般被称为部分温压补偿法”，-般由系统的上位机，如DCS来实现。这种补偿的方式由于没有考虑到根号外面各个流量系数受介质环境影响而产生的变化，其补偿效果往往参差不齐。针对这种弊端，现在市场上-些主流的变送器生产厂家所生产的多参量流量计算机(比如艾默生-罗斯蒙特公司的3051SMV型流量计算机)已经能够很好地兼顾到全系数补偿，从而使测量精度大幅提高。

3 选择-款最合适的插入式差压流量计在了解其原理之后，我们所面临的首要问题就是如何选技术与市场 技 术研 发2013年第20卷第 5期择-款最适合实际生产工况的插入式差压流量计。对于-款差压式流量仪表，下列几个因素的考量具有普遍适用性。

3.1 雷诺数在实际生产工作中，经常会碰到这样的问题：如何才能确定某款差压流量计是否适用于该工况这-汹将通过引入雷诺数的概念来提供-个量化的评判标准。

在流体力学的范畴中，雷诺数是表征流体流动的惯性力和粘滞力的比率，它通常被表示为：ReuLvpuLq (公式 3)式中Re为无纲量雷诺数，为整个界面上流体的平均流速 ；L是流体的特征长度，以圆形管道为例，L就是管道的直径；若为非圆形管道，则L可用水力半径R或者当量直径 dH表示，为流体粘度。在计算出雷诺数后，只需将所得结果和插入式流量计安装使用规范中的最小雷诺数进行比较，便可知道该流量计是否能满足设计需要。例如，普通型号的阿牛巴，其最小雷诺数要求为12 500，也就是说，凡是大于此数的工况下，该型阿牛巴均可稳定运行。

3.2 安装方式插入式流量计的-大优势就是其安装方式非常简便，大致可分为 4步，如图2。

图2 插入式流量计安装过程示意图第-步：在管道上相应位置开-个安装孔。为了保证测量精度和稳定性，这个空要尽量开得圆滑，通常是使用手工钻开孔。现在许多厂家在发货时都会随货配带相应的开孔钻头，以保证开孔质量。

第二步：将支撑部件焊接在管道上。这个支撑部件往往是-个配带法兰的焊墩，焊接的-端通常是-个内喇形，将其插入安装孔后再进行焊接操作。

第三步：将巴体插入焊墩，进入管道并锁紧螺栓。通常的要求是需要阿牛巴顶紧对面管壁，或是顶人管道对面的安装支撑件内。这样做的目的是防止巴体在管道中被流体冲击变形甚至折断。

3.3 流量计的标定作为测量仪表，其准确度标定是使用环节中非常重要的- 项内容，其目的是为了检验流量计在规定工况中的精度和重复性。-些知名设备制造商的产品都在美国国家标准与技术研 究 院 (National Institute of Standards and Technology简 称NIST)等世界级权威机构获得了认可。同时，这些产品完全符合均速管流量计行业标准(JB/T5325-1991)并获得我国质检总局发放的计量器具许可批文。尽管如此，许多负责任的制造商还是对每台插人式流量计都做了出厂标定。不仅如此，艾默生公司生产的阿牛巴还在中国气象局的风洞中进行了标定，并给出了仪表系数。但风洞是个均匀流场，而且标定时管路的参比条件、流体种类、环境等与实际测量的流体不同，有时很难代表全部的具体工况。在实际使用过程中，由于巴体材质最低配置是316L不锈钢，流体，特别是空气对这些巴体本身几乎没有影响。所以，我们只需要对这些插入式流量计配套的变送器做普通压力或差压测量的精度标定就可以了。

4 应用实例本节将通过阿牛巴型差压流量计在广西来宾电厂的应用实例来说明此种测量方式在电厂-、二次风量测量中的作用。

广西来宾电厂是广西拾七五”期间自筹资金建设 的火力发电厂，-期工程最早于上世纪80年代末投产，目前总装机容量为600MW。为了进-步提升整体实力，来宾电厂于21304年启动改扩建 2×300MW机组工程，2台机组分别于 2006年底和2007年初投产。在此次扩建项目中，该厂各级技术人员推陈出新，大胆引进国内外先进设备，其中就包括前文所提到的这种阿牛巴插入式流量计。经多次设计和反复论证，全厂风量测量点共 26点，管径从 500-2 800 r啪不等。面对如此大管径的应用，普通孔板或其他常规测量方案，无论从造价还是安装以及维护工作量都远远无法满足实际要求。这个时候选用插入式流量计无论在降低成本还是简化安装维护工作等方面无疑都是最佳选择。但由于电厂-、二次风往往所含杂质较多，普通插人式巴体的引压开孔常常面临堵塞的困扰。r'，型阿牛巴就很好地解决了这-难题。不同于普通巴类开孔取压的方式T”型巴正面做开槽取压 ，且平面迎流，从而使杂质颗粒不易进入引压腔室，并达到良好的防堵效果。这套设备安装投产 6年来 ，始终运行稳定，从未出现由于引压槽及腔室堵塞而造成的测量误差甚至非计划停车等事故。该厂2012年大修时，将这些巴体拆下保养，发现所有设备的引压腔室内几乎没有任何杂质残留。因此，大幅减少了维护和保养的工作量，同事也减少了备品备件的采购支出。

为响应国家加快构建资源节约型、环境友好型企业”的号召，走循环经济发展的道路 ，2009年来宾电厂正式启动热电联产工程。

5 结语T”型阿牛巴是插入式流量计家族中第三代产品，同类产品在漫长的岁月中不断更新和淘汰，而阿牛巴则慢慢被实践所认可。它的高稳定性、高精度、-体化安装、本质抗堵、极低的运行能耗等特性使其具有愈加宽广的应用价值。