差壓式流量計(jì)在我們的工業(yè)生產(chǎn)及民生領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用,它包括孔板流量計(jì)等許多市場(chǎng)上主流的流量計(jì)產(chǎn)品,本文將從其原理、結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)、應(yīng)用等多方面進(jìn)行系統(tǒng)的介紹。
1.1基本原理
充滿管道的流體,當(dāng)它流經(jīng)管道內(nèi)的節(jié)流件時(shí),如圖4.1所示,流速將在節(jié)流件處形成局部收縮,因而流速增加,靜壓力降低,于是在節(jié)流件前后便產(chǎn)生了壓差。流體流量愈大,產(chǎn)生的壓差愈大,這樣可依據(jù)壓差來(lái)衡量流量的大小。這種測(cè)量方法是以流動(dòng)連續(xù)性方程(質(zhì)量守恒定律)和伯努利方程(能量守恒定律)為基礎(chǔ)的。壓差的大小不僅與流量還與其他許多因素有關(guān),例如當(dāng)節(jié)流裝置形式或管道內(nèi)流體的物理性質(zhì)(密度、粘度)不同時(shí),在同樣大小的流量下產(chǎn)生的壓差也是不同的。
1.2流量方程
式中 qm--質(zhì)量流量,kg/s;
圖4.1 孔板附近的流速和壓力分布
qv--體積流量,m3/s; C--流出系數(shù); ε--可膨脹性系數(shù);
β--直徑比,β=d/D; d--工作條件下節(jié)流件的孔徑,m;
D--工作條件下上游管道內(nèi)徑,m;
△P--差壓,Pa; ρl--上游流體密度,kg/m3。
1. 分 類
差壓式流量計(jì)分類如表4.1所示。
表4.1 差壓式流量計(jì)分類表
分類原則 |
分 類 類 型 |
按產(chǎn)生差壓的作用原理分類 |
1)節(jié)流式;2)動(dòng)壓頭式;3)水力阻力式;4)離心式;5)動(dòng)壓增益式;6)射流式 |
按結(jié)構(gòu)形式分類 |
1)標(biāo)準(zhǔn)孔板;2)標(biāo)準(zhǔn)噴嘴;3)經(jīng)典文丘里管;4)文丘里噴嘴;5)錐形入口孔板;6)1/4圓孔板;7)圓缺孔板;8)偏心孔板;9)楔形孔板;10)整體(內(nèi)藏)孔板;11)線性孔板;12)環(huán)形孔板;13)道爾管;14)羅洛斯管;15)彎管;16)可換孔板節(jié)流裝置;17)臨界流節(jié)流裝置 |
按用途分類 |
1)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置;2)低雷諾數(shù)節(jié)流裝置;3)臟污流節(jié)流裝置;4)低壓損節(jié)流裝置;5)小管徑節(jié)流裝置;6)寬范圍度節(jié)流裝置;7)臨界流節(jié)流裝置; |
2.1 按產(chǎn)生差壓的作用原理分類
1)節(jié)流式 依據(jù)流體通過(guò)節(jié)流件使部分壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能以產(chǎn)生差壓的原理工作,其檢測(cè)件稱
之為節(jié)流裝置,是DPF的主要品種。
2)動(dòng)壓頭式 依據(jù)動(dòng)壓轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓的原理工作,如均速管流量計(jì)。
3)水力阻力式 依據(jù)流體阻力產(chǎn)生的壓差原理工作,檢測(cè)件為毛細(xì)管束,又稱層流流量計(jì),一
般用于微小流量測(cè)量。
4)離心式 依據(jù)彎曲管或環(huán)狀管產(chǎn)生離心力原理形成的壓差工作,如彎管流量計(jì),環(huán)形管流量
計(jì)等。
5)動(dòng)壓增益式 依據(jù)動(dòng)壓放大原理工作,如皮托-文丘里管。
6)射流式 依據(jù)流體射流撞擊產(chǎn)生原理工作,如射流式差壓流量計(jì)。
2.2 按結(jié)構(gòu)形式分類
1) 標(biāo)準(zhǔn)孔板 又稱同心直角邊緣孔板,其軸向截面如圖4.2所示??装迨且粔K加工成圓形同心的具有銳利直角邊緣的薄板??装彘_(kāi)孔的上游側(cè)邊緣應(yīng)是銳利的直角。標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)有三種取壓方式:角接、法蘭及D-D/2取壓;如圖4.3所示。為從兩個(gè)方向的任一個(gè)方向測(cè)量流量,可采用對(duì)稱孔板,節(jié)流孔的兩個(gè)邊緣均符合直角邊緣孔板上游邊緣的特性,且孔板全部厚度不超過(guò)節(jié)流孔的厚度。
圖4.2 標(biāo)準(zhǔn)孔板 圖4.3 孔板的三種取壓方式
2) 標(biāo)準(zhǔn)噴嘴 有兩種結(jié)構(gòu)形式:ISA 1932噴嘴和長(zhǎng)徑噴嘴。
a. ISA 1932噴嘴(圖4.4)
上游面由垂直于軸的平面、廓形為圓周的兩段弧線所確定的收縮段、圓筒形喉部和凹槽組成的噴嘴。ISA 1932噴嘴的取壓方式僅角接取壓一種。
圖4.4 ISA 1932噴嘴
b. 長(zhǎng)徑噴嘴(圖4.5) 上游面由垂直于軸的平面、廓形為1/4橢圓的收縮段、圓筒形喉部和可能有的凹槽或斜角組成的噴嘴。長(zhǎng)徑噴嘴的取壓方式僅D-D/2取壓一種。
3)
經(jīng)典文丘里管 由入口圓筒段A、圓錐收縮段B、圓筒形喉部C和圓錐擴(kuò)散段E組成,如圖4.6 所示。根據(jù)不同的加工方法,有以下結(jié)構(gòu)形式:①具有粗鑄收縮段的;②具有機(jī)械加工收縮段的;③具有鐵板焊接收縮段的。
4)文丘里噴嘴 由進(jìn)口噴嘴、圓筒形喉部及擴(kuò)散段組成,如圖4.7所示。
