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楔形流量計(jì)選型
楔形流量計(jì)選型
2020-05-27 11:37:27 點(diǎn)擊：3401原理及應(yīng)用范圍
楔形流量計(jì)結(jié)構(gòu)如圖1所示。當(dāng)流體流經(jīng)Ｖ形節(jié)流塊時(shí)，流通面積減小，流速增大，靜壓減小，從而產(chǎn)生靜壓差，而壓差的平方根與流量成正比，測(cè)得差壓即可測(cè)得管道中的流量［1］。楔形流量計(jì)采用“Ｖ”型體節(jié)流件，當(dāng)流體中含有雜質(zhì)或者固體時(shí)，容易從楔形下部流過(guò)，不會(huì)產(chǎn)生滯留，從而防止堵塞現(xiàn)象［2］。
楔形流量計(jì)通常口徑范圍為DN15～DN600，特殊口徑可至DN1200，壓力等級(jí)高至PN420，測(cè)量精度為±0.5％FS，可測(cè)量黏度高至3Pa·s的介質(zhì)。
楔形流量計(jì)對(duì)介質(zhì)雷諾數(shù)下限的要求，HG/T20507—2014《自動(dòng)化儀表選型設(shè)計(jì)規(guī)范》6.2.4條規(guī)定：“含懸浮物的高黏度易結(jié)晶液體的流量、要求永久的壓力損失小、雷諾數(shù)小于500時(shí)，宜選用楔形流量計(jì)”［3］；已作廢的HG/T20507—2000《自動(dòng)化儀表選型設(shè)計(jì)規(guī)定》3.2.1條規(guī)定：“含懸浮物的高黏度液體、蒸汽、氣體的流量測(cè)量、雷諾數(shù)大于500時(shí)可選用楔形流量計(jì)”；SH/T3005—2016《石油化工自動(dòng)化儀表選型設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定：“當(dāng)測(cè)量高黏度、低雷諾數(shù)（最低至500）的流體時(shí)，可選用楔形流量計(jì)”；已作廢的SH/T3005—1999《石油化工自動(dòng)化儀表選型設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定：“測(cè)量高黏度、低雷諾數(shù)（低至100）的流體，如原油、油漿、渣油、瀝青等，可選用楔式流量計(jì)”。
上述4個(gè)前后版本中關(guān)于楔形流量計(jì)對(duì)介質(zhì)最低雷諾數(shù)的說(shuō)法不一致，其中HG/T20507—2014與SH/T3005—2015對(duì)雷諾數(shù)的要求相悖。查看廠家樣本資料，如ABB的FPD470系列、BaDgerMeter的Preso楔形流量計(jì)要求雷諾數(shù)下限值為500，大韓DHWM系列、捷達(dá)WM系列楔形流量計(jì)要求雷諾數(shù)下限值為300，當(dāng)雷諾數(shù)再低時(shí)流量系數(shù)發(fā)生變化，流體流量和差壓不再遵循平方根的關(guān)系，會(huì)影響測(cè)量準(zhǔn)確度。綜合上述產(chǎn)品信息，楔形流量計(jì)雷諾數(shù)下限取500。
2差壓值的計(jì)算
楔形流量計(jì)差壓值與流量的關(guān)系如下式所示：
式中：ΔP———差壓值，Kpa；qv———介質(zhì)工況下體積流量，M3/H；C———流量常數(shù)。
1）對(duì)于測(cè)量液體介質(zhì)，流量常數(shù)C見(jiàn)下式所示：
式中：N———單位轉(zhuǎn)換系數(shù)，N＝0.1264；KP———流量系數(shù)；D———楔形流量計(jì)內(nèi)徑，mm；Fa———材料熱膨脹系數(shù)，mm2/mm2；ρ———介質(zhì)密度，kg/M3。
楔形流量計(jì)的流量系數(shù)KP和流量計(jì)的口徑及楔塊比（H/D）有關(guān)，計(jì)算時(shí)可參考表1中Preso楔形流量計(jì)數(shù)據(jù)。
在實(shí)際使用過(guò)程中，因楔形流量計(jì)為非標(biāo)儀表，出廠時(shí)每臺(tái)儀表需經(jīng)過(guò)實(shí)際流體標(biāo)定，從而得出實(shí)際的流量系數(shù)，對(duì)原有計(jì)算時(shí)的差壓值進(jìn)行調(diào)整［4］。
