煤氣流量測(cè)量一直是儀表檢測(cè)的難點(diǎn)，錐型流量計(jì)為煤氣流量測(cè)量提供了新的測(cè)量方法，本文介紹了錐型流量計(jì)在現(xiàn)場(chǎng)的使用情況和特點(diǎn)。
山東焦化制氣廠焦?fàn)t煤氣計(jì)量主要測(cè)點(diǎn)有：
焦?fàn)t回爐煤氣、鍋爐煤氣摻燒、管式爐用煤氣和城市外供煤氣等，此外，還有發(fā)生爐煤氣計(jì)量和節(jié)假日摻加到煤氣中的石油液化氣計(jì)量。焦?fàn)t煤氣過(guò)去一直使用標(biāo)準(zhǔn)孔板、均速管進(jìn)行計(jì)量。使用過(guò)程中主要存在以下幾方面的問(wèn)題：(1)焦?fàn)t煤氣臟，孔板容易污染，由于連續(xù)生產(chǎn)不能拆除孔板進(jìn)行清洗，影響系統(tǒng)測(cè)量精度；(2)焦?fàn)t煤氣臟，儀表導(dǎo)壓管易堵，必須定期用蒸汽吹掃儀表導(dǎo)壓管，否則就會(huì)影響測(cè)量精度，甚至系統(tǒng)不能正常運(yùn)行；(3)煤氣中所夾帶的蒸汽或水霧，當(dāng)溫度降低時(shí)凝結(jié)成水，在管道中很難排除，影響系統(tǒng)測(cè)量精度。(4)直管段要求長(zhǎng)，煤氣管道口徑通常比較大，要保證流量測(cè)量準(zhǔn)確的20~40D直管段很難滿足。(5)量程比小，僅為3∶1，例如因城市煤氣用量高峰或低谷時(shí)要求輸送煤氣量的不同，出廠煤氣計(jì)量的輸送量在一天內(nèi)的變動(dòng)超過(guò)10∶1，孔板因量程比小就達(dá)不到使用要求。
1 錐形流量計(jì)測(cè)量原理
因?yàn)楣鼙谀Σ亮p小了流過(guò)管壁的流體速度，所以在管道中流速分布為：在管壁處流速接近零，愈靠近管線中心流速愈大，在管線中心處流速最大。而當(dāng)流體流過(guò)錐形流量計(jì)時(shí)，因錐形流量計(jì)是通過(guò)在管線中心懸掛一個(gè)錐形體來(lái)節(jié)流，錐體直接與流體高速中心部分相互作用，迫使管線中心的高速流體與接近管壁的低速流體均勻化，即兩者的流速趨于一致。
與各種節(jié)流裝置的結(jié)構(gòu)比較，標(biāo)準(zhǔn)孔板是流體在管道中心突然收縮，不僅阻力損失大，而且加劇了流體流速分布的不均勻性，管道邊緣阻斷，臟污介質(zhì)聚集在標(biāo)準(zhǔn)孔板前后；文丘里管(和標(biāo)準(zhǔn)孔板一樣仍然是標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的一種)則是在管道中心逐漸收縮，雖然流體流速分布的不均勻性仍然存在，但阻力損失稍有降低，臟污介質(zhì)聚集的情況有所改善，只是制作困難；環(huán)形孔板是在管道中心置一圓盤，而管道邊緣則可流通，即從標(biāo)準(zhǔn)孔板的管道中心突然收縮轉(zhuǎn)變?yōu)楣艿肋吘壨蝗皇湛s，因而可使管道內(nèi)流速均勻化，可使臟污介質(zhì)不致聚集在環(huán)形孔板前后；而錐形流量計(jì)是在管道中心置一圓錐，它的結(jié)構(gòu)是管道邊緣逐漸收縮，阻力損失小，且可使管道內(nèi)流速均勻化，使臟污介質(zhì)不致聚集在環(huán)形孔板前后。由此得出結(jié)論：錐形流量計(jì)是節(jié)流裝置發(fā)展過(guò)程中一系列革新的必然結(jié)果。
2 錐形流量計(jì)特點(diǎn)
山東焦化制氣廠使用錐形流量計(jì)有三年的歷史了，檢測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行正常，而且日常的維護(hù)工作量幾乎沒(méi)有，深受現(xiàn)場(chǎng)工人和技術(shù)人員的歡迎。主要特點(diǎn)如下。
(1)直管段要求低。雖然所有差壓式流量計(jì)都是依據(jù)伯努利定理進(jìn)行測(cè)量，但伯努利定理有一個(gè)基本要求，即被測(cè)量的流體必須為理想流體。采用孔板、噴嘴等傳統(tǒng)的差壓流量計(jì)的節(jié)流裝置時(shí)，為了盡量滿足伯努利定理的要求，必須有非常長(zhǎng)的前、后直管段，以便將不規(guī)則流動(dòng)的流體盡可能整形成為理想流體。而錐形流量計(jì)流量采用獨(dú)特的置于管道中心的流線型節(jié)流結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在檢測(cè)流量之前，同時(shí)對(duì)不規(guī)則流動(dòng)的流體進(jìn)行整流，在不增加流體整流器的情況廠，工5妙地解決流體整流的問(wèn)題。中心懸掛的流線型錐體能重塑流速曲線，在緊靠錐體上游和下游較窄的區(qū)域內(nèi)(前0~3D，后0~1D)，將流速不規(guī)則的液體直接整流成理想液體，可充分滿足伯努利定理的要求，獲得很高的測(cè)量精度和重復(fù)性。不需要非常長(zhǎng)的直管段整流，這在流量計(jì)的安裝過(guò)程中有很重要的意義。山東焦化制氣廠使用的石油液化氣錐形流量計(jì)(口徑270mm)在安裝過(guò)程中，由于現(xiàn)場(chǎng)條件限制，流量計(jì)前、后直管的距離分別為1000mm和600mm，但流量計(jì)仍能正常穩(wěn)定運(yùn)行。