5)錐形入口孔板 錐形入口孔板與標(biāo)準(zhǔn)孔板相似,相當(dāng)于一塊倒裝的標(biāo)準(zhǔn)孔板,其結(jié)構(gòu)如圖4 . 8所示,取壓方式為角接取壓。
圖4.6 經(jīng)典文丘里管
圖4.7 文丘里噴嘴 圖4.8 錐形入口孔板
1一環(huán)隙;2-夾持環(huán);3一上游端面A;4-下游端面B;
5-軸線;6-流向;7-取壓口;8-孔板;
X-帶環(huán)隙的夾持環(huán);Y-單獨(dú)取壓口
6)1/4圓孔板 1/4圓孔板與標(biāo)準(zhǔn)孔板相比只是孔口形狀不同,它的外形輪廓由一個(gè)與軸線垂直的端面,半徑r為1/4圓構(gòu)成的入口截面及噴嘴出口端面組成,如圖4.9所示。管徑小于DN40為角接取壓,大于DN40為角接取壓或法蘭取壓。
圖4.10 圓缺孔板
7) 圓缺孔板 其開(kāi)孔為一個(gè)圓的一部分(圓缺部分),這個(gè)圓的直徑為管道直徑的98%,開(kāi)孔的圓弧部分的圓心應(yīng)精確定位,使其與管道同心,這樣可保證開(kāi)孔不會(huì)被連接的管道或兩端的墊片所遮蓋,其結(jié)構(gòu)如圖4.10所示。取壓方式為法蘭取壓和縮流取壓(或稱理論取壓)。
8) 偏心孔板 這種孔板的孔是偏心的,它與管道同心的圓相切,這個(gè)圓的直徑等于管道直徑的98%。安裝這種孔板必須保證它的孔不會(huì)被法蘭或墊片遮蓋住,其結(jié)構(gòu)如圖4.11所示。它采用法蘭取壓和縮流取壓。
圖4.11 偏心孔板
1- 孔板開(kāi)孔;2-管道內(nèi)徑;3-孔板開(kāi)孔另一位置;4-孔板外徑;5-孔板厚度E;
6-上游端面A;7-下游端面B;8-孔板開(kāi)孔厚度e;9-孔板軸線;10-斜角F;
11-孔板開(kāi)孔軸線;12-流向;13-上游邊緣G;14-下游邊緣H、I
9) 楔形孔板 楔形孔板的結(jié)構(gòu)如圖4.12所示。其檢測(cè)件為V形,設(shè)計(jì)合適時(shí)節(jié)流件上下游無(wú)滯流區(qū),不會(huì)使管道堵塞,取壓方式未標(biāo)準(zhǔn)化。
圖4.12 楔形流量計(jì)
1-高壓取壓口;2-低壓取壓口;3-測(cè)量管;4-楔形孔板;5-法蘭
10) 整體(內(nèi)藏)孔板 管徑小于DN50孔板可以有多種結(jié)構(gòu)形式,圖4.13所示為內(nèi)藏孔板結(jié)構(gòu),當(dāng)管徑較小時(shí)孔板入口邊緣銳利度及管道糙度等對(duì)流出系數(shù)有顯著影響,因此按結(jié)構(gòu)幾何形狀及尺寸難以確定流出系數(shù),小管徑孔板一般皆需個(gè)別校準(zhǔn)才能準(zhǔn)確確定流出系數(shù)。
圖4.13 整體(內(nèi)藏)孔板
(a) 直通式;(b)U形彎管式
11)線性孔板 又稱彈性加載可變面積可變壓頭孔板,如圖4.14所示。其孔隙面積隨流量大小而自動(dòng)變化,曲面圓錐形塞子在差壓和彈簧力的作用下來(lái)回移動(dòng),孔隙的變化使輸出信號(hào)(差壓或位移)與流量成線性關(guān)系,并極大地?cái)U(kuò)大范圍度。
圖4.14 線性孔板(GILFLO型節(jié)流裝置)
1-穩(wěn)定裝置;2-紡錘形活塞;3-固定孔板;4-排氣孔;5-標(biāo)定和鎖定蝸桿裝置;
6-軸支撐;7-低壓側(cè)差壓檢出接頭;8-高張力精密彈簧;9-排水孔;10-高壓側(cè)差壓檢出接頭
12)環(huán)形孔板 環(huán)形孔板的結(jié)構(gòu)如圖4.15所示。它由一個(gè)被同心固定在測(cè)量管中的圓板、三腳支架和中心軸管組成,中心軸管將上下游壓力傳送到差壓變送器。環(huán)形孔板的優(yōu)點(diǎn)是既能疏泄管道底部的較重物質(zhì)又能使管道中氣體或蒸氣沿管道頂部通過(guò)。
圖4.15 環(huán)形孔板
13)道爾管 道爾管結(jié)構(gòu)如圖4.16所示。它由40o入口錐角和15o擴(kuò)散管組成。流體首先碰到a上,再經(jīng)短而陡的錐體,到達(dá)喉部槽兩邊的兩個(gè)圓筒形部分,通過(guò)短的錐體后在f處,突然擴(kuò)大到管道中,整個(gè)長(zhǎng)度僅是管徑的1.5-2倍,是經(jīng)典文丘里管長(zhǎng)度的17%。道爾管產(chǎn)生的差壓比經(jīng)典文丘里管大,在高差壓下卻有低的壓損。
圖4.16道爾管
14)羅洛斯管 羅洛斯管結(jié)構(gòu)如圖4.17所示。它由入口段、入口錐管、喉部錐管、喉部和擴(kuò)散管組成。入口錐管的錐角為40o,喉部錐角為7o,擴(kuò)散管錐角為5o,上游取壓口采用角接取壓,其取壓口緊靠入口錐角處,下游取壓口在喉部長(zhǎng)度的一半,即d/4處。
15)彎管 彎管結(jié)構(gòu)如圖4.18所示。利用管道系統(tǒng)彎頭作檢測(cè)件,無(wú)附加壓損及專門安裝節(jié)流件是其優(yōu)點(diǎn),彎管取壓口開(kāi)在45o或22.5o處,取壓口結(jié)構(gòu)與標(biāo)準(zhǔn)孔板相同,兩個(gè)平面內(nèi)的兩個(gè)取壓口對(duì)準(zhǔn),使其能處于同一條直線上,彎管內(nèi)壁應(yīng)盡量保持光滑。
16)可換孔板節(jié)流裝置 圖4.19所示為斷流取出型可換孔板節(jié)流裝置。在需要檢查孔板或更換孔板時(shí),可無(wú)需拆開(kāi)管道,短時(shí)間暫停管道內(nèi)被測(cè)介質(zhì)的流動(dòng),這時(shí)就可打開(kāi)上蓋,取出孔板及密封件予以檢查或更換。
17)臨界流節(jié)流裝置 臨界流節(jié)流裝置有兩種結(jié)構(gòu)形式:圓環(huán)喉部文丘里噴嘴和圓筒喉部文丘里噴嘴,如圖4.20所示。
