巴類流量計的設計安裝與應用

相立超

（北京華福工程有限公司，北京 100015）

0 引言

巴類流量計是運用差壓式均速管的工作原理，插入式的安裝方法，設計出的一種流量傳感器。就工作原理而言，這是一種非標的節流裝置，其輸出是差壓信號；取壓是通過一直徑約為20mm的探頭，前后有兩排按規則分布的8mm的引壓孔。通過這兩排孔將管道迎流面至背流面的不同壓力在孔內取平均，產生差壓值，進而通過產生的差壓值計算出質量流量或體積流量[1]。

1 巴類流量計測量原理

巴類流量計算基本是按照 ISO 5167 標準指定的方法計算，具體應用計算公式為：

其中：

qm——質量流量，單位kg/s；

ζ——探頭的阻力系數，無量綱；

d——管道的內徑，單位為m；

Δp——差壓，單位kPa；

ρB——工況介質密度，單位為kg/m3。

所以，根據差壓、管道內徑、探頭計算書中的阻力系數和工況介質密度就可以計算出工況瞬時質量流量[2]。

2 設計計算書

DeltaCalc 8 Web軟件主要用于巴類流量計的設計計算，其軟件界面如圖1所示。主要包括：Medium（介質物性參數）、dp-Element（巴類傳感器）、Flowdata（流量范圍）、Adres/Notes（地址信息）、Config Selection（參數配置）幾部分[3]。

圖1 DeltaCalc 8 Web界面Fig.1 Deltacalc 8 Web interface

2.1 介質物性參數

巴類流量計所測量的流體介質可以有兩種設置方式：通用設置和自定義設置。采用通用設置時，操作者只需選擇對應的流體類型，其對應的工況物性參數會自動計算出來；而選擇自定義設置時，用戶需要根據工程現場的流體物性針對性地輸入具體的物性參數值[4]。

1）通用設置的流體介質類型包括：Air（空氣）、Superheated Steam（過熱蒸汽）、Saturated Steam（飽和蒸汽）、Water（水）、Nitrogen（氮氣）、Oxygen（氧氣）、Carbon Dioxide（二氧化碳）、Methane（甲烷）和Hydrogen（氫氣）。

2）Ideal gas eqution自定義理想氣體，需要輸入：Fluid Name（流體名稱）；Density@Process condition（工況密度）;Compressibility（壓縮系數）；Viscosity（粘度）；Isentropic coffizient（等熵指數）。

3）InCompressible liquid不可壓縮液體，需要輸入：Fluid Name（流體名稱）；Density@Process condition（工況密度）；Viscosity（粘度）。

4）Redlich-Kwong自定義氣體，需要輸入：Fluid Name（流體名稱）；Critical Temperature（臨界溫度單位：℃）；Critical pressure（臨界壓力單位：kPa）；Standard Density 0℃，1013mbar（標況氣體密度）；Viscosity（粘度）；Isentropic coffizient（等熵指數）。

2.2 巴類傳感器

Primary Element（差壓流量計類型）包括：DF8-2、DF10、DF25、DF25HDD3、DF32、DF44、DF50、other integr. Pitottube、Orifice with flange tappings、Orifice（D，D/2）、Orifice （Corner tappings）、Venturi nozzle、Class.Venturi pipe with ductile inlet、Venturi with machined inlet、Venturi with raw iro sheets。dp primary element data差壓類型包括：ImproveIT-Factor改進修正系數、Core Diameter內徑（單位：mm）、Expansion factor@q = 100%流量滿量程的可膨脹系數、Expansion factor@q = 66.7%流量常用值的可膨脹系數。Pipe data管道參數包括：Inside diameter管道內徑（單位：mm）和Wall chickness管道壁厚（單位：mm）[5]。

圖2 Config Selection界面Fig.2 Config Selection interface

2.3 流量范圍

流量計算除了需要輸入節流裝置的參數，工況溫度、壓力和流量范圍參數也是必不可少的。Pressure（abs）工況絕對壓力，單位：kPa、bar/abs、Pa、mbar/abs、psi；Temperature工況溫度，單位：℃、K、℉；q design設計瞬時流量，單位：Nm3/h、Nm3/s、kg/h、kg/s、t/h、m3/h、m3/s。除了可以指定單一的設計瞬時流量，還可以針對工況現場的流量范圍進行多參數輸入，依次填寫q max、q norm、q min即工況最大、常用、最小瞬時流量值。Unit of dp設置差壓單位可以為kPa、bar、Pa、mbar、psi、mmWs。