(2)耐污染，不易堵。山東焦化制氣廠煤氣類流量測(cè)量，原來(lái)使用的是孔板流量計(jì)和均速管流量計(jì)，由于煤氣中含有焦油、萘、硫、氨水等多種雜質(zhì)，孔板或均速管必須定期清洗或用蒸汽吹掃，否則孔板上、下游端面、上游側(cè)直角入口邊緣將受到污染，儀表導(dǎo)壓管會(huì)不暢通或堵塞，影響系統(tǒng)測(cè)量精度；孔板前、后直管段積水會(huì)使管道流通面積減小，流速提高，差壓增加，流量顯示值偏高，嚴(yán)重時(shí)因?qū)汗芏氯兯推鳠o(wú)法正常運(yùn)行。為確保儀表正常穩(wěn)定運(yùn)行，儀表工維護(hù)工作量很大。錐形流量計(jì)有自吹掃式的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)，無(wú)滯留死區(qū)。介質(zhì)流過(guò)錐體時(shí)會(huì)加速，不斷沖刷正壓取壓孔、錐體外壁及錐體附近管壁，而負(fù)壓取壓孔則被一小段不流動(dòng)介質(zhì)所隔離，臟污雜質(zhì)進(jìn)不去，因此錐形流量計(jì)可用于各種含雜質(zhì)、易結(jié)晶的臟污介質(zhì)，如焦?fàn)t煤氣、發(fā)生爐煤氣等介質(zhì)。山東焦化制氣廠采用的五臺(tái)錐形流量計(jì)對(duì)焦?fàn)t煤氣、發(fā)生爐煤氣和石油液化氣的流量進(jìn)行測(cè)量，有的使用已三年，至今未進(jìn)行過(guò)維護(hù)，流量計(jì)未發(fā)現(xiàn)有節(jié)流裝置污染、儀表導(dǎo)壓管堵塞、管道積水、流量顯示值異常等現(xiàn)象，大大降低了儀表的維護(hù)工作量，提高了煤氣流量測(cè)量的準(zhǔn)確性和可靠性。
(3)差壓值大，量程比寬，適用于低壓低流速介質(zhì)的流量測(cè)量。在焦化廠煤氣流量測(cè)量過(guò)程中，測(cè)量對(duì)象的特點(diǎn)是管道直徑大、壓力低，流速慢，孔板流量計(jì)一般選配微差壓變送器(山東焦化制氣廠使用的是羅斯蒙特公司的1151DR)，在煤氣壓力為3500Pa時(shí)，正常的差壓在100~1000Pa之間變化(山東焦化制氣廠回爐煤氣滿量程的差壓值為630pa)，流量計(jì)的差壓信號(hào)較小。而在采用均速管流量計(jì)時(shí)，由于管道煤氣流速低，差壓信號(hào)非常小對(duì)系統(tǒng)精度影響很大，山東焦化制氣廠城市煤氣計(jì)量采用均速管流量計(jì)，最大差壓只有120Pa，正常值為2~5Pa，系統(tǒng)精度很差。差壓信號(hào)小會(huì)影響變送器校驗(yàn)、使用的精度；孔板有污染、儀表導(dǎo)壓管不暢、管道有積水對(duì)系統(tǒng)精度影響也很大。而錐形流量計(jì)由于是類似孔板的節(jié)流件，差壓值遠(yuǎn)大于均速管流量計(jì)，相對(duì)孔板來(lái)說(shuō)，由于是管道邊緣逐漸收縮，阻力損失小，因而可在阻力損失相同的情況下，設(shè)計(jì)時(shí)可選用差壓值較大的錐形流量計(jì)，如表1所示，幾臺(tái)錐形流量計(jì)測(cè)量煤氣時(shí)差壓值均大于孔板測(cè)量時(shí)的差壓值。提高了差壓信號(hào)，為變送器校驗(yàn)創(chuàng)造了條件，也提高了系統(tǒng)的測(cè)量精度。
某些測(cè)量對(duì)象，如出廠煤氣、摻燒煤氣的流量測(cè)量，因最大最小流量相差較大，通常孔板只能達(dá)到3∶1的量程比，只好采用多管并聯(lián)的方法解決測(cè)量精確度不降低的問(wèn)題，而錐形流量計(jì)的量程比可大于10∶1，因而在低量程時(shí)的測(cè)量精確度較高，適用范圍更寬。
4 結(jié)語(yǔ)
經(jīng)過(guò)10多年的應(yīng)用實(shí)踐，人們已逐漸了解錐形流量計(jì)的特點(diǎn)并且能親身體驗(yàn)到它作為一種更有效的流量?jī)x表的種種優(yōu)點(diǎn)。實(shí)踐證明：利用錐形流量計(jì)能在更短的直管段條件下，以更寬的量程比對(duì)潔凈或臟污流體實(shí)現(xiàn)更準(zhǔn)確更有效的流量測(cè)量。我們也期待有一天錐形流量計(jì)在進(jìn)行更充分測(cè)試后能像標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置一樣，不經(jīng)過(guò)標(biāo)定而確定差壓與流量的關(guān)系，并可估算其測(cè)量誤差，從而可以直接在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)使用。
