摘要：檢測(cè)儀表的合理選(xuan)型正确使用不(bu)僅是工藝生産(chǎn)的需要,也是節(jie)能降耗的需要(yao)。對玻璃生産線(xian)常見的氣體流(liú)量計 的選型與(yǔ)應用進行一些(xiē)探讨。
　　玻璃生産(chan)線(含全氧燃燒(shāo)、富氧燃燒、特種(zhǒng)玻璃、深加工玻(bo)璃線等)常有些(xiē)氣體介質的流(liú)量需要測量，如(rú)助燃風、調溫風(fēng)等冷卻風、壓縮(suo)空氣、惰性氣、氮(dan)氣、氫氣、氧氣、天(tiān)然氣、液化氣、蒸(zhēng)汽等。以最常見(jian)的風流量計的(de)選型應用爲例(lì),按時期先後大(dà)緻如下:節流差(chà)壓式流量計(标(biāo)準節流孔闆、文(wen)丘裏，管等), 渦街(jiē)流量計 ,差壓式(shì)流量計(均速管(guan)流量計), 熱式質(zhì)量流量計 ,節流(liu)差壓式流量計(jì)(彎管流量計),節(jie)流差壓式流量(liang)計( 多孔孔闆平(píng)衡流量計 )等。幾(jǐ)種流量計各有(you)優缺點,下面對(dui)它們進行一-些(xie)分析探讨,以期(qi)合理選型正确(què)使用。
1标準節流(liú)差壓式流量計(ji)
　　标準節流孔闆(pǎn)及文丘裏管等(děng)典型的節流 差(cha)壓式流量計 ,是(shi)傳統最常見的(de)流量計。基于流(liu)體連續性原理(li)和流體力學能(neng)量守衡原理,遵(zūn)從伯努利定律(lü)。标準節流式流(liu)量計的基本公(gong)式爲:
質量流量(liàng):M=α?Ad(2ρΔP)1/2
體積流量:Q=M/p=α?Ad(2ρΔP)1/2
式中(zhōng):α爲流量系數;?爲(wèi)流束膨脹系數(shu);Ad爲工作狀态下(xià)節流件開孔面(mian)積;ρ爲節流件.上(shàng)遊側取壓處流(liu)體密度，标準節(jie)流件上、下遊側(cè)規定的取壓孔(kong)位置上所測得(de)的靜壓力之差(cha)。
以孔闆流量計(jì)爲例，推導得其(qí)應用公式爲:
Q=0.01252α?k,d2(ΔP/ρ)1/2(3)
　　當(dāng)孔闆流量系數(shu)α、流束膨脹系數(shù)ε、管道與孔闆材(cái)料熱膨脹校正(zheng)系數k1、流體密度(dù)ρ及孔闆節流孔(kong)徑d近似視爲常(cháng)數C時，流體流量(liàng)Q與孔闆前、後的(de)壓力差ΔP的平方(fāng)根成正比，公式(shì)簡化爲:
Q=CAP2(4)
　　孔闆流(liú)量計優點是經(jīng)典成熟，一次測(cè)量元件構造較(jiào)簡單,便于制造(zao)加工。缺點是壓(ya)力損失大，差壓(ya)信号較小,量程(cheng)比小，一般爲3:1,要(yào)求直管段長,需(xū)要占用較長的(de)工藝管路,無法(fa)在線拆裝檢修(xiū),檢測件和管路(lù)安裝較麻煩,需(xū)另外配套差壓(ya)變送器,大口徑(jing)管路流量測量(liang)時,無論是性/價(jia)比還是安裝方(fāng)面考慮均不可(ke)取。
　　當流體實際(ji)工況(密度、成分(fèn)、壓力、溫度等)較(jiao)多地偏離設計(jì)計算參數時,将(jiāng)引入很大的測(ce)量誤差;當孔闆(pǎn)前、後的直管段(duàn)長度不滿足規(gui)定要求時也會(huì)導緻較大的測(ce)量誤差(爲了保(bǎo)證标稱的測量(liàng)精度,近年的新(xīn)标準對直管段(duan)長度有加長的(de)趨勢),孔闆加工(gōng)精度、變形、節流(liú)孔入口邊緣磨(mo)損變鈍等也影(yǐng)響測量精度。此(ci)外,安裝使用不(bu)當,也會附加測(ce)量誤差。比如孔(kǒng)闆中心與管道(dào)中心不同心,管(guan)道内表面不光(guāng)潔,管道變形或(huo)内徑偏離設計(ji)計算取值,上、下(xia)遊取壓管不-緻(zhì)(高度、阻力、受熱(rè)等),取壓管路、接(jie)頭、閥門洩漏或(huo)堵塞,配套 差壓(yā)變送器 誤差等(deng)。
