摘要(yao)：與孔闆(pan)、文丘裏(li)管等傳(chuan)統差壓(ya)式流量(liang)計相比(bi),“邊壁逐(zhu)漸收縮(suo)式"V 錐流(liu)量計 在(zai)結構上(shang)具有優(you)勢。V錐流(liu)量計對(dui)安裝前(qian)後直管(guan)段的要(yao)求低,且(qie)具有壓(ya)力損失(shi)小、抗髒(zang)污、測量(liang)性能優(you)等優💘點(dian)。因此，在(zai)空間緊(jin)湊的FLNG裝(zhuang)置上,将(jiang)V錐流量(liang)計作爲(wei)流量👅計(ji)選型的(de)先考量(liang)對象。
　　V錐(zhui)流量計(ji)具備錐(zhui)形管的(de)特殊結(jie)構，能夠(gou)對流經(jing)錐體的(de)流體速(su)度分布(bu)梯度進(jin)行調整(zheng),消除漩(xuan)渦二次(ci)流，降低(di)V錐流量(liang)計前後(hou)直管段(duan)的要求(qiu)。V錐流量(liang)計安🐉裝(zhuang)成本🐉低(di)、量程比(bi)寬.信号(hao)穩定📧、值(zhi)範圍寬(kuan)。
1V錐流量(liang)計的工(gong)作原理(li)和結構(gou)特點
1.1V錐(zhui)流量計(ji)的工作(zuo)原理
　　V錐(zhui)流量計(ji)作爲1種(zhong)差壓式(shi)流量計(ji)，其基本(ben)理論是(shi)可以在(zai)密閉管(guan)道中進(jin)行能量(liang)相互轉(zhuan)換的伯(bo)努利原(yuan)理。結合(he)流🔞動連(lian)續性原(yuan)理，可以(yi)推斷在(zai)穩定流(liu)場情況(kuang)下，管道(dao)中的流(liu)速與🌈錐(zhui)體前後(hou)差壓的(de)平方根(gen)呈正比(bi)例.函數(shu)關系。測(ce)得錐體(ti)上下遊(you)的壓力(li)得出差(cha)✨壓即可(ke)實現流(liu)量測量(liang)。V錐流量(liang)計結構(gou)見圖1。
 
　　體積流(liu)量與差(cha)壓的關(guan)系由下(xia)式确定(ding)如式(1)所(suo)示。
 
　　體積(ji)流量與(yu)差壓的(de)關系如(ru)式2)所示(shi)。
 
式中:D一(yi)工況下(xia)測量管(guan)的内徑(jing),m;
d一工況(kuang)下V錐體(ti)的最大(da)直徑,m;
C一(yi)流出系(xi)數,無量(liang)綱;
β一可(ke)膨脹修(xiu)正系數(shu),無量綱(gang),對不可(ke)壓縮流(liu)體時β=1,當(dang)🔆流體是(shi)可壓縮(suo)流體時(shi)，β<1;
ρ一工作(zuo)狀态下(xia)，節流件(jian)上遊處(chu)流體的(de)密度,kg/m³;
△p一(yi)差壓值(zhi),Pa;
P1一節流(liu)件上遊(you)導壓處(chu)壓力,Pa;
P2一(yi)節流件(jian)下遊導(dao)壓處壓(ya)力，Pa。
1.2V錐流(liu)量計與(yu)其他節(jie)流裝置(zhi)的比較(jiao)
　　V錐流量(liang)計将“流(liu)體收縮(suo)到管道(dao)中心”的(de)概念改(gai)變爲😍“收(shou)縮♍到🚶管(guan)道的内(nei)邊壁”。當(dang)流體流(liu)經錐體(ti)與測量(liang)管道之(zhi)間的環(huan)形通道(dao)時，流體(ti)逐漸向(xiang)管内壁(bi)平滑收(shou)縮，錐體(ti)♻️前後産(chan)生差壓(ya),實現流(liu)量測量(liang)。錐體在(zai)管線中(zhong)心位置(zhi)的測壓(ya)點🈲的流(liu)量速度(du)剖面最(zui)佳，可以(yi)在不考(kao)慮上遊(you)流動狀(zhuang)況的情(qing)況下,獲(huo)得精度(du)高、可靠(kao)👄好的流(liu)量測⚽量(liang)。