a.圓環(huán)喉部文丘里噴嘴 它由入口段、圓弧收縮段和擴(kuò)散段組成。入口收縮段是一個(gè)喇叭形曲面,該曲面延伸至最小斷面處(喉部),并與擴(kuò)散段相切。在入口平面的上游,廓形沒(méi)有規(guī)定,但在每個(gè)軸向位置上,其直徑都應(yīng)等于或大于喇叭形擴(kuò)張部分的直徑。
b.圓筒形喉部文丘里噴嘴 它由入口段、圓弧收縮段、圓筒形喉部及擴(kuò)散段組成。其入口平面為入口輪廓相切且垂直于噴嘴中心線的平面。收縮段為1/4圓曲面,一端與入口平面相切,另一端與圓筒喉部相切。1/4圓曲面和圓筒喉部之間的連接應(yīng)沒(méi)有缺陷,連接要平滑。(a)圓環(huán)形喉部文丘里噴嘴
2.3 按用途分類
1)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置 ISO 5167或GB/T2624中所包括的節(jié)流裝置稱為標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置,它們是標(biāo)準(zhǔn)孔板、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴、經(jīng)典文丘里管和文丘里噴嘴。在設(shè)計(jì)、制造、安裝及使用方面皆遵循標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,可不必個(gè)別校準(zhǔn)而使用。
2)低雷諾數(shù)節(jié)流裝置 如1/4圓孔板、錐形入口孔板和雙重孔板等。
3)臟污流節(jié)流裝置 如圓缺孔板、偏心孔板和楔形孔板等。
4)低壓損節(jié)流裝置 如道爾管、羅洛斯管、彎管及環(huán)形管等。
5)小管徑節(jié)流裝置 如整體(內(nèi)藏)孔板和一體式流量變送器等。
6)寬范圍度節(jié)流裝置 如線性孔板等。
7)臨界流節(jié)流裝置 如臨界流文丘里噴嘴等。
圖4.19 可換孔板節(jié)流裝置 圖4.20 臨界流節(jié)流裝置
2. 節(jié)流式差壓流量計(jì)的主要特點(diǎn)
應(yīng)用最普遍的節(jié)流件標(biāo)準(zhǔn)孔板結(jié)構(gòu)易于復(fù)制,簡(jiǎn)單,牢固,性能穩(wěn)定可靠,使用期限長(zhǎng),價(jià)格低廉。
節(jié)流式DPF應(yīng)用范圍極廣泛,至今尚無(wú)任何一類流量計(jì)可與之相比。全部單相流體,包括液、氣、蒸汽皆可測(cè)量,部分混相流,如氣固、氣液、液固等亦可應(yīng)用,一般生產(chǎn)過(guò)程的管徑、工作狀態(tài)(壓力,溫度)皆有產(chǎn)品。
檢測(cè)件與差壓顯示儀表可分開(kāi)不同生產(chǎn)廠生產(chǎn),便于專業(yè)化形成規(guī)模經(jīng)濟(jì)生產(chǎn),它們的結(jié)合非常靈活方便。
檢測(cè)件,特別是標(biāo)準(zhǔn)型的,是全世界通用的,并得到國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織的認(rèn)可。對(duì)標(biāo)準(zhǔn)型檢測(cè)件進(jìn)行的試驗(yàn)研究是國(guó)際性的,其他流量計(jì)一般僅依靠個(gè)別廠家或研究群體進(jìn)行,因此其研究的深度和廣度不可同日而語(yǔ)。從時(shí)間上看,標(biāo)準(zhǔn)型檢測(cè)件自20世紀(jì)30年代由國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織確定后再也沒(méi)有改變,其研究資料及生產(chǎn)實(shí)踐的積累極其豐富,它涉及的應(yīng)用范圍還沒(méi)有一類流量計(jì)可比。
正是由于上述原因,標(biāo)準(zhǔn)型節(jié)流式DPF無(wú)需實(shí)流校準(zhǔn),即可投用,在流量計(jì)中亦是惟一的。
目前在各種類型中以節(jié)流式和動(dòng)壓頭式應(yīng)用最多。節(jié)流式已開(kāi)發(fā)20余品種,并且仍有新品種開(kāi)發(fā)出,較成熟的向標(biāo)準(zhǔn)型發(fā)展,ISO設(shè)有專門技術(shù)委員會(huì)負(fù)責(zé)此項(xiàng)工作。動(dòng)壓頭式以均速管流量計(jì)為代表,近年有較快發(fā)展,它是插入式流量計(jì)的主要品種,其用量在迅速增加。
節(jié)流式DPF主要存在以下缺點(diǎn):
1)測(cè)量的重復(fù)性、精確度在流量計(jì)中屬于中等水平,由于眾多因素的影響錯(cuò)綜復(fù)雜,精確度難以提高。
2)范圍度窄,由于儀表信號(hào)(差壓)與流量為平方關(guān)系,一般范圍度僅3:1-4:1。
3)現(xiàn)場(chǎng)安裝條件要求較高,如需較長(zhǎng)的直管段(指孔板,噴嘴),一般難以滿足。
4)檢測(cè)件與差壓顯示儀表之間引壓管線為薄弱環(huán)節(jié),易產(chǎn)生泄漏、堵塞、凍結(jié)及信號(hào)失真等故障。
5)壓損大(指孔板,噴嘴)。
為了彌補(bǔ)上述缺點(diǎn),近年儀表開(kāi)發(fā)有如下一些措施。
(1) 關(guān)于范圍度的拓寬
節(jié)流式DPF范圍度拓寬從兩方面著手:1)開(kāi)發(fā)線性孔板;2)采用寬量程差壓變送器或多臺(tái)差壓變送器并用。
(2)開(kāi)發(fā)定值節(jié)流件
定值節(jié)流件是指對(duì)每種通徑測(cè)量管道配以有限數(shù)量的節(jié)流件,節(jié)流件的β值(孔徑)則按優(yōu)先數(shù)系選用,每種通徑配3-5種β值。定值節(jié)流件的應(yīng)用有許多優(yōu)點(diǎn):改變節(jié)流件應(yīng)用對(duì)號(hào)入座的缺陷;節(jié)流件生產(chǎn)方式由小生產(chǎn)作業(yè)方式轉(zhuǎn)變?yōu)榇笈可a(chǎn);對(duì)于廓形節(jié)流件(如噴嘴,文丘里管等)采用專用加工設(shè)備實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn),降低生產(chǎn)成本,為擴(kuò)大使用創(chuàng)造條件;給用戶帶來(lái)使用的方便等等。
