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楔形流量計選型
楔形流量計選型
2020-05-27 19:37 點擊：1原理及應用范圍
楔形流量計結構如圖1所示。當流體流經Ｖ形節流塊時，流通面積減小，流速增大，靜壓減小，從而產生靜壓差，而壓差的平方根與流量成正比，測得差壓即可測得管道中的流量［1］。楔形流量計采用“Ｖ”型體節流件，當流體中含有雜質或者固體時，容易從楔形下部流過，不會產生滯留，從而防止堵塞現象［2］。
楔形流量計通常口徑范圍為DN15～DN600，特殊口徑可至DN1200，壓力等級高至PN420，測量精度為±0.5％FS，可測量黏度高至3Pa·s的介質。
楔形流量計對介質雷諾數下限的要求，HG/T20507—2014《自動化儀表選型設計規范》6.2.4條規定：“含懸浮物的高黏度易結晶液體的流量、要求永久的壓力損失小、雷諾數小于500時，宜選用楔形流量計”［3］；已作廢的HG/T20507—2000《自動化儀表選型設計規定》3.2.1條規定：“含懸浮物的高黏度液體、蒸汽、氣體的流量測量、雷諾數大于500時可選用楔形流量計”；SH/T3005—2016《石油化工自動化儀表選型設計規范》中規定：“當測量高黏度、低雷諾數（最低至500）的流體時，可選用楔形流量計”；已作廢的SH/T3005—1999《石油化工自動化儀表選型設計規范》中規定：“測量高黏度、低雷諾數（低至100）的流體，如原油、油漿、渣油、瀝青等，可選用楔式流量計”。
上述4個前后版本中關于楔形流量計對介質最低雷諾數的說法不一致，其中HG/T20507—2014與SH/T3005—2015對雷諾數的要求相悖。查看廠家樣本資料，如ABB的FPD470系列、BaDgerMeter的Preso楔形流量計要求雷諾數下限值為500，大韓DHWM系列、捷達WM系列楔形流量計要求雷諾數下限值為300，當雷諾數再低時流量系數發生變化，流體流量和差壓不再遵循平方根的關系，會影響測量準確度。綜合上述產品信息，楔形流量計雷諾數下限取500。
2差壓值的計算
楔形流量計差壓值與流量的關系如下式所示：
式中：ΔP———差壓值，Kpa；qv———介質工況下體積流量，M3/H；C———流量常數。
1）對于測量液體介質，流量常數C見下式所示：
式中：N———單位轉換系數，N＝0.1264；KP———流量系數；D———楔形流量計內徑，mm；Fa———材料熱膨脹系數，mm2/mm2；ρ———介質密度，kg/M3。
楔形流量計的流量系數KP和流量計的口徑及楔塊比（H/D）有關，計算時可參考表1中Preso楔形流量計數據。
在實際使用過程中，因楔形流量計為非標儀表，出廠時每臺儀表需經過實際流體標定，從而得出實際的流量系數，對原有計算時的差壓值進行調整［4］。
2）對于測量氣體介質，流量常數C見下式所示：
式中：Ｙ———氣體熱膨脹系數。
3）楔形流量計也可以測量蒸汽，但對于蒸汽介質，建議采用噴嘴、渦街等其他形式的流量計進行測量。
3壓損的計算
楔形流量計比孔板、Ｖ錐、噴嘴的壓力損失小，相同β值情況下幾種流量計壓損比較［5］如圖2所示。
將楔形流量計H/D換算成孔板流量計的β值，如楔形流量計H/D＝0.5與孔板β＝0.7070的節流面積比是一樣的［6］，詳見表2所列。
將換算完后的β值代入下式［6］中，即可得出楔形流量計的永久壓力損失。
式中：PPl———永久壓力損失，Kpa。
4應用案例
某工況介質為原料油，管道為DN250，壁厚為SH80，材質為碳鋼，正常溫度為50℃，正常壓力為2.08Mpa，最大流量為196.4t/h，正常流量為178.6t/h，最小流量為125t/h，動力黏度為0.295Pa·s，介質密度為943kg/M3，允許壓降為30Kpa。
因介質黏稠，綜合比較各類型流量計后選用楔形流量計進行測量，最大流量不超過滿量程的90％，因而圓整后最大量程選用220t/h，楔形流量計材質選用316不銹鋼。使用BaDgerMeter的PresoFloWCalCＶ5.36軟件對此工況下的楔形流量計差壓值及壓損進行計算。通過調整H/D的值得到合適的差壓值，確定H/D的值后即可確定等效的β值，得出永久壓力損失值。
該案例中的楔形流量計H/D選用0.3，流量系數KP為0.1854，在滿刻度220t/h的流量下差壓值為25.53Kpa，等效的β值為0.5023，在滿刻度流量下的永久壓力損失為11.99Kpa，滿足工藝的30Kpa壓力損失限制要求。
