平衡孔板流量計(jì)
平衡孔板流量計(jì)是一種多孔圓盤(pán)平衡節(jié)流的新一代節(jié)流裝置。同其他傳統(tǒng)節(jié)流裝置相比, 其具有精確、節(jié)能等各種優(yōu)越性。因 此, 從航天迅速被推廣到石化、化工、冶金、電力、醫(yī)藥、造紙和各種工業(yè)應(yīng)用中。
平衡流量計(jì)除具有標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置簡(jiǎn)單、可靠、安全、適用面廣等優(yōu)點(diǎn)外還具有精度高、直管段短、量程比寬、永久壓力損失小等優(yōu)點(diǎn), 在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)測(cè)量中具有廣泛的發(fā)展前景。
1 傳統(tǒng)節(jié)流裝置的局限性
流量是過(guò)程控制四大參量( 流量、壓力、溫度、液位) 中的重要參數(shù)之一, 由于工況的復(fù)雜性使得流量測(cè)量裝置種類(lèi)繁多。流 量?jī)x表選擇和應(yīng)用始終是一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)。傳統(tǒng)節(jié)流裝置經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化已70 多年, 但在設(shè)計(jì)和應(yīng)用上不斷暴露出不足之處, 下面以孔板為例進(jìn)行說(shuō)明:
(1) 精度和重復(fù)性屬于中下等水平, 節(jié)流件精度為1% ～ 2%,受安裝條件和使用條件的影響精度更低。
(2) 量程比窄, 一般量程比僅3∶1。(3) 有較長(zhǎng)的直管段要求, 根據(jù)不同的
流通孔徑和不同的阻流件位置會(huì)有所不同, 通常最小要求前10D后5D 的直管段長(zhǎng)度來(lái)整定流場(chǎng)。
(4) 永久壓力損失很大, 為差壓值的60%～100%。
(5) 孔板以?xún)?nèi)孔銳角線來(lái)保證精度, 因此對(duì)腐蝕、磨損、結(jié)垢敏感, 長(zhǎng)期使用精度難以保證, 需每年拆下強(qiáng)檢一次。
差壓式流量計(jì)是適用性最廣的流量計(jì), 平衡流量計(jì)是目前最先進(jìn)的差壓式流量計(jì)。平衡流量計(jì)源自美國(guó)航天飛機(jī)主發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)液氧流量計(jì)。它采用獨(dú)特的等雷諾數(shù)、動(dòng)量平衡原理, 將孔板的單孔改為等雷諾數(shù)多孔結(jié)構(gòu), 增加節(jié)流件厚度和加工精度, 構(gòu)造簡(jiǎn)潔, 性能優(yōu)越。平衡流量計(jì)精度等級(jí)為±0.3%、± 0.5%、± 1.0%, 重復(fù)性為
±0.1%,永久壓損為同等條件下孔板的1/2～ 1/3, 直管段要求為0.5D ～ 2D, 量程比為
10∶1 ～30∶1, 使用壽命是孔板的5 倍, 是目前性?xún)r(jià)比最高的流量計(jì)。
3 平衡流量計(jì)在實(shí)際應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)
(1) 平衡流量計(jì)的精度高, 平衡流量計(jì)的精度高可以做到± 0.3% 和±0.5%, 精密的加工管段和取壓裝置使安裝使用精度大大的提高。若普遍采用平衡流量計(jì), 將顯著降低浪費(fèi)和污染排放。精度間接增效= 成品產(chǎn)量×統(tǒng)積時(shí)間×計(jì)量?jī)x表綜合精度提高產(chǎn)品單價(jià)。
示例:DN200 的蒸汽管道, 壓力p=1 MPa (表壓),蒸汽流速v=31.6 m/s, 蒸汽單價(jià)為0.15元/kg 。原采用標(biāo)準(zhǔn)孔板, 現(xiàn)改用平衡流量計(jì)。