(3)壓損問(wèn)題
通常節(jié)流式DPF壓損大是指檢測(cè)件為孔板或噴嘴等品種,其實(shí)早已開(kāi)發(fā)多種低壓損節(jié)流件,如各種流量管(道爾管、羅洛斯管、通用文丘里管等),它們未能大量應(yīng)用的原因是結(jié)構(gòu)笨重,價(jià)格高,如采用定值節(jié)流件可使生產(chǎn)成本大幅度下降,為廣泛應(yīng)用創(chuàng)造條件。
(4)一體化節(jié)流式DPF
把節(jié)流裝置和差壓變送器做成一體,省卻引壓管線,減少故障率,改善動(dòng)態(tài)特性,方便安裝使用,受到用戶的歡迎。國(guó)外應(yīng)用已相當(dāng)普遍,據(jù)統(tǒng)計(jì),日本在1996-1997年新建四家工廠400余臺(tái)差壓式流量計(jì),一體化直接安裝儀表約占三分之一。
(5)安裝條件問(wèn)題
經(jīng)典文丘里管必要的直管段長(zhǎng)度短(約5D-10D),在無(wú)長(zhǎng)直管段場(chǎng)合盡量采用此類節(jié)流件,它做成定值節(jié)流件,可以降低制造成本。近年國(guó)際上為解決阻流件干擾著力研究適用的流動(dòng)調(diào)整器,在精度要求較高時(shí)節(jié)流裝置與流動(dòng)調(diào)整器配套供應(yīng),可保證測(cè)量的精確度,但也增加了壓損與維護(hù)工作
3. 安裝使用注意事項(xiàng)
4.1 安裝注意事項(xiàng)
節(jié)流式DPF的安裝要求包括管道條件、管道連接情況、取壓口結(jié)構(gòu)、節(jié)流裝置上下游直管段長(zhǎng)度以及差壓信號(hào)管路的敷設(shè)情況等。
安裝要求必須按規(guī)范施工,偏離要求產(chǎn)生的測(cè)量誤差,雖然有些可以修正,但大部分是無(wú)法定量確定的,因此現(xiàn)場(chǎng)的安裝應(yīng)嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定執(zhí)行,否則產(chǎn)生的測(cè)量誤差甚至無(wú)法定性確定。
關(guān)于節(jié)流裝置上下游直管段長(zhǎng)度的確定,是一個(gè)有爭(zhēng)議的問(wèn)題。由于進(jìn)行此項(xiàng)試驗(yàn)的各試驗(yàn)者條件的差異,以及誤差評(píng)定方法的不一致,試驗(yàn)結(jié)果存在分歧并不奇怪。國(guó)際上在80年代進(jìn)行了大規(guī)模的孔板流量計(jì)試驗(yàn),為ISO 5167的修訂打下基礎(chǔ)。修訂的主要內(nèi)容之一就是直管段長(zhǎng)度的修訂,以及流動(dòng)調(diào)整器的使用等。
以下我們按測(cè)量管、節(jié)流件以及差壓信號(hào)管路幾方面的安裝需要注意的事項(xiàng)分別進(jìn)行簡(jiǎn)介。
?、?
測(cè)量管及其安裝
測(cè)量管是指節(jié)流件上下游直管段,包括節(jié)流件夾持環(huán)及流動(dòng)調(diào)整器(如果使用時(shí)),典型的測(cè)量管如圖4.21所示。測(cè)量管是節(jié)流裝置的重要組成部分,其結(jié)構(gòu)及幾何尺寸對(duì)進(jìn)入節(jié)流件流體的流動(dòng)狀態(tài)有重要影響,所以在標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)測(cè)量管的結(jié)構(gòu)尺寸及安裝有詳細(xì)的規(guī)定。對(duì)于測(cè)量管及其安裝應(yīng)注意以下內(nèi)容:1)直管段管道內(nèi)徑的確定方法;2)直管段的直度和圓度;3)直管段的內(nèi)表面狀況;4)直管段的必要長(zhǎng)度;5)節(jié)流件夾持環(huán);6)流動(dòng)調(diào)整器。
圖4.21 測(cè)量管
直管段管道內(nèi)徑的確定如圖4.22所示。
具體要求如下。
1)上游 管徑:D=(D1+D2+D3+…+D12)/12在①②③平面處測(cè);
圓度:0.997 D≤D1,D2,…,D14,Dn≤1.003 D在①②③④平面處測(cè),其中n為保險(xiǎn)起見(jiàn),在③與④平面之間,追加的測(cè)量次數(shù)。
2)下游 對(duì)管徑只作一次檢查:0.97 D≤D15≤1.03 D。
3)對(duì)古典文丘里管 入口圓筒形直徑與D之差≤入口圓筒形直徑的±1%;
入口圓筒形直徑與D1,D2,D3…之差≤入口圓筒形直徑的±2%;
D15≥文丘里擴(kuò)散段出口端直徑的90%。
用于計(jì)算節(jié)流裝置直徑比的管道內(nèi)徑D值應(yīng)為上游取壓口的上游0.5D長(zhǎng)度范圍內(nèi)的內(nèi)徑平均值。由圖可見(jiàn),對(duì)內(nèi)徑確定的規(guī)定是很嚴(yán)格的,但是在現(xiàn)場(chǎng)由于種種原因,有時(shí)沒(méi)有按照要求進(jìn)行,而采取公稱通徑作為設(shè)計(jì)計(jì)算之用,這是不允許的。
直管段管道內(nèi)表面狀況對(duì)測(cè)量精確度的影響往往被忽略了。標(biāo)準(zhǔn)對(duì)管道內(nèi)詳細(xì)規(guī)定。在湍流狀況下光滑管與粗糙管的流速分布是不一樣的(見(jiàn)第2章)系數(shù)亦不相同。對(duì)于新安裝的管道應(yīng)選用符合粗糙度要求的管道,如果達(dá)不到要求采取措施,如加涂層或進(jìn)行機(jī)加工,以滿足之。但是儀表長(zhǎng)期使用后,由于測(cè)量介質(zhì)特性(腐蝕,粘結(jié),結(jié)垢等)作用,內(nèi)表面可能發(fā)生改變,應(yīng)定期檢查進(jìn)行清洗維護(hù)。