　　标準孔闆或文(wen)丘裏管流量計(jì)在浮法玻璃生(shēng)産線上有一些(xiē)應用,但由于壓(ya)力損大,不利于(yu)節能降耗,工藝(yi)管路又往往較(jiao)難獲得測量所(suǒ)需的足夠長的(de)直管段,不能在(zai)線拆裝檢修,加(jia)上要配套取壓(yā)管路和差壓變(bian)送器,安裝相對(duì)較麻煩,壓力、溫(wen)度變動較大時(shí)若不采取自動(dòng)補償則誤差很(hen)大,故後來采用(yòng)得較少。對于大(dà)口徑低壓力風(feng)管流量測量更(gèng)不宜采用。
從節(jie)能降耗的角度(du)考慮,建議盡量(liang)少選用标準節(jie)流孔闆等流量(liang)計,改選壓力損(sǔn)失小的其它新(xin)型流量計。
2渦街(jiē)流量計
　　渦街流(liú)量計(旋渦流量(liàng)計)屬流體振動(dong)流量計,基于Karman卡(kǎ)i門]渦街效應原(yuan)理。流體在非流(liu)線型阻擋物(旋(xuán)渦發生體)後的(de)兩側會産生兩(liang)列交錯排列的(de)旋渦。旋渦分離(li)的頻率f與阻擋(dǎng)物側面的流速(sù)V成正比,與阻擋(dǎng)物的迎流面寬(kuān)度d成反比,遵從(cóng)下列公式:
其中(zhōng)st爲Strouhal斯特勞哈爾(er)數,雷諾數在一(yi)定區段範圍内(nèi)s,是常數。
由壓電(dian)元件測得頻率(lü)f,便可測得工況(kuang)流速V,管道有效(xiao)截面積4已知,進(jin)而可獲得流體(tǐ)流量。
　　其測量是(shì)基于漩渦頻率(lü),因而不存在零(líng)點和量程的漂(piao)移問題;輸出與(yǔ)工況流量成正(zheng)比,不受流體密(mì)度、成分、壓力、溫(wen)度等影響,但若(ruo)轉換爲标況流(liú)量,則也要進行(háng)壓力、溫度修正(zhèng)。已有一體化渦(wō)街質量流量計(jì)。 插入式渦街流(liu)量計 無須占用(yòng)工藝管段。安裝(zhuang)簡單,維護使用(yong)方便,無堵塞之(zhī)慮。國内外在不(bú)少場合用渦街(jiē)流量計取代傳(chuán)統孔闆、 渦輪流(liú)量計 等。
　　渦街流(liu)量計量程比一(yī)般爲10:1,優于孔闆(pǎn)等差壓式流量(liang)計,但不及熱式(shi)流量計。其測量(liang)下限值取決于(yu)是否産生漩渦(wō)(流體黏度是主(zhǔ)内因)和漩渦強(qiáng)度是否足夠(流(liu)體密度是主内(nèi)因)。一般不适用(yòng)于低流速流體(tǐ),有時不得不将(jiang)工藝管道縮管(guǎn),以提高流速。雙(shuang)發生體的渦街(jiē)流量計可以測(cè)量雷諾數較低(di)的流體。渦街流(liú)量計要求的直(zhi)管段長,不适合(hé)低流速測量，怕(pa)振動。在直管段(duan)足夠長、流速足(zu)夠大、無較大振(zhen)動的場合可選(xuan)用。直管段足夠(gou)長時,最好采用(yong)平均流速點法(fa),插入深L=0.121D,測量精(jīng)度幾乎不受雷(léi)諾數變化的影(yǐng)響;直管段較短(duǎn)時,一般采用中(zhong)心最大流速點(dian)法,插入深L=0.5D.
