應用PRESO軟件實現(xiàn)非標節(jié)流件的設計選型

于金澤

（山東普洛得邦醫(yī)藥有限公司，山東 濰坊 262737）

0 引言

PRESO FLOWCALC是BADGER-METER公司開發(fā)的工程軟件，可用于楔形、V錐、文丘里和皮托管流量計的設計計算[1]。軟件可以根據(jù)工況條件設置溫度壓力值，計算出各種流體的物性參數(shù)值，并根據(jù)所選的非標節(jié)流件類型計算出瞬時質(zhì)量流量（或體積流量）與實時差壓值之間的對應關系。

1 PRESO軟件

PRESO FLOWCALC軟件主要包括3大功能：1）非標節(jié)流計算；2）PDF計算書預覽；3）PDF計算書比較。

1.1 非標節(jié)流計算

非標節(jié)流計算是軟件的核心功能，其主界面包括項目信息、流體信息、差壓流量計信息、管道信息、瞬時流量信息和計算結(jié)論[2]。

項目信息由節(jié)流裝置報價、工作編號和標識號構(gòu)成，用戶根據(jù)現(xiàn)場的應用信息報告填寫工程的基本信息，這些信息并不參與計算。流體信息包括流體類型和具體流體名稱，如果選擇液體，則對應的流體內(nèi)容包括：水、海水、笨、乙醇、乙二醇、液化天然氣、汞、甲醇、苯和苯烯，如果選擇其它則需要填寫液體對應的物性參數(shù)值，如密度和粘度值，并輸入液體名稱。如果選擇水蒸汽，則對應的流體內(nèi)容包括：飽和水蒸汽和過熱水蒸汽。飽和水蒸汽只需要輸入工況溫度值或者工況壓力值，就可以自動計算出其它參數(shù)，過熱水蒸汽則需要同時輸入工況溫度值和工況壓力值才能進行計算。如果流體類型選擇氣體，則對應的流體內(nèi)容包括：氫氣、氧氣、二氧化碳等多種選項，如果選擇其它則需要填寫氣體對應的物性參數(shù)值，如密度、粘度、等熵指數(shù)和壓縮系數(shù)值，并輸入氣體名稱[3]。

圖1 PRESO FLOWCALC軟件界面圖Fig.1 Preso flowcalc software interface diagram

差壓流量計信息包括流量計類型、系列型號和Beta值。流量計類型包括文丘里、皮托管、楔形和V錐。針對文丘里包括CPL、SSL、SSM、CV和V-Brass幾種類型。針對皮托管包括橢圓開孔、圓形開孔和其它開孔幾種類型，具體的型號又有不同的開孔直徑可以選擇。楔形流量計有標準取壓和法蘭遠程密封取壓兩種，Beta值有0.2、0.3、0.4、0.5、0.6和0.7可以選擇。V錐流量計Beta值可以填寫0.4、0.5、0.6、0.7、0.8和自定義幾種。管道信息既可以填寫標準的管路參數(shù)也可以自定義輸入，以獲得準確的管道內(nèi)徑參與后面的節(jié)流計算。由于節(jié)流件和管道的機械尺寸隨著溫度發(fā)生變化，還需要選擇機械材料類型[4]。

瞬時流量信息包括瞬時流量（質(zhì)量流量或體積流量）、工況壓力（絕對壓力或表壓）、工況溫度。需要注意的是，為了更好地滿足現(xiàn)場工況需求，達到更為準確的計算結(jié)論，流量信息同時需要輸入最小值、常用值和最大值以覆蓋整個工況范圍。如果用戶選擇的流體類型不是自定義，軟件可以自動計算出相應的密度、粘度、等熵指數(shù)、比熱容比和分質(zhì)量。計算結(jié)論部分包括雷諾數(shù)、差壓值、流量系數(shù)和Beta值。設計者正確填寫流量范圍和流體類型就能準確地計算出對應的差壓值，給現(xiàn)場的差壓變送器選型提供了理論依據(jù)，同時針對所選擇的非標節(jié)流裝置類型，可以準確地計算出雷諾數(shù)范圍，以判斷是否符合所選節(jié)流裝置的雷諾數(shù)范圍要求[5]。

1.2 PDF計算書預覽

上述完成非標節(jié)流計算以后，在PRESO FLOWCALC主界面上點擊VIEW就跳轉(zhuǎn)到PDF VIEW頁。計算書除了將前頁的信息打印輸出外，如圖2所示，列出基本公式便于二次表應用計算。