直管段長(zhǎng)度與阻流件類型及β值有關(guān),表4.5-表4.7示有標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的必要直管段長(zhǎng)度的規(guī)定。由表可見(jiàn),標(biāo)準(zhǔn)只提供若干典型阻流件類型的數(shù)值,并且指出這些數(shù)據(jù)的試驗(yàn)條件為進(jìn)入阻流件的流動(dòng)為充分發(fā)展管流,顯然這些條件在現(xiàn)場(chǎng)并非都能滿足的。前面我們已談過(guò),在這種情況下可采用流動(dòng)調(diào)整器解決。近年來(lái),國(guó)際上對(duì)流動(dòng)調(diào)整器的試驗(yàn)研究非常重視,取得許多重要成果,這些都將在ISO 5167新標(biāo)準(zhǔn)中得到反映。
表4.5 孔板與阻流件之間所要求的直管段長(zhǎng)度(無(wú)流動(dòng)調(diào)整器)(數(shù)值以管徑D倍數(shù)表示)
直徑比β |
孔 板 上 游 側(cè) (入口) |
|||||||||||||
單個(gè)90o彎頭 |
在同一平面上的兩個(gè)90o彎頭,S形狀 |
在同一平面上的兩個(gè)90o彎頭,S形狀 |
在垂直平面上的兩個(gè)90o彎頭,(30D≥S≥5D)① |
在垂直平面上的兩個(gè)90o彎頭,(5D>S)①② |
單個(gè)90o三通 |
單個(gè)45o彎頭在同一平面上的兩個(gè)45o彎頭,S形狀(S>22D)① |
||||||||
|
A |
B |
A |
B |
A |
B |
A |
B |
A |
B |
A |
B |
A |
B |
0.20 |
6 |
3 |
10 |
10 |
10 |
10 |
19 |
18 |
34 |
17 |
9 |
3 |
⑤ |
⑤ |
0.40 |
16 |
3 |
10 |
10 |
10 |
10 |
44 |
18 |
50 |
25 |
9 |
3 |
30 |
9 |
0.50 |
22 |
9 |
18 |
10 |
22 |
10 |
44 |
18 |
75 |
34 |
19 |
9 |
30 |
9 |
0.60 |
42 |
13 |
30 |
18 |
42 |
18 |
44 |
18 |
65 |
25 |
29 |
18 |
30 |
18 |
0.67 |
44 |
20 |
44 |
18 |
44 |
20 |
44 |
20 |
60 |
10 |
36 |
18 |
44 |
18 |
0.75 |
44 |
20 |
44 |
18 |
44 |
22 |
44 |
20 |
75 |
18 |
44 |
18 |
44 |
18 |
直徑比β |
孔 板 上 游 側(cè) (入口) |
孔板下游側(cè)(出口) |
||||||||||
漸縮管在1.5D到3D的長(zhǎng)度內(nèi)由2D變?yōu)?/span>D |
漸擴(kuò)管在D到2D的長(zhǎng)度內(nèi)由0.5D變?yōu)?/span>D |
全孔球閥或閘閥全開(kāi) |
對(duì)稱突縮管 |
溫度計(jì)套管或插口③直徑小于0.03D④ |
前面全部阻流件類型和密度計(jì)套管 |
|||||||
|
A |
B |
A |
B |
A |
B |
A |
B |
A |
B |
A |
B |
0.20 |
5 |
5 |
16 |
8 |
12 |
6 |
30 |
15 |
5 |
3 |
4 |
2 |
0.40 |
5 |
5 |
16 |
8 |
12 |
6 |
30 |
15 |
5 |
3 |
6 |
3 |
0.50 |
6 |
5 |
18 |
9 |
12 |
6 |
30 |
15 |
5 |
3 |
6 |
3 |
0.60 |
9 |
5 |
22 |
11 |
14 |
7 |
30 |
15 |
5 |
3 |
7 |
3.5 |
0.67 |
12 |
6 |
27 |
14 |
18 |
9 |
30 |
15 |
5 |
3 |
7 |
3.5 |
0.75 |
22 |
11 |
38 |
19 |
24 |
12 |
30 |
15 |
5 |
3 |
8 |
4 |
?、賁-兩個(gè)彎頭分隔的間距,從上游彎頭曲面部分的下游端到下游彎頭曲面部分的上游端的間距。
?、趷毫拥陌惭b條件,可能的話,采用流動(dòng)調(diào)整器。
③對(duì)于其他阻流件,溫度計(jì)套管的安裝不會(huì)變更其上游的最短直管段長(zhǎng)度。
?、墚?dāng)A欄和B欄分別增加到20D和10D時(shí),則可安裝溫度計(jì)套管的直徑為0.03D到0.13D。
⑤此處無(wú)數(shù)據(jù),用β=0.4的長(zhǎng)度足夠了。
注:1.對(duì)于β<0.2可以取β=0.2同樣的長(zhǎng)度。
2.最小直管段長(zhǎng)度是指孔板的上下游阻流件與孔板之間的長(zhǎng)度,該長(zhǎng)度是從最靠近的彎頭或三通的曲面部分下游末端或漸縮管和漸擴(kuò)管的錐管部分下游末端測(cè)量起。
3.本表中大多數(shù)彎頭其曲率半徑等于1.5D,但亦可用于任意曲率半徑的彎頭。
4.各種阻流件中A欄的長(zhǎng)度是指"零附加不確定度"的。
5.各種阻流件中B欄的長(zhǎng)度是指"0.5%附加不確定度"的。
表4.6噴嘴和文丘里噴嘴所要求的直管段長(zhǎng)度(無(wú)流動(dòng)調(diào)整器)(數(shù)值以管徑D倍數(shù)表示)
直徑比β |
噴嘴和文丘里噴嘴上游側(cè)(入口) |