　　孔闆采(cai)用“中心(xin)突然收(shou)縮式”的(de)節流方(fang)式。流體(ti)流經節(jie)流件時(shi)㊙️,未對速(su)度割面(mian)進行整(zheng)形,在管(guan)道中心(xin)線附近(jin)突然性(xing)的形成(cheng)局部⭐收(shou)縮。孔闆(pan)是帶有(you)同心或(huo)偏心圓(yuan)形開孔(kong)🎯的一塊(kuai)🛀金屬薄(bao)闆。當流(liu)體流經(jing)圓形開(kai)孔時,管(guan)道橫截(jie)面💛積的(de)突然減(jian)小使流(liu)👨‍❤️‍👨體局部(bu)收縮，在(zai)孔闆下(xia)遊形成(cheng)幅度較(jiao)大的漩(xuan)渦。因爲(wei)測壓點(dian)需要位(wei)于流體(ti)流場較(jiao)穩定的(de)區域以(yi)保證其(qi)測量精(jing)度和重(zhong)複性，在(zai)安裝時(shi)對直管(guan)段🚶‍♀️長度(du)要求(一(yi)般前10D、後(hou)5D)。另外，漩(xuan)渦會造(zao)成差壓(ya)信号中(zhong)的噪聲(sheng)增大，量(liang)程比縮(suo)小，測量(liang)精度降(jiang)低,由能(neng)量守恒(heng)可知,漩(xuan)渦會增(zeng)大壓損(sun)。孔闆的(de)❤️結構特(te)點還會(hui)使孔闆(pan)前極易(yi)積📞污，對(dui)内孔銳(rui)角線磨(mo)損從而(er)難以保(bao)證精度(du),使流出(chu)系數🙇‍♀️不(bu)穩定。
　　文(wen)丘裏管(guan)采用“中(zhong)心逐漸(jian)收縮式(shi)”的節流(liu)方式。即(ji)流體流(liu)👌經♻️節流(liu)件時,在(zai)收縮段(duan)逐漸收(shou)縮後，才(cai)會流經(jing)☀️管道中(zhong)心線附(fu)👣:近的喉(hou)道，通過(guo)擴散段(duan)逐漸擴(kuo)大的管(guan)道流出(chu)。文丘裏(li)管先⁉️逐(zhu)漸收縮(suo)而後💁逐(zhu)漸擴大(da)的特點(dian)，能夠對(dui)流體速(su)度分布(bu)梯度有(you)效整流(liu),壓損較(jiao)小，流出(chu)系數接(jie)近1。但是(shi)文丘裏(li)管在使(shi)用過程(cheng)中喉部(bu)的磨損(sun)嚴重,無(wu)法長期(qi)保持測(ce)量精度(du)。而且文(wen)丘裏管(guan)漸縮漸(jian)擴的結(jie)構特點(dian),對上下(xia)遊直管(guan)段具有(you)要求，在(zai)測量濕(shi)氣體、冷(leng)凝物以(yi)及固液(ye)兩👈相介(jie)質的流(liu)量時容(rong)易被堵(du)塞。
　　孔闆(pan)、文丘裏(li)管等老(lao)式差壓(ya)式流量(liang)計由于(yu)其結構(gou)🔞上🍓的💞缺(que)陷,無法(fa)滿足FLNG領(ling)域流量(liang)測量的(de)需求。而(er)V錐流💁量(liang)計是對(dui)傳統節(jie)流🐪式流(liu)量計改(gai)進完善(shan)後的器(qi)件，其結(jie)構特點(dian)不僅解(jie)決已有(you)差壓式(shi)流量計(ji)的缺陷(xian)，而且還(hai)有其他(ta)測量原(yuan)理的流(liu)🏃‍♀️量計不(bu)具備的(de)優點。
2V錐(zhui)流量計(ji)的性能(neng)特點
2.1V錐(zhui)流量計(ji)的優勢(shi)
　　流體在(zai)接近V錐(zhui)體流動(dong)時産生(sheng)扁平的(de)流态分(fen)布，V錐🥰流(liu)量計可(ke)以比其(qi)他差壓(ya)流量計(ji)更接近(jin)上遊擾(rao)動處工(gong)作。V錐㊙️流(liu)量計的(de)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻建議安(an)裝距離(li)爲上遊(you)直管段(duan)直徑的(de)0~3倍和下(xia)遊直管(guan)段直徑(jing)的0~1倍。單(dan)個或雙(shuang)個彎頭(tou)在同一(yi)平面或(huo)接近儀(yi)表上💜遊(you)時,V錐流(liu)🍉量計仍(reng)然🧑🏾‍🤝‍🧑🏼可以(yi)産生扁(bian)平流态(tai)。當不同(tong)流态接(jie)近錐體(ti)時，始終(zhong)♊會産生(sheng)一個可(ke)🔴預測的(de)流态,保(bao)證儀表(biao)測量。
　　V錐(zhui)一次元(yuan)件的精(jing)度可以(yi)達到士(shi)0.5%。V錐一-次(ci)元件的(de)重複性(xing)🐪高達🐪0.1%。可(ke)以測量(liang)較低雷(lei)諾數範(fan)圍(Re≥8000)的流(liu)量。典型(xing)V錐流量(liang)計的量(liang)✂️程比爲(wei)10:1。選擇合(he)适的參(can)數時,可(ke)以達到(dao)更高的(de)量程。