　　在浮(fu)法玻璃生産線(xiàn)上,影響其被選(xuan)用的主要是現(xiàn)場沒有測量所(suǒ)需的足夠長的(de)直管段,環境振(zhèn)動和測量下限(xian)值限制等因素(su)。
3均速管流量計(jì)
　　屬差壓式流量(liang)計,由單點測速(sù)的皮托管演變(biàn)發展而來,基于(yú)流體力學能量(liang)守衡原理,遵從(cong)伯努利定律。流(liú)體的全壓(總壓(yā)力)等于其動壓(yā)加靜壓，測得流(liu)體的平均全壓(yā)與平均靜壓之(zhi)差DP,就獲得流體(ti)的平均動壓值(zhí)。流體的平均動(dong)壓即平均差壓(yā)DP與平均流速V間(jian)的關系爲:
V=K(20P/p)(6)
Q=AV(7)
式中(zhong):K爲均速管流量(liàng)系數;4爲管道有(you)效截面積。
　　均速(su)管流量計導緻(zhi)的流體壓力損(sǔn)失很小，永久壓(yā)力損失僅是标(biao)準孔闆的5%以下(xia),均速管結構簡(jiǎn)單,安裝維護比(bi)較方便(但比渦(wo)街流量計和熱(re)式質量流量計(ji)要增加取壓導(dǎo)壓管和差壓變(bian)送器),大口徑管(guan)路流量測量時(shi)優點突出。各公(gōng)司标稱的所需(xū)直管段差異很(hěn)大,有的小到2D,大(dà)的卻要20D;價格差(cha)異也很大,不含(han)差壓變送器,便(bian)宜的一兩千元(yuan),貴的上萬元。
　　均(jun1)速管流量計第(di)一代圓型截面(miàn)産品缺點是互(hù)換性較差,K值欠(qian)穩定,差壓信号(hao)小，取壓孔有堵(du)塞之慮。針對缺(quē)點,近十幾年出(chū)現了第二代(橢(tuǒ)圓型、扇型、菱型(xing)即寶石鑽石型(xing)、子彈型、機翼型(xing)等)和第三代産(chǎn)品(T型)。EMERSON旗下的羅(luo)斯蒙特推出的(de)T型專利産品，具(ju)有本質抗堵性(xìng),信噪比大,K值穩(wěn)定,測量精度較(jiào)高,對安裝要求(qiú)降低。
一些玻璃(li)廠用戶反映,均(jun1)速管風流量計(jì)安裝初期尚好(hao),後期檢測不正(zhèng)常。可能原因無(wú)外乎以下幾點(dian):
①均速管正負檢(jian)測孔堵塞;或均(jun1)速管未固定安(an)裝好,正壓檢測(ce)孔未正對流體(tǐ)方向。
②取壓導壓(ya)管洩漏或堵塞(sāi)(若洩漏不僅會(hui)直接影響測量(liang),還由于有含塵(chén)流體緩慢流動(dong),易導緻均速管(guǎn)内積雜塵,易堵(du)塞)。
③閥門(含 三閥(fa)組 )堵塞或洩漏(lòu)。
④差壓變送器異(yi)常。
排除以上故(gu)障後應可恢複(fu)正常工作,無須(xū)更換流量計。
　　需(xū)要提示的是,若(ruò)直管段不夠長(zhǎng),會引入測量誤(wu)差。另外,若沒有(yǒu)采用溫、壓自動(dong)補償,而實際.運(yun)行工藝參數(尤(yóu)其是壓力)偏離(li)均速管選用設(she)計值較大時,将(jiāng)引入較大的測(ce)量誤差,在助燃(ran)風等普遍采用(yong)變頻調速控制(zhi)的情況下此問(wen)題較突出,建議(yi)應采用溫、壓自(zi)動補償。
4熱式質(zhi)量流量計
　　 熱式(shi)質量流量計基(jī)于熱傳遞原理(li)。傳感元件是封(feng)裝于不鏽鋼套(tao)管内的2個精密(mì)熱電阻RTD(一般爲(wèi)鉑電阻)，其一是(shì)流體介質溫度(dù)傳感元件，另一(yī)爲加熱兼傳感(gan)元件，由它們組(zǔ)成惠斯登電橋(qiao)的兩個橋臂，控(kòng)制加熱傳感器(qi)的加熱功率，以(yǐ)使加熱傳感器(qi)和參比溫度傳(chuán)感器間保持恒(héng)定溫差Δt=t,-t.=常數。流(liu)體流過加熱傳(chuan)感器所帶走的(de)熱量和流體的(de)流速與密度之(zhī)積ρV的m次方成正(zhèng)比，即與流體的(de)質量流量的m次(cì)方成正比。流體(ti)的質量流量變(bian)化時，必須同時(shi)相應改變加熱(re)傳感器的加熱(rè)功率，才能保持(chi)Δt不變，故測得加(jia)熱功率就間接(jiē)地測得流體的(de)質量流量。檢測(cè)元件總熱損失(shi)E與質量流速ρV、質(zhi)量流量M間的函(hán)數關系式如下(xia):

