多點多重文丘里流量計在風管上的應用

徐向輝

（天津辰力工程設計有限公司，天津300400）

在火力發電廠鍋爐裝置中，通常在一次風機、二次風機、引風機、返料風機管線上設置流量測量和調節裝置，用于調節爐膛的風量，為制粉系統提供攜帶煤粉的風，增加含氧量使燃燒更充分，同時維持爐膛壓力保證爐膛安全，流量的控制影響燃料的燃燒效率及爐膛安全，因而選擇合適的流量測量裝置很重要。風道管線特點：操作壓力低，要求采用的流量計壓損很小；為了方便制作，安裝風管通常都是矩形的，且風管的規格都很大，流量計采用插入式；二次風管配置空間小，要求流量計直管段非常小；返料風機和引風機風管內有粉塵，為防堵需吹掃。鑒于以上特點，風管流量測量不宜采用孔板、彎管、噴嘴、轉子、渦街等常規流量計。

寶豐余氣發電項目中的一次風機、二次風機、返料風機、引風機干、支管線上都設置了流量檢測，操作壓力最大的為60kPa，允許壓損為200Pa，除返料風機管線（規格DN300）為圓管外，其他均為矩形管道，最大規格為2 500mm×2 800mm。針對工藝條件和風道管線特點，采用了防堵耐磨型多點多重文丘里流量計外形如圖1所示。

圖1 防堵耐磨型多點多重文丘里流量計外形

下面結合在項目中的應用，介紹多點多重文丘里流量計的特點、工作原理、結構形式、安裝、使用維護及選型。

1 工作原理

根據伯努里方程和流體動力學原理，當流體流過喉徑管時，通過收縮口喉部流向擴散角，經過兩次擴散角的擴散抽吸作用，喉部的流體流速產生了整流放大，極大地提高了喉部流體的流速，使喉部的靜壓明顯下降，這樣文丘里管全壓孔所測得的壓強與多喉徑管喉部所測得的負壓壓強之間的差壓得到放大。流量越大，所產生的差壓值越大，通過測量差壓的方法，可以測得管道的流量。多點多重文丘里流量計測量原理如圖2所示。

圖2 多點多重文丘里流量計測量原理

由伯努里方程可得a，b兩點的壓力分別為

由式（2）－式（1）得到差壓Δp：

式中：pa——a點壓力，kPa；pb——b點壓力，kPa；p靜——靜壓，kPa；Δp——差壓，kPa；va——a點流速，m／s；vb——b點流速，m／s；ρ——工作狀態下流體密度，kg／m3。

結合實際工況狀態下的管徑、介質密度等相關參數的計算，得到如下實用流量方程：

圓形管道質量（體積）流量方程：

矩形管道質量（體積）流量方程：

式中：qm——流體的質量流量，t／h；qV——流體的體積流量，m3／h；k1——管道系數；a0——流量系數；D0——圓形管道內徑，mm；B1——矩形管道內徑寬度，mm；H1——矩形管道內徑高度，mm；ρ1——工作狀態下流體密度，kg／m3。

2 結構形式

文丘里管系列流量計可用于圓形管道和矩形管道的流量測量，其安裝形式主要有插入式、整體式。在配置上分為基本配置（需額外單獨配根部閥、三閥組和差壓變送器）和一體化配置。

防堵型多點多重文丘里管（多喉徑）流量計主要由一組防堵型全壓管和一組多喉徑管組成，將測量點變為一組，采用多個全壓管和多喉頸管取壓的多點測量方式，由原來的單點測量變為現在的多點面測量方式，該結構形式，不僅具有良好的防堵性能，而且還獲得高差壓倍率的效果。

3 特 點

多點多重文丘里流量計采用多點多喉徑取壓，對比傳統文丘里及其他節流元件有如下特點：

1）運用范圍廣。可用于測量干燥氣體、潮濕氣體、液體或蒸汽介質，不受介電常數限制。對于高溫、腐蝕的介質，采用特殊的傳感器材料；對于具有高密度的塵埃物質，可以使用在線吹掃裝置，以保障多種工況下的靈活運用。

2）輸出差壓高。在動壓測量過程中，全壓不變時，利用多喉徑管的抽吸作用，使負壓降到很低，極大地提升差壓范圍，在相同的工況條件下，其差壓值可以達到巴類流量計的3倍以上，因此可以測量其他差壓流量儀表無法測量的低流速氣流。在大口徑、低靜壓、低壓損條件下的流量測量中，其優點尤其突出。

3）差壓信號穩定、無脈動。經過喉徑和取壓環的整流作用，最大限度地消除脈動信號。

4）管道動力損失小（壓損小）。流線型傳感器的設計滿足了壓損小和差壓大的要求，壓損可忽略不計。

5）精度高。改進型傳感器在取壓點的設計上有較大改進，由原來的線測量擴充為面測量，經過實驗測試，在相當短的直管段下也能達到較高的精度（±1或更高的精度）。

6）直管段要求較低。多點多喉徑的取壓形式，有效地平衡了管道內的流體壓力均勻程度，在直管段為前1D，后為0.5D的情況下，也可以獲得較為滿意的測量結果，對測量直管段很短的二次風的意義很大。

7）防堵性能強。改進型傳感器在取壓孔徑、取壓孔方向等部分做了較大改進，極大增強了產品的防堵性能，實現了免吹掃，免維護。

8）安裝工作量小。該流量計只需在管道上開一孔，然后將探頭套管與管道進行焊接，基本完成了現場安裝，體積小、安裝方便。

4 安 裝

插入式文丘里管流量裝置的安裝位置直接影響其測量結果，故要求選擇最佳安裝位置。確定安裝位置后，按要求沿管道軸線方向開一個或多個方孔，再將法蘭安放到大管道矩形長方孔上并焊接，施焊時注意法蘭盤對稱軸線與管道軸線平行，并確保插入式文丘里管流量測量裝置插入管道的中心處或通過并垂直管道中心軸線，其全壓測量管必須正對流速方向安裝。安裝時，盡量避免管道阻力件對流量測量的影響，盡量避開彎管、閥門等構件在管道中行程的渦流區。

為保證焊接不變形，安裝時不應拆開法蘭，需進行整體安裝，并緊固螺栓，確保密封性。垂直管道上，插入式文丘里系列流量測量裝置可以在管道的任一水平角度插入管內；在水平管道上，插入式文丘里系列流量測量裝置最好從管道的垂直方向插入管內，亦可水平方向插入管內。

5 選 型

文丘里管流量計的選型，直接影響到測量精度，這主要與檢測點數量有很大關系，同時需考慮管道尺寸、直管段長度等因素。通常可按下面原則選型：管道公稱尺寸為200～1 000mm時，檢測點為6點；管道公稱尺寸為1 000～2 000mm時，檢測點為12點；管道公稱尺寸為2 000～4 000mm時，檢測點為18點；管道公稱尺寸為4 000～5 000mm時，檢測點為24～36點。以上選型原則供設計參考，最終還需供貨商核實確認。

6 結束語

多點多重文丘里管流量計具有優異技術性能，非常適合大流量、大口徑、低壓損、防堵、安裝空間有限的風管場合，高溫、強腐蝕性測量等計量場合也都具有獨特的計量優勢。筆者結合實際應用對多點多重文丘里流量計做了總結，為相似場合流量測量裝置的選擇提供了一種借鑒，供大家參考。

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