弯管流量计的应用
1 概述
弯管流量计属于差压式流量计装置,广泛适用于电力、热力、冶金、钢铁北工、机械、纺织、造纸、制药、食品、公用事业等行业的液体、气体和蒸汽的流量测量。
弯管流量计是由弯管传感器,主机表,差压变送器及一些配套的管道阀门组件组成。当流量测量需要对介质进行密度补偿时,还配备压力变送器,温度变送器,温度传感器等其它配件(即温压补偿)。
弯管流量计能在Ф10~Ф2000mm的大范围管道中精确的测量各种流体的流量,其传感器可耐高温,高压,可在潮湿,粉尘,振动等各种恶劣的环境中正常工作。因此,该流量计可以满足各种工业现场,用于长期监测流量的测量装置使用。
弯管流量计没有插入元件,无附加阻力损失,结构简单,安装方便,基本没有维护量,是一种典型的节能降耗型产品。
2 工作原理
理论研究和大量的试验研究表明,流体在管道中流动,在流经弯管时,由于弯曲管壁的导流作用,使流体在流进弯管时其内侧侧流速会逐渐增大.而外侧流速却逐渐减小,这就形成了各个过流断面的梯形速度分布,且这种梯形速度分布状态在弯管45°截面处达到极限状态。在流出弯管侧流动过程则与上述过程相反。弯管45°截面各质点流速分布如图1所示。
根据质量守恒定律、能量守恒定律和动量矩守恒定律,流体在管道中流动时,在相同过流断面各元流质点的能量不变,但由于各质点流速的变化(内侧大、外侧小)就形成了弯管的内外侧压差△P。这个压力差在45°截面时达到最大,最稳定。且45°弯管断面的流体平均流速v与压差△P的对应关系符合平方比例关系,流体流过弯管时的流量系数与弯管的几何结构尺寸(弯管半径R和内径D)有密切关系,即流量系数α=f(R.D)。由以上分析可知弯管传感器的几何结构尺寸确定之后,只要测取流体流经弯管45°截面的外侧、内侧的压差△P和流体的密度ρ就可以确定流体的平均流速v。数学表达式:
式中 α(R.D)――流量系数;
△P――45o截面的的外侧、内侧的压差;
D ―― 弯管内径;
R ―― 弯管弯曲半径;
ρ ―― 流体密度。
根据管道流体速度与流量的关系就可以得到以下流量Q计算公式:
3 基本特点
(1)无附加阻力损失。弯管传感器是用机加、铸造或其它方式加工而成的几何结构尺寸精密的90°标准弯头,在实际流量测量工作中,只要用弯管传感器代替原来管道上的弯头即可进行流量测量。由于弯管传感器本身就是一个90°标准弯头,没有任何插入件或截流件,因此在测量过程中不会对被测流体造成附加阻力损失,可节省流体输送的动力消耗,降低运行费用,对于那些系统压力低、管径大、流量大的应用场合更具有特殊的使用意义。
(2)安装方便、耐磨损、免维护。作为一次测量元件的弯管传感器可以采用直接焊接法安装在管道上,一次焊接完成后再也不存在泄漏等令人头痛的问题,这就是弯管传感器的免维修的特点。需要强调的是弯管流量传感器之所以采用焊接法安装,其前提条件是弯管传感器对磨损不敏感,长期运行的微量磨损对弯管传感器的测量性能影响甚微,这一点与焊接式孔板有着根本性的区别。
(3)适应性强、量程范围宽、直管段要求不严格_弯管传感器可以在高温、高压、粉尘、振动、潮湿及其它环境恶劣,安装条件极差的现场中正常使用。如采用耐腐蚀材料(如:不锈钢、工程塑料。玻璃、陶瓷等)制造的弯管传感器则可测量各种腐蚀件介质的流量。
弯管传感器量程范围宽包括以下两个方面,一是它可适用于小到十毫米、大到几千毫米的管径变化;二是它能适用于介质在管道内的流速为0.2m/s~12m/s(测量液体介质)和5~160m/s(测量蒸汽或气体介质)的宽量程范围,且都能满足精度要求。
直管段要求低也属于适应性强的范畴,前五(5D)后二(2D)已能充分满足其对直管段的要求,在必要时甚至还可降低要求,其测量系统也可达到相当高的测量准确度。
(4)价格适中,使用寿命长。由于弯管传感器结构简单,便于成批量生产,其价格与其它类型的流量传感器相差无几,且管径越大,价格相对越低;由于其耐温、耐压、耐腐蚀、耐磨损、耐振动性能好,且微量磨损对传感器测量精度影响很小,因此传感器寿命和管道寿命相同。
(5)测量精度高、重复性好。弯管流量计系统测量精度高达1.5%,重复性精度则高达0.2%。由于弯管传感器一次安装后,不再需要重复拆装,因此其安装精度也能得到最佳的保证。
4 应用使用情况
热电厂二级网供水流量不仅是运行监视参数,而且是热量计量的一个重要参数。建厂初期设计采用了涡街流量计,但由于现场大型设备及管道震动等干扰因素,对采集频率信号的涡街流量计影响很大,测量精度无法保证,给热量计量带来很大困难。鉴于此,去年我们改造更换了一台弯管流量计。一年多的考察,弯管流量计以其无附加压力损失值管段要求短、量程范围宽、耐磨损、抗干扰能力强、运行稳定可靠等优点,在满足了计量需要的同时,收到了良好的经济效益。以减少压力损失30KPa,正常流量在4000t/h为例,一个采暖期即可节约资金3.6万元。