　　V錐(zhui)一次元(yuan)件的精(jing)度可以(yi)達到±0.5%。V錐(zhui)一次元(yuan)件的重(zhong)複性高(gao)達0.1%。可以(yi)測量較(jiao)低雷諾(nuo)數範圍(wei)(Re≥8000)的流量(liang)。典型V錐(zhui)流量計(ji)的量程(cheng)比爲10:1。選(xuan)擇合适(shi)的參數(shu)時,可以(yi)達到更(geng)高的🤞量(liang)程。
　　錐體(ti)的輪廓(kuo)形狀将(jiang)流體方(fang)向限制(zhi)爲朝向(xiang)管道的(de)内邊壁(bi),不清潔(jie)的流體(ti)不會對(dui)錐體邊(bian)界層産(chan)生沖擊(ji),并且不(bu)易磨損(sun)邊緣。其(qi)β值長期(qi)不變,流(liu)量計不(bu)需要重(zhong)複标定(ding),具有長(zhang)期的精(jing)度穩定(ding)性。
　　流體(ti)在流經(jing)節流件(jian)時,會産(chan)生“一卡(ka)曼旋渦(wo)”現象,在(zai)流⛹🏻‍♀️量穩(wen)定🥵條件(jian)下,對差(cha)壓檢測(ce)産生幹(gan)擾而形(xing)成“信号(hao)波動”。孔(kong)闆流量(liang)計💘會在(zai)孔闆下(xia)遊處形(xing)成渦流(liu),呈高幅(fu)低⭐頻的(de)孔闆信(xin)号,影響(xiang)流量計(ji)的讀數(shu)。而V錐流(liu)量計的(de)結構是(shi)邊壁逐(zhu)漸收縮(suo)節流，與(yu)錐體後(hou)部産生(sheng)的幹擾(rao)流大小(xiao)相同方(fang)向相反(fan)而相互(hu)抵消，對(dui)信号擾(rao)動很小(xiao)⁉️，在低壓(ya)流場也(ye)能夠呈(cheng)現高頻(pin)低幅的(de)壓力脈(mo)動，且噪(zao)聲小、信(xin)号穩定(ding)。
　　V錐流量(liang)計可以(yi)在低差(cha)壓力下(xia)正常運(yun)行，永久(jiu)壓力損(sun)失低。V錐(zhui)流量計(ji)的結構(gou)特點允(yun)許有很(hen)寬的比(bi)範圍。标(biao)準的比(bi)範圍爲(wei)💘0.45.0.55.0.65.0.75和0.85。V錐⛹🏻‍♀️流(liu)量計“掠(lue)過型”的(de)設計理(li)念,會對(dui)流體中(zhong)♻️的殘渣(zha)、凝結物(wu)或顆粒(li)形成吹(chui)掃沖刷(shua)作用,因(yin)㊙️此可以(yi)保🍉持錐(zhui)體長期(qi)清潔。
　　上(shang)述短渦(wo)流使V錐(zhui)下遊的(de)流體完(wan)全混合(he)，在很多(duo)需要即(ji)時和完(wan)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼全混合(he)的應用(yong)中,V錐常(chang)被用作(zuo)靜态混(hun)合器。
2.2V錐(zhui)流量計(ji)的局限(xian)性
　　V錐流(liu)量計檢(jian)測元件(jian)是錐體(ti)，流量計(ji)的流出(chu)系數受(shou)錐🍉角大(da)小🎯、下遊(you)取壓口(kou)位置、錐(zhui)體最大(da)截面處(chu)軸向長(zhang)度等參(can)數的直(zhi)接👣影響(xiang)😍，但是目(mu)前各個(ge)廠家尚(shang)未形成(cheng)統一規(gui)範,V錐流(liu)量✍️計仍(reng)需遵循(xun)逐台實(shi)流标定(ding)的原則(ze)。但是标(biao)準節流(liu)裝置(标(biao)準孔闆(pan)、标準噴(pen)嘴和🏃🏻‍♂️标(biao)準文丘(qiu)裏♌管)能(neng)夠達到(dao)💃🏻國際标(biao)準ISO-5167,按💛照(zhao)國際标(biao)準進行(hang)設計、制(zhi)造💃🏻、安裝(zhuang)和使用(yong)。
　　錐體的(de)結構特(te)點使得(de)其無法(fa)滿足雙(shuang)向流的(de)流量測(ce)量要♋求(qiu)。與标準(zhun)節流裝(zhuang)置相比(bi),V錐流量(liang)計用料(liao)更多，加(jia)工工🙇🏻藝(yi)要❤️求嚴(yan)🤞格,逐❗台(tai)标定費(fei)用高,使(shi)其售價(jia)🆚較高。但(dan)綜合考(kao)慮并權(quan)衡節流(liu)裝置購(gou)🙇‍♀️買價及(ji)安裝費(fei)用、維護(hu)費用、因(yin)壓損造(zao)成的能(neng)量損失(shi)🈲等因素(su),V錐流量(liang)計的總(zong)🔞體費用(yong)是更合(he)理的。