2）對(duì)于測(cè)量氣體介質(zhì)，流量常數(shù)C見(jiàn)下式所示：
式中：Ｙ———氣體熱膨脹系數(shù)。
3）楔形流量計(jì)也可以測(cè)量蒸汽，但對(duì)于蒸汽介質(zhì)，建議采用噴嘴、渦街等其他形式的流量計(jì)進(jìn)行測(cè)量。
3壓損的計(jì)算
楔形流量計(jì)比孔板、Ｖ錐、噴嘴的壓力損失小，相同β值情況下幾種流量計(jì)壓損比較［5］如圖2所示。
將楔形流量計(jì)H/D換算成孔板流量計(jì)的β值，如楔形流量計(jì)H/D＝0.5與孔板β＝0.7070的節(jié)流面積比是一樣的［6］，詳見(jiàn)表2所列。
將換算完后的β值代入下式［6］中，即可得出楔形流量計(jì)的永久壓力損失。
式中：PPl———永久壓力損失，Kpa。
4應(yīng)用案例
某工況介質(zhì)為原料油，管道為DN250，壁厚為SH80，材質(zhì)為碳鋼，正常溫度為50℃，正常壓力為2.08Mpa，最大流量為196.4t/h，正常流量為178.6t/h，最小流量為125t/h，動(dòng)力黏度為0.295Pa·s，介質(zhì)密度為943kg/M3，允許壓降為30Kpa。
因介質(zhì)黏稠，綜合比較各類(lèi)型流量計(jì)后選用楔形流量計(jì)進(jìn)行測(cè)量，最大流量不超過(guò)滿(mǎn)量程的90％，因而圓整后最大量程選用220t/h，楔形流量計(jì)材質(zhì)選用316不銹鋼。使用BaDgerMeter的PresoFloWCalCＶ5.36軟件對(duì)此工況下的楔形流量計(jì)差壓值及壓損進(jìn)行計(jì)算。通過(guò)調(diào)整H/D的值得到合適的差壓值，確定H/D的值后即可確定等效的β值，得出永久壓力損失值。
該案例中的楔形流量計(jì)H/D選用0.3，流量系數(shù)KP為0.1854，在滿(mǎn)刻度220t/h的流量下差壓值為25.53Kpa，等效的β值為0.5023，在滿(mǎn)刻度流量下的永久壓力損失為11.99Kpa，滿(mǎn)足工藝的30Kpa壓力損失限制要求。
上述均為基于經(jīng)驗(yàn)值的計(jì)算，可供設(shè)計(jì)選型參考，實(shí)際的流量系數(shù)仍需要經(jīng)過(guò)標(biāo)定后才可確定。
楔形流量計(jì)結(jié)構(gòu)如圖1所示。當(dāng)流體流經(jīng)Ｖ形節(jié)流塊時(shí)，流通面積減小，流速增大，靜壓減小，從而產(chǎn)生靜壓差，而壓差的平方根與流量成正比，測(cè)得差壓即可測(cè)得管道中的流量［1］。楔形流量計(jì)采用“Ｖ”型體節(jié)流件，當(dāng)流體中含有雜質(zhì)或者固體時(shí)，容易從楔形下部流過(guò)，不會(huì)產(chǎn)生滯留，從而防止堵塞現(xiàn)象［2］。
楔形流量計(jì)通常口徑范圍為DN15～DN600，特殊口徑可至DN1200，壓力等級(jí)高至PN420，測(cè)量精度為±0.5％FS，可測(cè)量黏度高至3Pa·s的介質(zhì)。
楔形流量計(jì)對(duì)介質(zhì)雷諾數(shù)下限的要求，HG/T20507—2014《自動(dòng)化儀表選型設(shè)計(jì)規(guī)范》6.2.4條規(guī)定：“含懸浮物的高黏度易結(jié)晶液體的流量、要求永久的壓力損失小、雷諾數(shù)小于500時(shí)，宜選用楔形流量計(jì)”［3］；已作廢的HG/T20507—2000《自動(dòng)化儀表選型設(shè)計(jì)規(guī)定》3.2.1條規(guī)定：“含懸浮物的高黏度液體、蒸汽、氣體的流量測(cè)量、雷諾數(shù)大于500時(shí)可選用楔形流量計(jì)”；SH/T3005—2016《石油化工自動(dòng)化儀表選型設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定：“當(dāng)測(cè)量高黏度、低雷諾數(shù)（最低至500）的流體時(shí)，可選用楔形流量計(jì)”；已作廢的SH/T3005—1999《石油化工自動(dòng)化儀表選型設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定：“測(cè)量高黏度、低雷諾數(shù)（低至100）的流體，如原油、油漿、渣油、瀝青等，可選用楔式流量計(jì)”。
