多点多重文丘里流量计在风管上的应用

2013-08-31徐向辉

石油化工自动化 2013年6期

徐向辉

（天津辰力工程设计有限公司，天津300400）

在火力发电厂锅炉装置中，通常在一次风机、二次风机、引风机、返料风机管线上设置流量测量和调节装置，用于调节炉膛的风量，为制粉系统提供携带煤粉的风，增加含氧量使燃烧更充分，同时维持炉膛压力保证炉膛安全，流量的控制影响燃料的燃烧效率及炉膛安全，因而选择合适的流量测量装置很重要。风道管线特点：操作压力低，要求采用的流量计压损很小；为了方便制作，安装风管通常都是矩形的，且风管的规格都很大，流量计采用插入式；二次风管配置空间小，要求流量计直管段非常小；返料风机和引风机风管内有粉尘，为防堵需吹扫。鉴于以上特点，风管流量测量不宜采用孔板、弯管、喷嘴、转子、涡街等常规流量计。

宝丰余气发电项目中的一次风机、二次风机、返料风机、引风机干、支管线上都设置了流量检测，操作压力最大的为60kPa，允许压损为200Pa，除返料风机管线（规格DN300）为圆管外，其他均为矩形管道，最大规格为2 500mm×2 800mm。针对工艺条件和风道管线特点，采用了防堵耐磨型多点多重文丘里流量计外形如图1所示。

图1 防堵耐磨型多点多重文丘里流量计外形

下面结合在项目中的应用，介绍多点多重文丘里流量计的特点、工作原理、结构形式、安装、使用维护及选型。

1 工作原理

根据伯努里方程和流体动力学原理，当流体流过喉径管时，通过收缩口喉部流向扩散角，经过两次扩散角的扩散抽吸作用，喉部的流体流速产生了整流放大，极大地提高了喉部流体的流速，使喉部的静压明显下降，这样文丘里管全压孔所测得的压强与多喉径管喉部所测得的负压压强之间的差压得到放大。流量越大，所产生的差压值越大，通过测量差压的方法，可以测得管道的流量。多点多重文丘里流量计测量原理如图2所示。

图2 多点多重文丘里流量计测量原理

由伯努里方程可得a，b两点的压力分别为

由式（2）－式（1）得到差压Δp：

式中：pa——a点压力，kPa；pb——b点压力，kPa；p静——静压，kPa；Δp——差压，kPa；va——a点流速，m／s；vb——b点流速，m／s；ρ——工作状态下流体密度，kg／m3。

结合实际工况状态下的管径、介质密度等相关参数的计算，得到如下实用流量方程：

圆形管道质量（体积）流量方程：

矩形管道质量（体积）流量方程：

式中：qm——流体的质量流量，t／h；qV——流体的体积流量，m3／h；k1——管道系数；a0——流量系数；D0——圆形管道内径，mm；B1——矩形管道内径宽度，mm；H1——矩形管道内径高度，mm；ρ1——工作状态下流体密度，kg／m3。

2 结构形式

文丘里管系列流量计可用于圆形管道和矩形管道的流量测量，其安装形式主要有插入式、整体式。在配置上分为基本配置（需额外单独配根部阀、三阀组和差压变送器）和一体化配置。

防堵型多点多重文丘里管（多喉径）流量计主要由一组防堵型全压管和一组多喉径管组成，将测量点变为一组，采用多个全压管和多喉颈管取压的多点测量方式，由原来的单点测量变为现在的多点面测量方式，该结构形式，不仅具有良好的防堵性能，而且还获得高差压倍率的效果。

3 特点

多点多重文丘里流量计采用多点多喉径取压，对比传统文丘里及其他节流元件有如下特点：

1）运用范围广。可用于测量干燥气体、潮湿气体、液体或蒸汽介质，不受介电常数限制。对于高温、腐蚀的介质，采用特殊的传感器材料；对于具有高密度的尘埃物质，可以使用在线吹扫装置，以保障多种工况下的灵活运用。

2）输出差压高。在动压测量过程中，全压不变时，利用多喉径管的抽吸作用，使负压降到很低，极大地提升差压范围，在相同的工况条件下，其差压值可以达到巴类流量计的3倍以上，因此可以测量其他差压流量仪表无法测量的低流速气流。在大口径、低静压、低压损条件下的流量测量中，其优点尤其突出。

3）差压信号稳定、无脉动。经过喉径和取压环的整流作用，最大限度地消除脉动信号。

4）管道动力损失小（压损小）。流线型传感器的设计满足了压损小和差压大的要求，压损可忽略不计。

5）精度高。改进型传感器在取压点的设计上有较大改进，由原来的线测量扩充为面测量，经过实验测试，在相当短的直管段下也能达到较高的精度（±1或更高的精度）。

6）直管段要求较低。多点多喉径的取压形式，有效地平衡了管道内的流体压力均匀程度，在直管段为前1D，后为0.5D的情况下，也可以获得较为满意的测量结果，对测量直管段很短的二次风的意义很大。

7）防堵性能强。改进型传感器在取压孔径、取压孔方向等部分做了较大改进，极大增强了产品的防堵性能，实现了免吹扫，免维护。

8）安装工作量小。该流量计只需在管道上开一孔，然后将探头套管与管道进行焊接，基本完成了现场安装，体积小、安装方便。

4 安装

插入式文丘里管流量装置的安装位置直接影响其测量结果，故要求选择最佳安装位置。确定安装位置后，按要求沿管道轴线方向开一个或多个方孔，再将法兰安放到大管道矩形长方孔上并焊接，施焊时注意法兰盘对称轴线与管道轴线平行，并确保插入式文丘里管流量测量装置插入管道的中心处或通过并垂直管道中心轴线，其全压测量管必须正对流速方向安装。安装时，尽量避免管道阻力件对流量测量的影响，尽量避开弯管、阀门等构件在管道中行程的涡流区。

为保证焊接不变形，安装时不应拆开法兰，需进行整体安装，并紧固螺栓，确保密封性。垂直管道上，插入式文丘里系列流量测量装置可以在管道的任一水平角度插入管内；在水平管道上，插入式文丘里系列流量测量装置最好从管道的垂直方向插入管内，亦可水平方向插入管内。

5 选型

文丘里管流量计的选型，直接影响到测量精度，这主要与检测点数量有很大关系，同时需考虑管道尺寸、直管段长度等因素。通常可按下面原则选型：管道公称尺寸为200～1 000mm时，检测点为6点；管道公称尺寸为1 000～2 000mm时，检测点为12点；管道公称尺寸为2 000～4 000mm时，检测点为18点；管道公称尺寸为4 000～5 000mm时，检测点为24～36点。以上选型原则供设计参考，最终还需供货商核实确认。