上述均為基于經驗值的計算，可供設計選型參考，實際的流量系數仍需要經過標定后才可確定。
楔形流量計結構如圖1所示。當流體流經Ｖ形節流塊時，流通面積減小，流速增大，靜壓減小，從而產生靜壓差，而壓差的平方根與流量成正比，測得差壓即可測得管道中的流量［1］。楔形流量計采用“Ｖ”型體節流件，當流體中含有雜質或者固體時，容易從楔形下部流過，不會產生滯留，從而防止堵塞現象［2］。
楔形流量計通常口徑范圍為DN15～DN600，特殊口徑可至DN1200，壓力等級高至PN420，測量精度為±0.5％FS，可測量黏度高至3Pa·s的介質。
楔形流量計對介質雷諾數下限的要求，HG/T20507—2014《自動化儀表選型設計規范》6.2.4條規定：“含懸浮物的高黏度易結晶液體的流量、要求永久的壓力損失小、雷諾數小于500時，宜選用楔形流量計”［3］；已作廢的HG/T20507—2000《自動化儀表選型設計規定》3.2.1條規定：“含懸浮物的高黏度液體、蒸汽、氣體的流量測量、雷諾數大于500時可選用楔形流量計”；SH/T3005—2016《石油化工自動化儀表選型設計規范》中規定：“當測量高黏度、低雷諾數（最低至500）的流體時，可選用楔形流量計”；已作廢的SH/T3005—1999《石油化工自動化儀表選型設計規范》中規定：“測量高黏度、低雷諾數（低至100）的流體，如原油、油漿、渣油、瀝青等，可選用楔式流量計”。
上述4個前后版本中關于楔形流量計對介質最低雷諾數的說法不一致，其中HG/T20507—2014與SH/T3005—2015對雷諾數的要求相悖。查看廠家樣本資料，如ABB的FPD470系列、BaDgerMeter的Preso楔形流量計要求雷諾數下限值為500，大韓DHWM系列、捷達WM系列楔形流量計要求雷諾數下限值為300，當雷諾數再低時流量系數發生變化，流體流量和差壓不再遵循平方根的關系，會影響測量準確度。綜合上述產品信息，楔形流量計雷諾數下限取500。
2差壓值的計算
楔形流量計差壓值與流量的關系如下式所示：
式中：ΔP———差壓值，Kpa；qv———介質工況下體積流量，M3/H；C———流量常數。
1）對于測量液體介質，流量常數C見下式所示：
式中：N———單位轉換系數，N＝0.1264；KP———流量系數；D———楔形流量計內徑，mm；Fa———材料熱膨脹系數，mm2/mm2；ρ———介質密度，kg/M3。
楔形流量計的流量系數KP和流量計的口徑及楔塊比（H/D）有關，計算時可參考表1中Preso楔形流量計數據。
在實際使用過程中，因楔形流量計為非標儀表，出廠時每臺儀表需經過實際流體標定，從而得出實際的流量系數，對原有計算時的差壓值進行調整［4］。
2）對于測量氣體介質，流量常數C見下式所示：
式中：Ｙ———氣體熱膨脹系數。
3）楔形流量計也可以測量蒸汽，但對于蒸汽介質，建議采用噴嘴、渦街等其他形式的流量計進行測量。
3壓損的計算
楔形流量計比孔板、Ｖ錐、噴嘴的壓力損失小，相同β值情況下幾種流量計壓損比較［5］如圖2所示。
將楔形流量計H/D換算成孔板流量計的β值，如楔形流量計H/D＝0.5與孔板β＝0.7070的節流面積比是一樣的［6］，詳見表2所列。
將換算完后的β值代入下式［6］中，即可得出楔形流量計的永久壓力損失。
式中：PPl———永久壓力損失，Kpa。
4應用案例
某工況介質為原料油，管道為DN250，壁厚為SH80，材質為碳鋼，正常溫度為50℃，正常壓力為2.08Mpa，最大流量為196.4t/h，正常流量為178.6t/h，最小流量為125t/h，動力黏度為0.295Pa·s，介質密度為943kg/M3，允許壓降為30Kpa。
因介質黏稠，綜合比較各類型流量計后選用楔形流量計進行測量，最大流量不超過滿量程的90％，因而圓整后最大量程選用220t/h，楔形流量計材質選用316不銹鋼。使用BaDgerMeter的PresoFloWCalCＶ5.36軟件對此工況下的楔形流量計差壓值及壓損進行計算。通過調整H/D的值得到合適的差壓值，確定H/D的值后即可確定等效的β值，得出永久壓力損失值。
該案例中的楔形流量計H/D選用0.3，流量系數KP為0.1854，在滿刻度220t/h的流量下差壓值為25.53Kpa，等效的β值為0.5023，在滿刻度流量下的永久壓力損失為11.99Kpa，滿足工藝的30Kpa壓力損失限制要求。
上述均為基于經驗值的計算，可供設計選型參考，實際的流量系數仍需要經過標定后才可確定。
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