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怎样科学、全面地评估内锥流量计

www.cechina.cn2010.03.31阅读 2962

  近两年,在不少专业期刊上都可看到呼吁“从节能降耗要求看推广应用内锥流量计的必要性”的文章(以下简称该文)。内锥流量计作为一种新型的节流装置,确有一些如要求直管段较短、抗脏污等优点,但它是否为一种理想的节能仪表,是否是实现监测节能降耗唯一、最佳的选择而亟待大力推广,业内不少专业人士看法不一。笔者认为,从准确度和永久压损两个方面来讲内锥流量计并非为理想的节能降耗监测仪表。

  节能监测流量仪表的要求
  当前,节能减排已是我国经济建设的重中之重,用仪表进行科学评估是行之有效的方法,流量仪表在其中占有重要的地位,它应具有以下两个基本条件:

  ■   准确度较高
  用于监测节能降耗的流量仪表应具有一定的准确度,否则就难以用数据明确地说明节能效果,也无法进一步采取节能措施。因此,国标GB17167对流量仪表的准确度都有明确规定,一般为1~2.5级。

  ■  永久压损不宜过大
  流量仪表在此是监测节能降耗的,但它本身不仅不能节能,还须消耗能量,其压损大小与仪表的结构有关,在此特定情况下,应首先选择那些压损不大的仪表。  

  内锥流量计发展过热
  内锥流量计(V-Cone flowmeter)是美国MCCROMETER公司于上世纪八十年代研制并推向市场的。二十年来,在国外主要用于测量气体、气固、气液二相脏污流体的流量,取得了较好的效果。
  2003年初,国际标准化组织公布并要求实施节能装置新标准——ISO5167:2003E。与旧标准相比,它对经典节流装置前直管段长度提出了更为苛刻的要求www.cechina.cn,应用现场难以满足,用户普遍寻求一种对直管段长度要求较低的仪表,内锥流量计恰好具备了这个特点控制工程网版权所有,再加上我国近两、三年来举办了几十次研讨会、学习班,在“扬长避短”的热炒下,内锥流量计在全国遍地开花www.cechina.cn,形成了过热的现象。以十七届MICONEX2006为例,国内外展出内锥流量计的厂商共33家,其中国外(含合资企业)仅3家,约占9%,国内展出厂家占91%,而其它产品国外展商大约占40%左右。不仅如此,国内展出的内锥流量计均为国外仿制品CONTROL ENGINEERING China版权所有,没有创新,这种低水平的重复就造成了市场中激烈的压价竞争恶果。

  内锥流量计技术特点
  ■  要求前直管段长度较短。由于存在内锥,流体在流量计中的流动形成了两个特点:
  a.内锥所形成的环形通道逐渐减小,使流体流速加大、压力降低,这种流动在流体力学实验中证明是可以减小、甚至消除漩涡的。
  b.内锥与管壁之间形成了环形通道,它在内锥直径最大的地方形成最窄的通道,其作用类似于流动调整器的管束,具有减少漩涡、改善流动方向的作用。内锥流量计的内锥不仅具有节流作用,还具有整流作用,相当于附加了一个流动调整器(Flow Conditioner)。因此,它可以在直管段不够长的情况下,较其它节能装置能获得更高的准确度。
  ■  准确度在应用条件下达不到±0.5%。流量仪表的准确度不仅取决于本身,还取决于使用条件。只能说在直管段长度不足的条件下,内锥流量计由于环形通道的整流作用,准确度有可能优于经典式节流装置(孔板、喷嘴)。而由于生产加工、安装和现场条件等因素的影响,其准确度往往达不到该文所宣称的±0.5%。
  天津科特公司是一个研制、销售内锥流量计的专业公司,其所公布的数据较为可信,该公司曾对口径从15mm至1600mm不同βv 值下的内锥流量计做了大量的检定工作,部分数据列于表1。

  表1所示的数据表明,当口径较小时(小于150mm),由于内锥的加工、安装比较精确,流出系数的离散性约为1.5%;而当口径为600mm~800mm时,由于加工、安装较差,流出系数离散性将达到5%左右。
  这里还要强调:该公司所标定的内锥流量计βv为0.43~0.6,有利于减小离散性,如大于0.85,离散性还将加大。流出系数的离散性还不是仪表的准确度,准确度还应包括校验装置的流量不确定度。
  ■  内锥流量计的压损。
  由于通道在内锥后突然扩大,流体将在内锥后产生大量的漩涡,这是一个不可逆的非等熵过程,动能不可能无损地转变为位能,压损大是必然的。
  a.内锥与孔板的压损相差无几,内锥流量计永久压损的计算公式为:
  △Pe /△P=(1.3-1.25 βv )
  式中:
  P e— 永久压损;
  △P — 输出压差;
  βv — 直径比。
  根据不同的βv值,计算孔板、内锥两种流量计的DPe /DP比值,列于表2,绘于图1。


图1  各种节流装置β值与永久压损的关系

  从表2及图1可见CONTROL ENGINEERING China版权所有,内锥的压损比孔板小,而大于喷嘴,特别是当bv 值小于0.55时,相当于孔板的90%,而不是如该文所说的1/4。
  b.管径较大时,压损才应引起足够的重视。我们对不同口径的三种差压计量计(内

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