根據(jù)流速v=31.6 m/s, 管道內(nèi)徑和蒸汽在1 MPa(表壓) 下的密度,可計(jì)算得到蒸汽質(zhì)量流量為19767 kg/h 。由于平衡流量計(jì)儀表精度比標(biāo)準(zhǔn)孔板的精度提高0.7%, 以300天/年計(jì)算,可減少錯(cuò)計(jì)費(fèi)用為:19767×0.007×24×300×0.15=149439元/年。
這表明, 由于采用高精度的平衡流量計(jì), 該系統(tǒng)每年可精度增效近15 萬(wàn)元。
(2) 直管段要求低, 節(jié)省用戶的一次投資, 平衡流量計(jì)的傳感器能將流場(chǎng)平衡調(diào)整為穩(wěn)定的流場(chǎng), 大大縮短了對(duì)直管段的要求。
直管道的節(jié)省直接的節(jié)省了占地費(fèi)用, 安裝費(fèi)用, 施工費(fèi)用, 維護(hù)和運(yùn)行費(fèi)用, 在鋼材日益漲價(jià)的今天, 給用戶節(jié)省了長(zhǎng)的直管段也就為用戶節(jié)省了大量的投資。
(3) 永久壓力損失降低,為用戶降低運(yùn)行成本, 流量計(jì)作為一個(gè)測(cè)量元件, 本身也是一個(gè)耗能元件。流量計(jì)的運(yùn)行成本包括測(cè)量精度成本和介質(zhì)輸送成本。介質(zhì)輸送成本是介質(zhì)輸送過(guò)程消耗的能量, 主要由測(cè)量元件造成的永久壓力損失為標(biāo)志, 運(yùn)行輸送成本是一筆很大的開(kāi)支, 但容易被忽略, 因?yàn)樗辉谝淮瓮顿Y里體現(xiàn), 但在動(dòng)態(tài)投資里面遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)儀表的一次投資！
平衡流量計(jì)的永久壓損約為孔板的1/3 ～ 1/4 。例如: 一臺(tái)DN200 的孔板測(cè)蒸汽,若差壓值為50 kPa,永久壓損為30 kPa, 單表運(yùn)行能耗約為2 萬(wàn)元/ 年; 平衡流量計(jì)
永久壓力損失約為10 kPa, 運(yùn)行能耗約為7000 元/ 年,相對(duì)節(jié)能60% ～70%。
(4) 寬的量程比和長(zhǎng)期的穩(wěn)定性是精確計(jì)量的基礎(chǔ)。量程的范圍決定了精確測(cè)量流量的范圍, 量程比過(guò)窄, 當(dāng)運(yùn)行在量程比之外的小流量的時(shí)候, 不能精確的測(cè)量就意味著貿(mào)易計(jì)量中物料的損失和物料配比的不平衡, 平衡流量計(jì)突破了傳統(tǒng)節(jié)流裝置的局限, 常規(guī)測(cè)量的量程比能做到10∶1, 選擇合適的參數(shù)可以做更高的量程比; 平衡流量計(jì)無(wú)活動(dòng)部件, 不易被磨損, β 可以長(zhǎng)期保持不變, 大大的延長(zhǎng)了檢定周期和節(jié)省了檢定費(fèi)用, 并其壽命是傳統(tǒng)節(jié)流裝置的5～10倍。
(5) 耐臟污,適用范圍廣,多孔對(duì)稱(chēng)的平衡設(shè)計(jì), 減少了紊流剪切力和渦流的形成也減少了死區(qū)的形成, 減少了流通孔被堵的機(jī)會(huì), 這樣就可以減少檢查、更換流量計(jì)的費(fèi)用。
綜上所述, 采用平衡流量計(jì)來(lái)優(yōu)化流量?jī)x表配置, 將有效提高過(guò)程控制系統(tǒng)精度; 降低永久壓損節(jié)約運(yùn)行能耗; 減少安裝直管段節(jié)約一次投資; 延長(zhǎng)使用壽命; 降低維護(hù)量節(jié)約二次投資。給項(xiàng)目帶來(lái)綜合經(jīng)濟(jì)效益和顯著節(jié)能減排效果。平衡流量計(jì)在今后的流量測(cè)量中將占有重要位置。