含雜質流體的流量測量

【摘要】本文結合工程實例，介紹了幾種實用的含雜質流體的流量測量方案，供自動化儀表設計及維護人員參考。
【關鍵詞】含雜質流體 流量測量 壓力損失 管徑

1 引言
　在冶金工業生產中，進行流量測量時，被測介質含有雜質是很常見的，由于雜質流速低于主體流速而靠近管壁流動，若使用標準孔板測量其流量，當流體流過測量管時，雜質有可能粘附在流量管和孔板上，不但影響了流體通過孔板時的流速分布，在很大程度上影響了測量精度，而且堵塞處于滯留區的取壓孔，影響正常工作。
　根據資料介紹，煤氣管道中的孔板表面上積垢每月約為0.5～0.62mm，主要雜質為萘及焦油。另外，由于企業生產周期長，工作又是連續的，生產一時停不下來，孔板的清掃工作常常無法進行，因此，被堵孔板的介質流量有時也只能憑以往經驗進行估計，長期以去，對生產、對計量管理工作均無益處。
本文介紹幾種含雜質流體的流量測量方案，供自動化儀表設計及維護人員參考。

2 各種測量方案的分析、應用
2.1 采用插入式文丘里管
　插入式文丘里管系插入式節流元件，它基于伯努利方程、連續性原理及速度分布原理設計而成。當流體流經管道時，通過插入在管道軸線部位的文丘里管，其圓錐形收縮段和喉部圓管，使流束形成局部收縮，導致流速增大，在節流前后產生壓力差，經取壓管傳輸給差壓儀表，在圓管內的流體介質當其處于充分紊流的條件下具有良好的軸對稱流速分布時，根據速度分布原理和流場分布特性，由文丘里管測得的管道內中心流速推算出整個管道截面流量。
　它適用于測量封閉管道中的單相穩定流體（氣體、煙塵）的體積流量，與別的差壓式流量計相比：直管段要求較低，壓力損失小，可靠性高，幾乎不用維護且適用范圍寬，便于安裝。
　例如：邯鋼900m3高爐煤氣清洗系統的脫水器后高爐煤氣流量檢測（其工藝參數見表1），該被測介質既含水又含塵，對此，我在設計中選用了開封儀表廠生產的插入式文丘里管配上海自動化儀表一廠的1151DP-型差壓變送器，1996年7月投產至今使用良好，末出現過檢測元件被堵現象。武鋼三煉鋼廠及湘鋼煉鐵廠，在大口徑煤氣計量中也采用了插入式文丘里管，取得了令人滿意的使用效果。可見，插入式文丘里管特別適用于大口徑（DN≥1000mm）低壓（≤0.6MPa）輸送管含塵氣體的計量。
2.2 采用低壓損流量管
　對于一些大管徑低壓力的管路需要測量其流量時，人們往往習慣于選用經典文丘里管，但它有2個不容忽視的缺點：
（1）經典文丘里管尺寸過于龐大，特別是大管徑時，管的軸向尺寸約為管內經的5倍，給運輸、安裝造成很大困難。在某些現場，由于管路較短，以至不可能采用經典文丘里管。
（2）經典文丘里管取壓口處測得的凈壓力差較小，經常不得不用微差壓變送器測量，該表價格高，穩定性和精確度都不好。
　　由于流量與差壓的平方根成正比，在流量偏小處，很微小的差壓處于不穩定和相對誤差大的狀態，以至使流量的測量誤差更大，在某些情況下甚至達到無法接受的程度。

表1