下游側(cè)(出口) |
||||||||||||||||||||
單個(gè)90o彎頭或三通(流體僅從一個(gè)支管流出) |
在同一平面上的兩個(gè)或多個(gè)90o彎頭 |
在不同平面上的兩個(gè)或多個(gè)90o彎頭 |
漸縮管在1.5D到3D長(zhǎng)度由2D變?yōu)?/span>D |
漸擴(kuò)管在D到2D長(zhǎng)度內(nèi)由0.5D變?yōu)?/span>D |
球閥全開(kāi) |
全孔球閥或閘閥全開(kāi) |
對(duì)稱驟縮管 |
溫度計(jì)套管或插孔直徑小于0.03D |
溫度計(jì)套管或插孔直徑在0.03D和0.13D之間 |
前面阻流件(后3個(gè)除外) |
||||||||||||
|
A |
B |
A |
B |
A |
B |
A |
B |
A |
B |
A |
B |
A |
B |
A |
B |
A |
B |
A |
B |
A |
B |
0.20 |
10 |
6 |
14 |
7 |
34 |
17 |
5 |
|
16 |
8 |
18 |
9 |
12 |
6 |
30 |
15 |
5 |
3 |
20 |
10 |
4 |
2 |
0.25 |
10 |
6 |
14 |
7 |
34 |
17 |
5 |
|
16 |
8 |
18 |
9 |
12 |
6 |
30 |
15 |
5 |
3 |
20 |
10 |
4 |
2 |
0.30 |
10 |
6 |
16 |
8 |
34 |
17 |
5 |
|
16 |
8 |
18 |
9 |
12 |
6 |
30 |
15 |
5 |
3 |
20 |
10 |
5 |
2.5 |
0.35 |
12 |
6 |
16 |
8 |
36 |
18 |
5 |
|
16 |
8 |
18 |
9 |
12 |
6 |
30 |
15 |
5 |
3 |
20 |
10 |
5 |
2.5 |
0.40 |
14 |
7 |
18 |
9 |
36 |
18 |
5 |
|
16 |
8 |
20 |
10 |
12 |
6 |
30 |
15 |
5 |
3 |
20 |
10 |
6 |
3 |
0.45 |
14 |
7 |
18 |
9 |
38 |
19 |
5 |
|
17 |
9 |
20 |
10 |
12 |
6 |
30 |
15 |
5 |
3 |
20 |
10 |
6 |
3 |
0.50 |
14 |
7 |
20 |
10 |
40 |
20 |
6 |
5 |
18 |
9 |
22 |
11 |
12 |
6 |
30 |
15 |
5 |
3 |
20 |
10 |
6 |
3 |
0.55 |
16 |
8 |
22 |
11 |
44 |
22 |
8 |
5 |
20 |
10 |
24 |
12 |
14 |
7 |
30 |
15 |
5 |
3 |
20 |
10 |
6 |
3 |
0.60 |
18 |
9 |
26 |
13 |
48 |
24 |
9 |
5 |
22 |
11 |
26 |
13 |
14 |
7 |
30 |
15 |
5 |
3 |
20 |
10 |
7 |
3.5 |
0.65 |
22 |
11 |
32 |
16 |
54 |
27 |
11 |
6 |
25 |
13 |
28 |
14 |
16 |
8 |
30 |
15 |
5 |
3 |
20 |
10 |
7 |
3.5 |
0.70 |
28 |
14 |
36 |
18 |
62 |
31 |
14 |
7 |
30 |
15 |
32 |
16 |
20 |
10 |
30 |
15 |
5 |
3 |
20 |
10 |
7 |
3.5 |
0.75 |
36 |
18 |
42 |
21 |
70 |
35 |
22 |
11 |
38 |
19 |
36 |
18 |
24 |
12 |
30 |
15 |
5 |
3 |
20 |
10 |
8 |
4 |
0.80 |
46 |
23 |
50 |
25 |
80 |
40 |
30 |
15 |
54 |
27 |
44 |
22 |
30 |
15 |
30 |
15 |
5 |
3 |
20 |
10 |
8 |
4 |
①溫度計(jì)套管或插孔的配置不變更其他阻流件需要的上游最短直管段長(zhǎng)度。
注:1.最短直管段長(zhǎng)度是節(jié)流件上游或下游的各種阻流件與節(jié)流件之間的數(shù)值,全部直管段長(zhǎng)度從節(jié)流 件的上游端面測(cè)量起。
2.A欄為"零附加不確定長(zhǎng)度"的長(zhǎng)度值。
3.B欄為"0.5%附加不確定度"的長(zhǎng)度值。
4.有些節(jié)流件不是全部β值都允許采用的。
表4.7 經(jīng)典文丘里管所要求的直管段長(zhǎng)度(無(wú)流動(dòng)調(diào)整器)(數(shù)值以管徑D倍數(shù)表示)
直徑比β |
單個(gè)90o彎頭① |
在同一平面上或不同平面上的兩個(gè)或多個(gè)90o彎頭① |
漸縮管在2.3D長(zhǎng)度內(nèi)由1.33D變?yōu)?/span>D |
漸擴(kuò)管在2.5D長(zhǎng)度內(nèi)由0.67D變?yōu)?/span>D |
全孔球閥或閘閥全開(kāi) |
|||||
|
A |
B |
A |
B |
A |
B |
A |
B |
A |
B |
0.30 |
8 |
3 |
8 |
3 |
4 |
4 |
4 |
4 |
2.5 |
2.5 |
0.40 |
8 |
3 |
8 |
3 |
4 |
4 |
4 |
4 |
2.5 |
2.5 |
0.50 |
9 |
3 |
10 |
3 |
4 |
4 |
5 |
4 |
3.5 |
2.5 |
0.60 |
10 |
3 |
10 |
3 |
4 |
4 |
6 |
4 |
4.5 |
2.5 |
0.70 |
14 |
3 |
19 |
3 |
4 |
4 |