3.V錐(zhui)流量計(ji)在FLNG裝置(zhi)上的應(ying)用優勢(shi)
　　陸上工(gong)廠擁有(you)大量空(kong)間,對儀(yi)表占地(di)要求不(bu)高,但是(shi)在空✨間(jian)👉擁擠的(de)海上,需(xu)要盡可(ke)能地減(jian)少空間(jian)的使用(yong)。FLNG裝置設(she)計緊湊(cou),實際工(gong)作環境(jing)還涉及(ji)颠簸、腐(fu)蝕等諸(zhu)👈多問題(ti)，因此甲(jia)闆上的(de)生産裝(zhuang)置詳細(xi)設計與(yu)陸地同(tong)規模工(gong)廠的設(she)計完全(quan)不同。V錐(zhui)流量計(ji)隻需極(ji)短的直(zhi)管段就(jiu)能取得(de)測量值(zhi),其🤩直管(guan)段要求(qiu)如下:
(1)氣(qi)體測量(liang),雷諾數(shu)範圍(Re)>200000,V錐(zhui)流量計(ji)測量氣(qi)體的上(shang)遊和下(xia)遊的最(zui)小直管(guan)長度見(jian)表1。若≥0.65,表(biao)🔴中的直(zhi)管段長(zhang)度需要(yao)增加1D。
 
(2)液(ye)體測量(liang),雷諾數(shu)範圍(Re)>200000,V錐(zhui)流量計(ji)測量液(ye)體的上(shang)遊和下(xia)遊的最(zui)小直管(guan)長♍度見(jian)表2。若≥0.65,表(biao)中的直(zhi)管段長(zhang)度需要(yao)增加1D.。
 
　　V錐(zhui)流量計(ji)的使用(yong)流體非(fei)常廣泛(fan),低、高流(liu)速的流(liu)體均可(ke)以測量(liang);V錐流量(liang)計規格(ge)齊全，适(shi)用口徑(jing)DN15(1/2")~DN3000(120"),公稱壓(ya)力0~25001b,工🏃🏻‍♂️作(zuo)溫㊙️度-200~800℃;且(qie)安裝方(fang)式靈活(huo),可以選(xuan)擇管道(dao)法蘭式(shi)、直接焊(han)接式、方(fang)管式安(an)裝。V錐流(liu)量計在(zai)惠生海(hai)工爲Exmar以(yi)EPCIC模式總(zong)承包建(jian)🐅設的FLNG(設(she)計液化(hua)能力👄約(yue)50萬t/a的LNG)中(zhong)得到了(le)成功㊙️應(ying)用，在惠(hui)生❤️海工(gong)的FLNG标準(zhun)化項目(mu)(設計液(ye)化能力(li)300萬🎯t/a的LNG)也(ye)有選型(xing)應用。
　　需(xu)要将液(ye)體和氣(qi)體流量(liang)計放在(zai)近海平(ping)台、浮式(shi)生産儲(chu)油和卸(xie)油的船(chuan)、海底裝(zhuang)置這些(xie)場所時(shi),具有自(zi)調節功(gong)能的V錐(zhui)近海流(liu)量計所(suo)需要的(de)運行直(zhi)管段比(bi)其他流(liu)量計☀️少(shao)70%，可以✊産(chan)生不動(dong)産和安(an)裝成本(ben)乃面的(de)巨大節(jie)省,節省(sheng)的成本(ben)能夠超(chao)過儀表(biao)本身的(de)🏃🏻成本。
4結(jie)語
　　V錐流(liu)量計具(ju)有精度(du)高、自清(qing)潔功能(neng)、實用性(xing)強、運行(hang)穩定可(ke)靠、長期(qi)穩定性(xing)好,方便(bian)了生産(chan),滿足生(sheng)産計🔴量(liang)的需要(yao)。且.V錐流(liu)量計的(de)結構決(jue)定其不(bu)需要長(zhang)的運行(hang)直管段(duan)或者流(liu)量調節(jie)儀表，安(an)裝條件(jian)的局限(xian)少，在空(kong)間緊缺(que)的FLNG裝置(zhi)上是流(liu)量測量(liang)儀表選(xuan)型的重(zhong)要參考(kao)因素。

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