平衡流量計應用特點及工程考慮
發布時間：2022-09-15 22:17:57來源：m.7mdn.com來源：..
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????????摘? ?要：多孔平衡節流裝置（平衡流量計）是一種多孔圓盤平衡節流的新一代節流裝置。同其他（傳統）節流裝置特別是孔板相比，其具有精確、節能等各種優越性，同時由于需要的直管段短，對于大口徑工藝管道安裝有利，測量范圍和適用場所大大拓展，因此從航天迅速被推廣到石化、化工、冶金、電力、醫藥、造紙和各種工業應用中。
????????關鍵詞：多孔平衡節流裝置（平衡流量計）；壓損；直管段
????????1.測量原理
????????多孔平衡流量計是一個多孔的圓盤節流整流器，安裝在管道的截面上，每個孔的尺寸和分布基于獨特的公式和測試數據定制，稱為函數孔。當流體穿過圓盤上的函數孔時，流體將被平衡整流，渦流被最小化，形成近似理想流體，通過常規的取壓裝置，可獲得穩定的差壓信號，根據伯努利方程計算出體積流量、質量流量。多孔平衡節流裝置巧妙之處在于將多孔整流器和測量孔板合二為一，能最大限度地將流場平衡調整成理想狀態，從而將差壓式流量計的優勢發揮到極致。
????????2.流量測量精度和范圍
????????高測量精度表測量和控制各種物料的進出裝置的配比，將會顯著提高整個生產的物料平衡比率，提高成品率，降低浪費和污染排放，能耗也自然降低。因為在工業項目里，綜合成品率只要提高1%，對整個項目來說就是上億元的經濟效益，而流量計在其中實際扮演極其重要的計量角色。例如：某石化企業工業用水測量誤差為1.5%，一年的計量誤差：1.5%×24h×365d×2000t/h×2元/t=525600元（約53萬人民幣）。1.5%誤差不是大比例，長期的1.5%漏計、錯計或多計不是小數目。若流量計普遍出現誤差，則成品率會大大降低，帶來巨大浪費對于差壓流量計，當差壓測量選用0.2%精確度差壓變送器，流量演算器選用0.2%可以得到±2.5%的系統精度。在使用1.5%精度的差壓計的發展階段，一般公認其范圍度只能達到3：1，但有不少研究者認為可以做到10：1。
????????平衡流量計可以經過實流標定使傳感器精度可達±0.30%、±0.50%。同時其常規測量量程比為10：1。
????????3.解決氣體積液問題
????????用來測量壓縮空氣等氣體流量的較大口徑孔板流量計，孔板前常有積水，要影響測量準確度。解決節流件前積水的常用方法是將節流裝置安裝在垂直工藝管上，或改用圈缺孔板或偏心孔板。
????????而平衡流量計因其本身多孔的結構特點可以根本解決節流件前積水的問題，而又因為這是其固有的特點而無需特制或特別處理，所以不會對測量造成任何不確定性。
????????4.解決液體含雜質問題
????????當流體中雜質含量較高，標準節流裝置易因固形物沉積和對銳緣的磨損而失準，因而常采用契型節流件。
????????而平衡流量計因其多孔的特點可以解決固形物的沉積；因其平衡（無銳緣）的特點可以解決銳緣磨損現象。較好地解決了液體含雜質的問題。
????????5.減少永久壓力損失及液態氣體測量應用
????? ? 流量計的運行成本包括測量精度成本和介質輸送成本，測量精度成本是因計量不準確造成的貿易結算損失，對于貴重介質而言，精度成本十分重要；介質的輸送成本是介質輸送過程消耗的能量，主要由測量元件造成的永久壓力損失為標志，就液體、氣體和蒸汽等介質而言，運行成本是一筆很大的開支（泵和壓縮機所消耗的電能），它容易被忽略，因為它不在一次投資里體現，但在動態投資里遠遠超過儀表的一次投資。例如：一臺DN200的孔板測蒸汽，若差壓值為50kPa，永久壓損為30kPa，單表運行能耗約為2萬元/年；平衡流量計永久壓力損失約為10kPa，運行能耗約為7000元/年，相對節能60%~70%。
????????平衡流量計寶貴之處：在保存測量差壓的情況下能大大降低壓損，在確保穩定測量的前提下降低能耗。
????????而對于液氨流量測量時應盡量避免出現兩相流。然而接近氣液平衡狀態的液氨，在流過流量計時，如果壓損過大，則很容易引起部分汽化，影響測量精度。為了避免液氨流量測量時出現汽化現象，選用壓力損失較小的儀表將非常關鍵。多孔平衡節流裝置的設計原型，就是緣于美國國家航空航天局NASA）下屬馬歇爾航空飛行中心（NASA-MSFC）針對航天飛機的主發動機液氧測量而設計發明的流量計，近來越來越常用于液氨、液氧等對壓損敏感的液態氣體測量領域，可見其在該領域的應用本來就是其強項
????????以下是一張平衡節流裝置和其他差壓式流量計性能的比較表。
表1 平衡節流裝置與其他差壓式流量計性能對比表
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平衡節流件孔板噴咀文丘里
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平衡節流件
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孔板
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噴嘴
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文丘里
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節流原理
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平衡節流
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邊緣節流
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邊緣節流
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縮管節流
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測量介質
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氣體、液體、蒸汽
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氣體、液體、蒸汽
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氣體、液體、蒸汽
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氣體、液體、蒸汽
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管徑范圍
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15~3000mm
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50~1000mm
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50~500mm
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50~1200mm
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直管段要求
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前0.5后0.5D
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前20D后5D
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前10D后5D
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前10D后5D
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精度等級
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0.3%~0.5%
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1%2%
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1%2%
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1%-2%
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長期穩定性
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最好
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差
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中
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好
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量程比
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>10：1
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10：1
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10：1
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10：1
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壓力損失
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10%30%差壓
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50%~70%差壓
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50%-70%差壓
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10%-30%差壓
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耐臟防堵性能
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好
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差
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差
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好
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雙向測量
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能
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有可能
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不能
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不能
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雷諾數范圍
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200~10000000
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>8000
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>20000
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>80000
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并聯冗余取壓
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可以，很好
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可以，很好
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可以，很好
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可以，很好
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高流速測量
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好
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差
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好
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好
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低流速測量
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好
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差
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差
|
差
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體積
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中
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小
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中
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很大
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價格
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中
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很低
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中
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高
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使用壽命
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很長
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短
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中
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長
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????????6供貨商必須負責核對用戶要求的管道內、外徑和管道材質平衡流量計可與直管段一起供貨但尺寸仍較小，例如：對于常用的管道式DN100（ANSI-150RF-4”）連接的平衡節流帶直管段的元件的尺寸A=290mm。對于對夾式的連接可以滿足到0.5D的直管要求。
????????由于平衡流量計嚴格計算，保證一定精度。在平衡流量計樣本中，供貨商給出的管道壁厚為英制SCH標準，在實際工程設計中有管道不符合該標準（如常用的鋼管Φ57×3.5）。而不同公稱直徑和材質所選用的SCH又不同。故在工程中可能會出現供貨商與用戶的管道內外徑出現偏差，嚴重的影響精度。所以供貨商必須負責核對用戶要求的管道內外徑和管道材質并將外形尺寸返回給用戶
????????小結
? ??????鑒于該節流裝置的諸多優勢，因而其很有望成為新一代的節能型的節流裝置。但其推廣之路還很長，雖已取得國外專利但還未進入國家標準范圍的問題還有待解決。讓我們拭目以待其原來應用于航天的技術在儀表界的升空。
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