　　式中:k爲流體導(dao)熱系數;A,爲被加(jiā)熱元件面積;B爲(wèi)傳感器支撐件(jian)的自然對流、熱(re)輻射和熱傳導(dao)總的熱傳遞常(cháng)數(相對于介質(zhi)的強制對流，傳(chuan)感器的自然對(dui)流、熱輻射和熱(rè)傳導影響極小(xiao));C爲.常數;d爲傳感(gǎn)器直徑;μ爲流體(ti)黏度;m爲系數(一(yī)般m≥0.3);T,爲元件表面(mian)溫度;T爲介質溫(wēn)度;A爲管道有效(xiào)截面積。
　　熱式工(gōng)作原理的質量(liàng)流量計幾十年(nián)前就有，但獲得(dé)推廣應用是近(jin)十幾年的事。遺(yi)憾的是目前國(guo)内售價仍太高(gāo)，其實測量原理(lǐ)和制造工藝并(bing)不太複雜。相信(xin)随着制造商的(de)增加和競争的(de)引入，其價格可(ke)望逐漸降至與(yu)渦街流量計相(xiàng)當。
　　熱式質量流(liú)量計有許多優(you)點:一體化結構(gou)，安裝方便，直接(jie)測得質量流量(liang)，不受溫、壓等波(bo)動影響，量程比(bǐ)大，壓力損小，直(zhi)管段要求也比(bǐ)較低，“能适應較(jiào)惡劣環境，響應(yīng)速度快(可達1s)等(deng)。尤其突出的是(shi)高量程比，一般(ban)100:1以上，甚至可達(da)300:1,特别是在量程(chéng)低端也有極高(gāo)的靈敏度和精(jing)度，這在工況參(cān)數事先不能确(què)知的場合是很(hěn)可貴的。缺點是(shì)目前價仍較高(gao)(進口産品約2萬(wàn))，并且長期使用(yong)也會在傳感元(yuan)件處黏附粉塵(chen)雜質，影響測量(liang)，需及時清潔。對(duì)于天然氣、液化(huà)氣、氧、氫等非空(kong)氣流體(氮氣接(jiē)近空氣，誤差較(jiao)小)，應要求供應(yīng)商按實氣标定(dìng)，否則誤差較大(da)。
熱式質量流量(liàng)計在浮法玻璃(li)線上獲得了廣(guang)泛應用。
5多函數(shu)孔孔闆平衡式(shi)流量計
　　标準節(jiē)流孔闆、文丘裏(li)管等傳統節流(liu)差壓式流量計(jì)永久壓力損大(dà)(由于死區和大(da)量渦流)，量程比(bǐ)小，要求直管段(duan)長，尤其不适合(hé)允許壓力損小(xiǎo)、直管段短和大(dà)口徑管路的測(cè)量。
　　新型的A+K多函(han)數孔圓盤式平(píng)衡流量計BFM(BalancedFlowMeter)，是美(mei)國航空航天局(jú)、馬歇爾航空飛(fēi)行中心深人研(yan)究、大量試驗的(de)成果，巧妙地将(jiang)傳統整流器和(he)節流件一體化(huà)、創新化，雖然原(yuán)理類同标準孔(kǒng)闆等節流式差(cha)壓流量計，同樣(yàng)遵從伯努利定(dìng)律，但由于圓盤(pan)具有多個獨特(te)的函數孔，在節(jie)流同時還對流(liu)體進行整流和(hé)平衡調整，因此(ci)在減小直管段(duan)要求(最短0.5D)，減小(xiǎo)永久壓力損(是(shì)傳統的1/3),提高量(liàng)程比(>10:1)、測量精度(du)(優于0.5%)、穩定性(噪(zào)聲是傳統的1/15)、耐(nài)污堵等方面均(jun)有極大改善。還(hái)可測雙向流、氣(qi)液兩相流、漿料(liào)甚至固體顆粒(li)流，幾乎适用于(yu)所有流體。
　　缺點(diǎn)是由于專有技(jì)術、前期開發等(děng)因素，目前售價(jià)比較高，相信總(zǒng)趨勢将逐漸向(xiang)标準節流件價(jia)格靠攏;此外，雖(sui)然永久壓力損(sun)比傳統标準節(jie)流件小很多，但(dàn)仍比熱式、均速(su)管等流量計壓(ya)力損大，特别是(shì)用于低壓流體(ti)時，其永久壓力(lì)損往往高于總(zǒng)壓力的10%以上;另(ling)外，與标準節流(liu)件一樣，要配套(tào)取壓管路和差(cha)壓變送器，壓力(lì)、溫度變動較大(dà)時要采取自動(dòng)補償;大口徑管(guan)路流量測量時(shí)，無論是性1價比(bǐ)還是安裝方面(mian)考慮均無優勢(shì)。
　　多孔平衡式流(liú)量計将逐漸取(qu)代原來傳統的(de)标準差壓式節(jiē)流裝置，随着價(jià)格的逐漸下降(jiang)和節能降耗事(shi)業的深入發展(zhan)，其在流量測量(liàng)領域将有較廣(guǎng)闊的應用前景(jǐng)。

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