7 |
5 |
5.5 |
3.5 |
0.75 |
16 |
8 |
22 |
8 |
4 |
4 |
7 |
6 |
5.5 |
3.5 |
?、?彎頭的曲率半徑大于或等于管徑。
注:⒈最小直管段長(zhǎng)度是指經(jīng)典文丘里管上游各種阻流件與經(jīng)典文丘里管之間的長(zhǎng)度,直管段長(zhǎng)度是從最靠近(或僅有)的彎頭的曲面部分下游末端或漸縮管和漸擴(kuò)管的追面部分下游末端測(cè)量起,它直至經(jīng)典文丘里管上游取壓口的平面處。
?、哺髯枇骷嗀欄為"零附加不確定度"的長(zhǎng)度值。
⒊各阻流件B欄為"0.5%附加不確定度"的長(zhǎng)度值。
?、慈魷囟扔?jì)套管或插孔安裝于經(jīng)典文丘里管的上游,必須不大于0.13D并設(shè)置在文丘里管上游取壓口的上游至少4D處。
?、蹈鞣N阻流件或其他干擾件(如表中所示)或密度計(jì)套管應(yīng)設(shè)置于喉部取壓口平面下游至少4倍喉徑處,并不應(yīng)影響測(cè)量的準(zhǔn)確度。
(2)節(jié)流件的安裝
節(jié)流件安裝的垂直度、同軸度及與測(cè)量管之間的連接都有嚴(yán)格的規(guī)定。
1)垂直度 節(jié)流件應(yīng)垂直于管道軸線,其偏差允許在±1o之間。
2) 同軸度 節(jié)流件應(yīng)與管道或夾持環(huán)(采用時(shí))同軸。節(jié)流件的軸線與上下游側(cè)測(cè)量管軸線之間的距離(或稱偏心率)ec與取壓管軸線的平行分量ecl及垂直分量ecn應(yīng)滿足下式,此時(shí)流出系數(shù)C無(wú)附加不確定度
ecl≤0.0025D/(0.1+2.3β4) (4.3)
和 ecn≤0.005D/(0.1+2.3β4) (4.4)
如果ecl在式(4.5)范圍內(nèi),則流出系數(shù)C的不確定度應(yīng)算術(shù)相加±0.3%的附加不確定度
0.0025D/(0.1+2.3β4)≤ecl≤0.005D/(0.1+2.3β4) (4.5)
如果ec1和ecn在式(4.6)范圍,則認(rèn)為不符合標(biāo)準(zhǔn)文件(ISO 5167)的要求
ecl或ecn>0.005D/(0.1+2.3β4)
(4.6)
由式可見(jiàn),在中小口徑及大β值時(shí),安裝偏心率的要求是很嚴(yán)格的,ec的實(shí)際檢驗(yàn)很困難,應(yīng)由各連接件的配合公差來(lái)保證。
3)節(jié)流件前后測(cè)量管的安裝 離節(jié)流件2D以外,節(jié)流件與第一個(gè)上游阻流件之間的測(cè)量管,可由一段或多段不同截面的管子組成,其允許的臺(tái)階及附加不確定度如圖4.23所示。在離節(jié)流件上游側(cè)端面至少2D長(zhǎng)度的下游測(cè)量管上,下游管道內(nèi)徑與上游測(cè)量管的內(nèi)徑平均值之差,應(yīng)不超過(guò)內(nèi)徑平均值的±3%。若hs≤±0.3%D,則對(duì)流出系數(shù)可用參比條件下的精度。若hs≥±0.3%D,并且hs/D≤0.002×(Ls/D+0.4)/(0.1+2.3β4)和hs/D≤0.05式中β=d/D hs=D1-D
則對(duì)流出系數(shù)的精度應(yīng)附加±0.2%的不確定度。
圖4.23 管道臺(tái)階檢驗(yàn)
(3)差壓信號(hào)管路的安裝
差壓信號(hào)管路是指節(jié)流裝置與差壓變送器(或差壓計(jì))的導(dǎo)壓管路。它是DPF的薄弱環(huán)節(jié),據(jù)統(tǒng)計(jì)DPF的故障中引壓管路最多,如堵塞、腐蝕、泄漏、凍結(jié)、假信號(hào)等等,約占全部故障率的70%,因此對(duì)差壓信號(hào)管路的配置和安裝應(yīng)弓[起高度重視。
1)取壓口 取壓口一般設(shè)置在法蘭、環(huán)室或夾持環(huán)上,當(dāng)測(cè)量管道為水平或傾斜時(shí)取壓口的安裝方向如圖4.24所示。它可以防止測(cè)液體時(shí)氣體進(jìn)入導(dǎo)壓管或測(cè)氣體時(shí)液滴或污物進(jìn)入導(dǎo)壓管。當(dāng)測(cè)量管道為垂直時(shí),取壓口的位置在取壓位置的平面上,方向可任意選擇。不同溫度條件下取壓接頭的安裝方法如圖4.25所示。
圖4.24 取壓口位置安裝示意
圖4.25 在管道上安裝取壓接頭的方法
注:取壓空邊緣應(yīng)整齊,為直角或稍加倒圓,無(wú)毛刺、卷刃及其他缺陷
(a)溫度在426oC(800oF)以下;(b)溫度在426oC(800oF)以上,而且與二次元件之間距離較大;(c)當(dāng)要求滿角焊時(shí)可選此方案;(d)溫度在204oC(400oF)以下
2)導(dǎo)壓管 導(dǎo)壓管的材質(zhì)應(yīng)按被測(cè)介質(zhì)的性質(zhì)和參數(shù)確定,其內(nèi)徑不小于6mm,長(zhǎng)度最好在16mm以內(nèi),各種被測(cè)介質(zhì)在不同長(zhǎng)度時(shí)導(dǎo)壓管內(nèi)徑的建議值如表4.8所示。導(dǎo)壓管應(yīng)垂直或傾斜敷設(shè),起傾斜度不小于1:12,粘度高的流體,其傾斜度應(yīng)更增大。當(dāng)導(dǎo)壓管長(zhǎng)度超過(guò)30m時(shí),導(dǎo)壓管應(yīng)分段傾斜,并在最高點(diǎn)與最低點(diǎn)裝設(shè)集氣器(或排氣閥)和沉淀器(或排污閥)。正負(fù)導(dǎo)壓管應(yīng)計(jì)量靠近敷設(shè),防止兩管子溫度不同使信號(hào)失真,嚴(yán)寒地區(qū)導(dǎo)壓管應(yīng)加防凍保護(hù),用電或蒸汽加熱保溫,要防止過(guò)熱,導(dǎo)壓管中流體汽化會(huì)產(chǎn)生假差壓應(yīng)予注意。
