摘要：介紹了楔形流量計(jì)的原理及應(yīng)用范圍，探討了楔形流量計(jì)對(duì)介質(zhì)雷諾數(shù)下限的要求；介紹了楔形流量計(jì)差壓值的確定方法；以實(shí)際案例為例，采用PresoFloWCal軟件對(duì)楔形流量計(jì)差壓值及壓損進(jìn)行計(jì)算。結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)，對(duì)與楔形流量計(jì)配套使用的差壓變送器進(jìn)行選型，根據(jù)不同的工況，給出建議的安裝方式。
　　在石化裝置中，存在一些易結(jié)晶、黏稠、臟污、磨蝕、低雷諾數(shù)、含有懸浮物、高溫等工況的介質(zhì)，如原油、泥漿、煤焦油、廢水、瀝青、氯氣等，常用的流量計(jì)如孔板流量計(jì)、渦街流量計(jì)、電磁流量計(jì)等無(wú)法克服堵塞、低雷諾數(shù)、磨損、腐蝕等問(wèn)題，故給設(shè)計(jì)選型帶來(lái)一些困擾。楔形流量計(jì)能夠有效克服上述惡劣工況，提供高性能的流量解決方案，取得了滿意的測(cè)量效果。
1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�？趶椒秶鸀镈N15～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)”。
　　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。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———?dú)怏w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，在滿刻度220t/h的流量下差壓值為25.53Kpa，等效的β值為0.5023，在滿刻度流量下的永久壓力損失為11.99Kpa，滿足工藝的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。
5楔形流量計(jì)的安裝
　　楔形流量計(jì)多用于介質(zhì)高黏度或者強(qiáng)腐蝕性等場(chǎng)合，常與毛細(xì)管式法蘭膜片密封式差壓變送器配套使用，差壓變送器與楔形流量計(jì)之間配備法蘭式切斷閥方便檢維修，對(duì)于高黏度的介質(zhì)還需配備沖洗環(huán)。
　　若儀表訂貨是在基礎(chǔ)工程設(shè)計(jì)階段時(shí)，建議帶隔離裝置的毛細(xì)管差壓變送器與楔形流量計(jì)成套訂貨，并采用一體式的安裝形式，將差壓變送器固定在楔形流量計(jì)上，避免過(guò)長(zhǎng)的毛細(xì)管的長(zhǎng)度影響測(cè)量精度或過(guò)短的毛細(xì)管長(zhǎng)度影響安裝。在詳細(xì)工程設(shè)計(jì)階段時(shí)，需提相關(guān)安裝條件給配管專業(yè)，將楔形流量計(jì)安裝在便于維護(hù)的場(chǎng)合。
　　羅斯蒙特1199遠(yuǎn)傳膜片裝置采用D.C.704高溫硅油時(shí)介質(zhì)溫度上限是315℃［8］，EＪA118系列隔膜密封裝置允許介質(zhì)溫度上限是300℃［9］，當(dāng)介質(zhì)溫度過(guò)高采用上述帶毛細(xì)管遠(yuǎn)傳膜片式差壓變送器與楔形流量計(jì)配套使用時(shí)容易造成測(cè)量誤差。當(dāng)介質(zhì)高黏度且高溫時(shí)，楔形流量計(jì)的接管長(zhǎng)度可選150mm，利用盲腸效應(yīng)進(jìn)行降溫，避免高溫傷及儀表及堵塞發(fā)生。
6結(jié)論
　　掌握楔形流量計(jì)差壓值的計(jì)算有利于指導(dǎo)設(shè)計(jì)選型，流量計(jì)直管段的要求與楔塊比有關(guān)系，根據(jù)確定的楔塊比提出流量計(jì)安裝要求；設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)根據(jù)具體工況選擇合適的安裝方式。楔形流量計(jì)在使用過(guò)程中運(yùn)行穩(wěn)定，維護(hù)量少，價(jià)格便宜［10］，有很大的應(yīng)用前景。

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