圖2 節(jié)流裝置計算書Fig.2 Calculation book of throttling device

式中，N——單位轉(zhuǎn)換系數(shù)；

D——管道內(nèi)徑（mm）；

Q——瞬時流量（m3/h）；

P——壓力；

T——輸入溫度；

μ——粘度；

ρ——密度；

SG——比重；

Fa——熱膨脹系數(shù)；

Kp——PRESO K系數(shù)（流量系數(shù)）。

計算書大大簡化了應用難度，用戶只需要知道C值就可以了解瞬時流量與差壓值之間的計算關系。由于現(xiàn)場工況壓力和工況溫度變化不大，即流體的密度變化不大，多數(shù)情況下可以作為固定值參與二次表的計算，作為C值的一部分，便于后續(xù)計算。如果需要對物性參數(shù)做實時修正則將密度移出，做進一步地計算處理[6]。

圖3 楔形COIN流量計實物圖Fig.3 The physical diagram of the wedge-shaped coin flowmeter

圖4 楔形COIN流量計多種流體狀態(tài)圖Fig.4 Multi-fluid state diagram of wedge-shaped coin flowmeter

2 楔形COIN流量計

2.1 功能

PRESO楔形流量計可以實現(xiàn)復雜工況下多種流體的計量，其精度高、性能可靠、堅固耐用、操作簡單，瞬時流量和工況壓差之間的平方根關系也便于二次表采集計算。可以測量的介質(zhì)包括如下幾大類：清潔的液體、高粘度流體、蒸汽、泥漿、腐蝕流體和氣體/空氣。粘度達到3000mPaS的流體也不影響楔形的測量準確度。流量系數(shù)保持較高的重復性，在雷諾數(shù)情況下，依舊可以進行測量。這使得楔形流量計非常適合傳統(tǒng)計量上難以實現(xiàn)的應用，如燃油、廢料水、煤焦油、鐵礦、石油等[7]。

2.2 計算公式

根據(jù)伯努利定理（能量平衡和連續(xù)性方程），工況壓差等效瞬時質(zhì)量或體積流量，為計量不同的流量范圍，制定了不同的高度（H）/直徑（D）比。楔形流量計可以解決最困難的流量測量應用，以得到精確、可靠的測量結(jié)果。操作簡單，適用于任何液體；長壽命，無需維護；不堵塞；上下游直管段要求低；壓力損失小。

圖5 楔形COIN流量計多種流體狀態(tài)圖Fig.5 Multi-fluid state diagram of wedge-shaped coin flowmeter

楔形適用于磨損及腐蝕流體，多相流、高粘度污染流體，以及清潔的液體、水蒸汽和氣體。PRESO FLOWCALC給出了楔形流量的經(jīng)驗公式如下：

1）液體：

2）氣體：

3）水蒸汽：

式中，ΔP——差壓值；

GPM——瞬時流量每分鐘加侖數(shù)；

SCFM——瞬時流量標準立方英尺每分鐘；

ACFM——瞬時流量實際立方英尺每分鐘；

Lbs/Hr——磅每小時；

C1——流量系數(shù)；

K——流量修正系數(shù)；

Di——管道內(nèi)徑英寸；

Fa——可膨脹系數(shù)；

圖6 節(jié)流裝置壓損對比圖Fig.6 Comparison diagram of pressure loss of throttle device

Tf——流體溫度；

Pf——流體壓力磅/平方英寸；

SGF——工況比重；

SGS——標況比重。

以楔形流量計計算為例，針對不同流體，不同管徑，不同Beta值參與計算，可以得到上述的經(jīng)驗表格，這樣大大方便了使用者的選型，如流體介質(zhì)為空氣，管徑6inch，選擇COIN-3 H/D值為0.4，則差壓典型值為6400（單位為：100H2O）。

2.3 壓損計算

差壓式流量裝置計算過程中，壓力損失的大小是一項很重要的技術指標，直接關系著差壓節(jié)流件的選型。開孔過小，瞬時流量對應差壓值增大，提高測量精度，但壓力損失增加，造成能源的浪費；開孔過大，壓力損失減小，但瞬時流量對應的差壓值減小，影響流量計的實時測量準確度。不同類型的差壓節(jié)流件類型也各有不同，以適應不同的工況需求。如圖6所示，等效Beta值下，孔板壓損＞V錐壓損＞噴嘴壓損＞楔形壓損。顯而易見，COIN楔形流量計的壓損是最小的，相同情況下，其現(xiàn)場應用的能效比是最高的。

PRESO FLOWCALC軟件給出了COIN楔形流量計壓損的經(jīng)驗計算公式：

1）液體：

2）氣體：

3）水蒸汽：

3 結(jié)論

PRESO FLOWCALC軟件可以用于工程的非標節(jié)流件設計，軟件可以自動更新版本，支持楔形、V錐、文丘里和皮托管4種差壓流量計的設計計算，可以實現(xiàn)PDF格式計算書的導出和導入，根據(jù)設計的流量范圍計算出對應的差壓范圍，便于選型和設計；同時，軟件可以計算出雷諾數(shù)范圍，壓力損失，當設計輸入的參數(shù)超量程時，會根據(jù)具體情況作出告警或錯誤原因提示，設計過的計算書可以作為例子供以后的應用參考。