上述4個(gè)前后版本中關(guān)于楔形流量計(jì)對(duì)介質(zhì)最低雷諾數(shù)的說(shuō)法不一致，其中HG/T20507—2014與SH/T3005—2015對(duì)雷諾數(shù)的要求相悖。查看廠家樣本資料，如ABB的FPD470系列、BaDgerMeter的Preso楔形流量計(jì)要求雷諾數(shù)下限值為500，大韓DHWM系列、捷達(dá)WM系列楔形流量計(jì)要求雷諾數(shù)下限值為300，當(dāng)雷諾數(shù)再低時(shí)流量系數(shù)發(fā)生變化，流體流量和差壓不再遵循平方根的關(guān)系，會(huì)影響測(cè)量準(zhǔn)確度。綜合上述產(chǎn)品信息，楔形流量計(jì)雷諾數(shù)下限取500。
2差壓值的計(jì)算
楔形流量計(jì)差壓值與流量的關(guān)系如下式所示：
式中：ΔP———差壓值，Kpa；qv———介質(zhì)工況下體積流量，M3/H；C———流量常數(shù)。
1）對(duì)于測(cè)量液體介質(zhì)，流量常數(shù)C見(jiàn)下式所示：
式中：N———單位轉(zhuǎn)換系數(shù)，N＝0.1264；KP———流量系數(shù)；D———楔形流量計(jì)內(nèi)徑，mm；Fa———材料熱膨脹系數(shù)，mm2/mm2；ρ———介質(zhì)密度，kg/M3。
楔形流量計(jì)的流量系數(shù)KP和流量計(jì)的口徑及楔塊比（H/D）有關(guān)，計(jì)算時(shí)可參考表1中Preso楔形流量計(jì)數(shù)據(jù)。
在實(shí)際使用過(guò)程中，因楔形流量計(jì)為非標(biāo)儀表，出廠時(shí)每臺(tái)儀表需經(jīng)過(guò)實(shí)際流體標(biāo)定，從而得出實(shí)際的流量系數(shù)，對(duì)原有計(jì)算時(shí)的差壓值進(jìn)行調(diào)整［4］。
2）對(duì)于測(cè)量氣體介質(zhì)，流量常數(shù)C見(jiàn)下式所示：
式中：Ｙ———氣體熱膨脹系數(shù)。
3）楔形流量計(jì)也可以測(cè)量蒸汽，但對(duì)于蒸汽介質(zhì)，建議采用噴嘴、渦街等其他形式的流量計(jì)進(jìn)行測(cè)量。
3壓損的計(jì)算
楔形流量計(jì)比孔板、Ｖ錐、噴嘴的壓力損失小，相同β值情況下幾種流量計(jì)壓損比較［5］如圖2所示。
將楔形流量計(jì)H/D換算成孔板流量計(jì)的β值，如楔形流量計(jì)H/D＝0.5與孔板β＝0.7070的節(jié)流面積比是一樣的［6］，詳見(jiàn)表2所列。
將換算完后的β值代入下式［6］中，即可得出楔形流量計(jì)的永久壓力損失。
式中：PPl———永久壓力損失，Kpa。
4應(yīng)用案例
某工況介質(zhì)為原料油，管道為DN250，壁厚為SH80，材質(zhì)為碳鋼，正常溫度為50℃，正常壓力為2.08Mpa，最大流量為196.4t/h，正常流量為178.6t/h，最小流量為125t/h，動(dòng)力黏度為0.295Pa·s，介質(zhì)密度為943kg/M3，允許壓降為30Kpa。
因介質(zhì)黏稠，綜合比較各類(lèi)型流量計(jì)后選用楔形流量計(jì)進(jìn)行測(cè)量，最大流量不超過(guò)滿(mǎn)量程的90％，因而圓整后最大量程選用220t/h，楔形流量計(jì)材質(zhì)選用316不銹鋼。使用BaDgerMeter的PresoFloWCalCＶ5.36軟件對(duì)此工況下的楔形流量計(jì)差壓值及壓損進(jìn)行計(jì)算。通過(guò)調(diào)整H/D的值得到合適的差壓值，確定H/D的值后即可確定等效的β值，得出永久壓力損失值。
該案例中的楔形流量計(jì)H/D選用0.3，流量系數(shù)KP為0.1854，在滿(mǎn)刻度220t/h的流量下差壓值為25.53Kpa，等效的β值為0.5023，在滿(mǎn)刻度流量下的永久壓力損失為11.99Kpa，滿(mǎn)足工藝的30Kpa壓力損失限制要求。
上述均為基于經(jīng)驗(yàn)值的計(jì)算，可供設(shè)計(jì)選型參考，實(shí)際的流量系數(shù)仍需要經(jīng)過(guò)標(biāo)定后才可確定。
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