表4.8 導(dǎo)壓管的內(nèi)徑和長(zhǎng)度 mm
導(dǎo)壓管長(zhǎng)度/mm |
<16000 |
16000~45000 |
45000~90000 |
導(dǎo)壓管直徑/mm |
|||
被測(cè)流體 |
|||
水、水蒸氣、干氣體 |
7~9 |
10 |
13 |
濕氣體 |
13 |
13 |
13 |
低、中粘度的油品 |
13 |
19 |
25 |
臟液體或氣體 |
25 |
25 |
|
3)差壓信號(hào)管路的安裝 根據(jù)被測(cè)介質(zhì)和節(jié)流裝置與差壓變送器(或差壓計(jì))的相對(duì)位置,差壓信號(hào)管路有以下幾種安裝方式。
被測(cè)流體為清潔液體時(shí),信號(hào)管路的安裝方式如圖4.26所示。
圖4.26 被測(cè)流體為清潔液體是,信號(hào)管路安裝示意
(a)儀表在管道下方;(b)儀表在管道上方;(c)垂直管道,被測(cè)流體為高溫液體
. 被測(cè)流體為清潔干氣體時(shí),信號(hào)管路的安裝凡是如圖4.27所示。
圖4.27 被測(cè)流體為清潔干氣體時(shí),信號(hào)管路安裝示意
(a)儀表在管道下方;(b)儀表在管道上方;(c)垂直管道,儀表在取壓口上方;(d)垂直管道,儀表在取壓口下方
被測(cè)流體為水蒸氣時(shí),信號(hào)管路的安裝方式如圖4.28所示。
圖4.28 被測(cè)流體為水蒸氣時(shí),信號(hào)管路安裝示意
(a)儀表在管道下方;(b)儀表在管道上方;(c)垂直管道,儀表在取壓口下方;(d)儀表在管道下方,同(a)圖,僅冷凝器安裝方式不同,可任意選用
被測(cè)流體為清潔濕氣體時(shí),信號(hào)管路的安裝方式如圖4.29所示。
圖4.29 被測(cè)流體為濕氣體時(shí),信號(hào)管路安裝示意(a),(b)
圖4.29 被測(cè)流體為濕氣體時(shí),信號(hào)管路安裝示意(c)-(f)
4. 標(biāo)準(zhǔn)和檢定規(guī)程
節(jié)流式DPF的標(biāo)準(zhǔn)在全部流量?jī)x表標(biāo)準(zhǔn)中應(yīng)該說(shuō)是最成熟且下的功夫是最大的了。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)第30技術(shù)委員會(huì)(TC30)自成立之日起(1947年)幾乎集中全部力量準(zhǔn)備制訂一部節(jié)流裝置國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)過(guò)30余年努力,終于在1980年頒布第一部節(jié)流裝置國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO 5167(1980)(最新的ISO5167(2003)),自標(biāo)準(zhǔn)正式頒布之日起就又緊張地準(zhǔn)備進(jìn)行修訂工作。一部標(biāo)準(zhǔn)在頒布之時(shí)即同時(shí)宣布開(kāi)始進(jìn)行修訂似乎并無(wú)先例。整個(gè)80年代國(guó)際上開(kāi)展大規(guī)??装辶髁坑?jì)研究試驗(yàn),為改善標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)基礎(chǔ)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。經(jīng)過(guò)多次討論會(huì)審查,ISO 5167新標(biāo)準(zhǔn)的草稿(CD文件)準(zhǔn)備在1999年7月美國(guó)丹佛(Denver)召開(kāi)的ISO/TC30/SC2會(huì)議審查通過(guò)為DIS(標(biāo)準(zhǔn)草案),該CD標(biāo)準(zhǔn)文件是一個(gè)全新的標(biāo)準(zhǔn),它與過(guò)去的標(biāo)準(zhǔn)有實(shí)質(zhì)性變化??墒菚?huì)議認(rèn)為尚有一些細(xì)節(jié)(不是主要問(wèn)題)需商榷,CD文件未能轉(zhuǎn)變?yōu)镈IS文件。
為使ISO 5167得到更好的貫徹,并滿足現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的需求,ISO近年還頒布了一系列節(jié)流裝置技術(shù)報(bào)告(TR),如ISO/TR9464:1998,ISO/TRl2767:1998,ISO/TR15377:1998和ISO/TR3313:1998等,這些技術(shù)報(bào)告拓展了ISO 5167的使用空間,給使用者提供探索問(wèn)題的指導(dǎo)。
節(jié)流式DPF國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的一個(gè)最大特點(diǎn)是它使檢測(cè)件--節(jié)流裝置結(jié)構(gòu)形式標(biāo)準(zhǔn)化了,這樣對(duì)節(jié)流裝置的試驗(yàn)研究就可以把全世界的科研成果匯聚一起,這是其他流量?jī)x表所不及的。
世界各國(guó)都根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)制訂本國(guó)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),我國(guó)自70年代起即致力于節(jié)流裝置國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和檢定規(guī)程的制訂,頒布了GB2624-81,JJG 267-82,JJG 311-83,JJG 621-89等,后來(lái)又修訂為GB/T 2624-93和JJG 640-94。