2.4 地址信息

地址信息與計算書中的其它參數不同，填寫的內容只是作為計算書的標識，而不參與具體的運算。具體包括：Company1、Company2公司名稱，Name名字、Street街道、ZIP/City 郵編及城市、Phone/Fax電話傳真、Project工程名稱、Job number工程編號、TAG標識信息、Serial Number序列號、Certificates證書信息、Date日期、Notes備注信息。詳細填寫好上述信息有助于計算書的應用的查詢，以免造成混淆[6]。

2.5 參數配置

以DF150流量計為例，進行上述的填寫和選擇之后，根據現場的安裝條件，進一步有針對性的選擇流體類型、介質流向、溫壓補償傳感器位置，依據工程標準等信息，軟件依據所輸入的信息自動更新出符合設計要求的巴類計算書，如圖2所示。

圖3 計算結論Fig.3 Calculation conclusions

3 計算結論

如圖3所示，以介質水為例，deltacalc 8 web results計算結果包括：

1）fluid data（流體物性參數）：fluid name（流體名稱）；fluid properties model（流體計算數學模型IAPWS97）；standard density（標況密度），1.2929kg/Nm3；standard density temp（標況溫度），n.a.℃；process density（工況密度），895.1078 kg/m3；insentropic coefficient（等熵指數），1000000000.0000；viscosity（粘度），0.1663 cP；compressibility（壓縮系數），0.0000；standard density pressure（標況壓力），n.a. mBar；critical temperature（臨界溫度），374.0℃；critical pressure（臨界壓力），22000.0 kPa。

2）pipe data（管道數據）：inside diameter 20℃，（20℃時管道內徑），154.1 mm；inside diameter @ process temp（工況溫度下管道內徑），154.4 mm；wall thickness（管道厚度），7.10 mm；pipe shape（管道外形），round（圓的）。

3）primary element data（主節流件數據）包括：

primary element type（主要節流件）：deltaflow DF25、resistance factor Zeta（阻力系數），2.44651；K-number probe（節流件K系數），0.63933；discharge coeff. C（ISO）流出系數0.35910；diameter ration d/D beta (ISO)β值0.9096；core diameter d核心直徑140.440 mm；ImproveIT-factor（修正系數），1.00000；frequency probe（探頭頻率）；vortex frequency（旋渦頻率）；safety（安全）。

4）process data（流量數據）包括：absolute pressure（絕對壓力），135.000bar/abs、temperature（溫度），180.0℃；Flow（瞬時流量），345.94556t/h；expansion coefficient（可膨脹系數），1.0000；reynolds（雷諾數）477E+04；fluid velocity（平均速度），5.7340m/s；pressure loss（壓損），4.6206 kPa；differential pressure（差壓），36.0000 kPa。

圖4 計算書界面Fig.4 Calculation book interface

4 安裝及維護

4.1 測量原理

巴類流量計探頭的長度等于現場管道內徑。探頭上的開孔直徑為8mm，不均勻分布在探頭兩側，前后兩排取壓孔分別為高壓孔和低壓孔。在安裝時，高壓孔始終為迎流方向[7]。

4.2 安裝及維護

巴類流量計的小孔徑會造成流體堵塞，為了避免其問題發生，可以使用在線吹掃裝置進行連續吹掃或者間隔吹掃操作，操作過程基本不影響瞬時流量的測量。此外，為了保證巴類流量計的測量準確度，需依照圖6所示的直管段安裝參數表進行安裝。

4.3 二次表設置

一個巴類流量計都具有唯一的計算書，上面標注了根據工況條件計算出的流體瞬時流量與差壓的對應值，巴類流量計所連接的差壓變送器需要經過二次表處理才能轉換為瞬時流量值參與累加。選擇被測介質，根據現場工況條件設置溫壓補償、壓力補償、溫度補償或無補償，這樣二次表積算儀可以根據實時采集到的工況溫度和壓力計算出實時密度、粘度、等熵指數等物性參數，進而參與后續的瞬時流量計算。在二次表中除了設置流量系數C之外，可以根據出廠標定表將非線性修正系數數組K值填寫到二次表中，以達到預期的測量效果。

圖5 巴類流量計測量示意圖Fig.5 Diagram of the measurement of the bar flowmeter

圖6 直管段安裝參數表Fig.6 Installation parameter table for straight pipe segment

5 結論

介紹了巴類流量計的測量原理，計算公式和安裝結構，詳細闡述了巴類流量計應用DeltaCalc軟件進行計算的操作過程；而巴類流量計由于測量準確度高、重復性好、現場實用性強等諸多優點，可以較好地實現工業現場的流量計量。