环形孔板流量计在测量混合煤气等介质中的广泛应用

　　在工业化迅速发展的大时代，缺少不了压力变送器、流量计、液位计、密度计、差压变送器等仪表把现场第一数据实时传输到工控系统上，为整个工业自动化系统充当控制、检测等一系列的眼睛，接下来华恒仪表为您解读工业现场最前沿的压力变送器使用情况。

　　本文介绍的环形孔板节流装置。近年来，在我单位的炉煤气、焦炉煤气、混合煤气等介质的流量测量中获得了成功应用，在解决防堵塞、防堆积等方面有突出的点。

　　工作原理

　　标准孔板的小流通截面是板（孔板）片中心的圆孔，流体通过时因流通面积的突然收缩而加速，流体绕过孔板入口边缘时产生的附面层是圆柱形。环形孔板的小流通截面是板（测流板）片的外缘和管内壁形成的圆环，流体通过时因流通面积的突然收缩而加速，流体绕过测流板入口边缘时产生的附面层也是圆柱形，对流体产生阻力的机理是相近的。因此孔板或测流板对流体造成的阻力系数是相近的，这就使两有可能具有相近的流出系数。

　　标准孔板节流装置和环形孔板节流装置的结构分别如图1和图2所示。由图可见，环形孔板与标准孔板的区别是：标准孔板的小流通面是与管轴线同轴的圆柱，环形孔板的小流通面是与管轴线同轴的圆环柱，从流场的对称性考虑，都优于圆缺孔板、偏心孔板；另方面，环形孔板把中间流速、靠近管壁处流速低的流动模式强制变成了靠近管壁处流速、中间流速低的流动模式，相当于流场的二次分配，进入环形孔板的上游流场如果因上游局部阻力的干扰产生了畸变（即不再轴对称），在二次分配时就会因“均化”的趋势恢复成轴对称，就像没有受到局部阻力的干扰似的。

　　环形孔板节流装置和普通的标准孔板样，依据的基本原理是流体连续性方程和伯努利方程。把环形孔板的测流件安装在圆管中，当流体流经节流装置时，其上、下游侧之间就会产生压力差，见图3环形孔板工作原理图，经推导可得到流量基本方程式：

　　式中，qm为流体的质量流量，kg/h；C为流出系数；ε为流体经过节流装置后的可膨胀性系数（对液体ε=1）；β为径比（β=d/D1，d：环形孔板的等效孔径，mm，D1：管道内径，mm）；D为测量管（工作状态下）的内径，mm；ΔP为节流装置上、下游取压口处测取的差压值,KPa；ρ1为流体（在节流装置上游侧工作条件下）的密度，kg/m3。

　　经过正确设计计算制造出来的测流板在流体中形成阻挡，当流量为qm时产生的差压为ΔP，利用差压变送器将差压值ΔP转变成标准电流信号，再经过显示仪表或数据处理系统，显示出流体的流量或总量。

　　产品的点

　　环形孔板的殊结构决定了它在应用时的诸多点，这些点不但在理论上是有根据的，而且也已经被现场使用证明。比较突出的是：

　　（1）结构牢固、性能稳定、工作可靠，基本上是“维护仪表”。

　　（2）仪表本体是段直的测量管，内壁经过加工，精度，而标准孔板要另订段直管段才能达到同样效果。安装误差（偏心、密封垫片伸入管道等）对仪表的测量几乎没有响，因此本仪表的使用精度比标准孔板。

　　（3）节流件和测量管内壁都是形状简单的圆形，容易达到的尺寸精度、严的形位公差，利用“抽样标定”就能获得精度，流出系数稳定性好。

　　（4）流体进入仪表本体后经过测流板的突然阻挡，强制再分配均化了来流时的畸变，通过环孔节流再加上“ 均压环”取压机构，使得进入差压变送器的测量值（ 差压）很少受上游局部阻力的响。

　　（5）环形孔板不但可测量般流体的流量，还可测量含杂质的流体流量。因为环形孔板的检测件结构形式与标准孔板有本质不同，环形孔板小流通面是紧贴管内壁的圆环，而标准孔板小流通面是处于管中心的同心圆。流体中的杂质流速较低，般是紧贴着管壁边流动，在标准孔板的附近，杂质流得慢，很容易沉淀堆积，以于响测量精度或堵塞取压口。即使是圆缺孔板或偏心孔板，也避不了这种故障。然而对于环孔节流式流量计，流体中的杂质随着主流起速通过小流通截面（环隙），不大可能堆积在测流板附近，取压口远离滞流区，不容易堵塞，何况采取了多个取压口（冗余设计）并联在均压环上，只有全部堵死才会失效，这就大大延长了检修周期。防堵型环形孔板流量计的均压环上与取压口正对着的管壁处设有‘ 堵头’或排污球阀，可定期旋开排污或用捅条疏通杂物。对含尘量大的流体，可以选带隔离膜片的差压变送器，堵塞的可能性小。带均压环的防堵型环形孔板结构见图4。

　　总结

　　焦炉煤气、半水煤气等脏污流体介质含有粉尘、焦油、萘、硫化物、水，使用其它仪表遇到的问题较多。在仪表结构方面，采用均压环和多个取压口，在均压环上与取压口相对的地方焊接段与取压管相同内径的排污管、连接个球阀，在清污时打开球阀排污或在停气时用捅条疏通，也可以采用专用结构在不停气时用杆插入管壁清理取压管。我单位已应用十几台，长的使用已有6年，今未发生故障，节约了大量的维护人力和物力。为生产单位提供了准确的计量数据，使生产单位在节能降耗工作中有数据进行指导，降低了生产能耗。

　　仪器仪表是工业化进程的基石，只有选用工业现场选用合适的仪表，才能够事半功倍，自动化流程才能够更加自动化。