楔式流量計的設計計算及檢定

【摘要】 楔式流量計是近年來開始廣泛應用的一種新型節流裝置，在國外石油、化工等行業中已得到大量的應用。它的問世并被廣泛應用是由于它的獨特性能——在極寬的雷諾數范圍內，流量和差壓始終保持方根關系。

【關鍵詞】 楔式流量計;設計計算;檢定

【DOI編碼】 10.3969/j.issn.1674-4977.2020.01.002

Abstract： Wedge flowmeter is a new type of throttling device which has been highly applied in recent years. It has been widely used in petroleum and chemical industries abroad. Its appearance and wide application are attributed to its unique performance-the square root relationship between flow rate and differential pressure is always maintained in a wide range of Reynolds numbers.

Key words： wedge flowmeter;design calculation;verification

以往使用的節流裝置如孔板、噴嘴和文丘里管等，當雷諾數低至10000時，它們所測得的流量與差壓的方根關系會出現重大的偏差，而且隨著雷諾數的降低，偏差會越來越大，致使測量精度受到嚴重的影響，而楔式流量計在雷諾數從500到數百萬的范圍內，流量和差壓始終保持方根關系，流量系數呈線性狀態。楔式流量計分為管嘴取壓（圖1）和法蘭取壓（圖2）兩種結構形式。

理論和實踐證明，楔式流量計非常適用于低雷諾數流體流量的測量，尤其在測量高粘度流體、含固體顆粒流體、漿狀流體時，更具有其它節流裝置無法比擬的優越性。

楔式流量計產品目前還沒有國際標準和國家標準，經過多次檢定和多年的設計經驗總結，本文將對楔式流量計的設計計算與檢定進行詳細的分析。

1 楔式流量計原理及設計計算分析

1.1 基本原理

首先介紹一下楔式流量計的測量原理（圖3），與其它節流式流量儀表一樣，它也是根據伯努利方程，利用流體在流動過程中遵守能量守恒定律（即動能和靜壓能之和不變），流體通過起節流作用的楔塊時流通面積減少，流速增大，靜壓降低，從而在楔形塊兩側產生壓力差。流體流量與差壓平方根成正比關系，因此測得壓差即可測得管道中的流量。

1.2 楔式流量計基本公式

1）體積流量

2）質量流量

通過楔式流量計的原理可以得出以下結論，楔形比（h/D）確定以后，節流面積比m就可以計算出來，通過水流量裝置標定出流出系數C，就可以通過公式計算出流量值Q所對應的差壓值ΔP，選擇出適當量程的差壓變送器。

2 楔式流量計的檢定

楔式流量計是非標準節流裝置，產品設計出廠前需要進行實流標定校準，現對流量計檢定過程進行詳細說明。

2.1 試驗設備和試驗條件

2.1.1 試驗設備

a）楔式流量測量節流裝置用水流量標準裝置標定;

b）流量標準裝置的不確定度應小于或等于楔式流量測量節流裝置基本誤差的1/3;

c）裝置累積時間內的流量穩定性應優于0.2%;

d）配檢定合格的差壓變送器，法蘭取壓楔式流量計配雙法蘭差壓變送器，差壓變送器精度優于0.2級;

e）檢定時要求前直管段滿足5D，后直管段滿足2D。

2.1.2 試驗條件

a）一般試驗大氣條件：

環境溫度：5～35 ℃;

相對濕度：35%～85%;

大氣壓力：86～106 KPa。

b）其它環境條件：

機械振動應小到忽略不計。

c）試驗介質：

水/其它液體。

當標定用介質的密度、粘度不同于工況下的介質密度、粘度時，應按等雷諾數原則，對標定用流量進行換算。

2.2 基本誤差和重復性誤差

2.2.1 試驗方法

楔式流量測量節流裝置安裝在流量標準裝置水平試驗管段上，在流量上限值下預運行一段時間（5分鐘以上），使管道介質溫度均勻，流場穩定，然后開始進行試驗，按5個標定點qmin、0.3qmax、0.4qmax、0.7qmax、1.0qmax進行標定分別測出標準流量值、與之對應的差壓值及密度值，計算流出系數。對口徑大于等于300 mm的楔式流量測量節流裝置qmax允許設在上限值的80%左右。上述標定點如果小于qmin則該點可以取消。

2.2.2 流出系數的計算

用水流量裝置標定時，流出系數按下式計算：

第i個標定點的平均流出系數為：

裝置的平均流出系數為：

2.2.3 流出系數線性度誤差計算

流出系數線性度誤差為：

2.2.4 流出系數重復性誤差計算

第i個標定點的流出系數重復性誤差為：

楔式流量測量節流裝置的重復性誤差為：

2.2.5 楔式流量測量節流裝置的基本誤差的計算

楔式流量測量節流裝置基本誤差為：

經實流標定后楔式流量測量節流裝置的基本誤差應不超過表1中的規定，重復性誤差應不超過表2中的規定。通常楔式流量計檢定精度可以達到0.5級。

3 結語

楔式流量計適合于高粘度流體、含固體顆粒液體、漿狀流體、如燃料油、渣油、油漿、廢水等的流量測量。常見的應用有：

1）延遲焦化裝置，常減壓裝置中渣油，重油等介質流量測量;

2）煉油廠蒸餾渣油外放量，丙烷脫瀝青，氧化瀝青裝置，酮苯脫臘裝置原料流量檢測;

3）重鋼焦化廠工業萘初塔循環流量，一段、二段焦油流量測量;

4）鋼鐵廠高爐煤氣測量;

5）污水測量。

楔式流量計是非標準節流裝置，以上的設計計算分析實際上是構建了楔式流量計的理論計算模型，檢定過程是產品計量精度的保證，對流量計生產企業的設計和生產提供了理論支持和計算依據，對于用戶的應用分析都有很強的指導意義。

【參考文獻】

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[3] 梁國偉，蔡武昌.流量測量技術及儀表[M].北京：機械工業出版社，2002.

【作者簡介】

張弦（1985-），男，工程師，碩士，研究方向為流量檢測。