徐向輝

（天津辰力工程設(shè)計(jì)有限公司，天津300400）

在火力發(fā)電廠鍋爐裝置中，通常在一次風(fēng)機(jī)、二次風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、返料風(fēng)機(jī)管線上設(shè)置流量測(cè)量和調(diào)節(jié)裝置，用于調(diào)節(jié)爐膛的風(fēng)量，為制粉系統(tǒng)提供攜帶煤粉的風(fēng)，增加含氧量使燃燒更充分，同時(shí)維持爐膛壓力保證爐膛安全，流量的控制影響燃料的燃燒效率及爐膛安全，因而選擇合適的流量測(cè)量裝置很重要。風(fēng)道管線特點(diǎn)：操作壓力低，要求采用的流量計(jì)壓損很小；為了方便制作，安裝風(fēng)管通常都是矩形的，且風(fēng)管的規(guī)格都很大，流量計(jì)采用插入式；二次風(fēng)管配置空間小，要求流量計(jì)直管段非常?。环盗巷L(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)風(fēng)管內(nèi)有粉塵，為防堵需吹掃。鑒于以上特點(diǎn)，風(fēng)管流量測(cè)量不宜采用孔板、彎管、噴嘴、轉(zhuǎn)子、渦街等常規(guī)流量計(jì)。

寶豐余氣發(fā)電項(xiàng)目中的一次風(fēng)機(jī)、二次風(fēng)機(jī)、返料風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)干、支管線上都設(shè)置了流量檢測(cè)，操作壓力最大的為60kPa，允許壓損為200Pa，除返料風(fēng)機(jī)管線（規(guī)格DN300）為圓管外，其他均為矩形管道，最大規(guī)格為2 500mm×2 800mm。針對(duì)工藝條件和風(fēng)道管線特點(diǎn)，采用了防堵耐磨型多點(diǎn)多重文丘里流量計(jì)外形如圖1所示。

圖1 防堵耐磨型多點(diǎn)多重文丘里流量計(jì)外形

下面結(jié)合在項(xiàng)目中的應(yīng)用，介紹多點(diǎn)多重文丘里流量計(jì)的特點(diǎn)、工作原理、結(jié)構(gòu)形式、安裝、使用維護(hù)及選型。

1 工作原理

根據(jù)伯努里方程和流體動(dòng)力學(xué)原理，當(dāng)流體流過喉徑管時(shí)，通過收縮口喉部流向擴(kuò)散角，經(jīng)過兩次擴(kuò)散角的擴(kuò)散抽吸作用，喉部的流體流速產(chǎn)生了整流放大，極大地提高了喉部流體的流速，使喉部的靜壓明顯下降，這樣文丘里管全壓孔所測(cè)得的壓強(qiáng)與多喉徑管喉部所測(cè)得的負(fù)壓壓強(qiáng)之間的差壓得到放大。流量越大，所產(chǎn)生的差壓值越大，通過測(cè)量差壓的方法，可以測(cè)得管道的流量。多點(diǎn)多重文丘里流量計(jì)測(cè)量原理如圖2所示。

圖2 多點(diǎn)多重文丘里流量計(jì)測(cè)量原理

由伯努里方程可得a，b兩點(diǎn)的壓力分別為

由式（2）－式（1）得到差壓Δp：

式中：pa——a點(diǎn)壓力，kPa；pb——b點(diǎn)壓力，kPa；p靜——靜壓，kPa；Δp——差壓，kPa；va——a點(diǎn)流速，m／s；vb——b點(diǎn)流速，m／s；ρ——工作狀態(tài)下流體密度，kg／m3。

結(jié)合實(shí)際工況狀態(tài)下的管徑、介質(zhì)密度等相關(guān)參數(shù)的計(jì)算，得到如下實(shí)用流量方程：

圓形管道質(zhì)量（體積）流量方程：

矩形管道質(zhì)量（體積）流量方程：

式中：qm——流體的質(zhì)量流量，t／h；qV——流體的體積流量，m3／h；k1——管道系數(shù)；a0——流量系數(shù)；D0——圓形管道內(nèi)徑，mm；B1——矩形管道內(nèi)徑寬度，mm；H1——矩形管道內(nèi)徑高度，mm；ρ1——工作狀態(tài)下流體密度，kg／m3。

2 結(jié)構(gòu)形式

文丘里管系列流量計(jì)可用于圓形管道和矩形管道的流量測(cè)量，其安裝形式主要有插入式、整體式。在配置上分為基本配置（需額外單獨(dú)配根部閥、三閥組和差壓變送器）和一體化配置。

防堵型多點(diǎn)多重文丘里管（多喉徑）流量計(jì)主要由一組防堵型全壓管和一組多喉徑管組成，將測(cè)量點(diǎn)變?yōu)橐唤M，采用多個(gè)全壓管和多喉頸管取壓的多點(diǎn)測(cè)量方式，由原來的單點(diǎn)測(cè)量變?yōu)楝F(xiàn)在的多點(diǎn)面測(cè)量方式，該結(jié)構(gòu)形式，不僅具有良好的防堵性能，而且還獲得高差壓倍率的效果。

3 特 點(diǎn)

多點(diǎn)多重文丘里流量計(jì)采用多點(diǎn)多喉徑取壓，對(duì)比傳統(tǒng)文丘里及其他節(jié)流元件有如下特點(diǎn)：

1）運(yùn)用范圍廣?？捎糜跍y(cè)量干燥氣體、潮濕氣體、液體或蒸汽介質(zhì)，不受介電常數(shù)限制。對(duì)于高溫、腐蝕的介質(zhì)，采用特殊的傳感器材料；對(duì)于具有高密度的塵埃物質(zhì)，可以使用在線吹掃裝置，以保障多種工況下的靈活運(yùn)用。

2）輸出差壓高。在動(dòng)壓測(cè)量過程中，全壓不變時(shí)，利用多喉徑管的抽吸作用，使負(fù)壓降到很低，極大地提升差壓范圍，在相同的工況條件下，其差壓值可以達(dá)到巴類流量計(jì)的3倍以上，因此可以測(cè)量其他差壓流量?jī)x表無法測(cè)量的低流速氣流。在大口徑、低靜壓、低壓損條件下的流量測(cè)量中，其優(yōu)點(diǎn)尤其突出。

3）差壓信號(hào)穩(wěn)定、無脈動(dòng)。經(jīng)過喉徑和取壓環(huán)的整流作用，最大限度地消除脈動(dòng)信號(hào)。

4）管道動(dòng)力損失?。▔簱p小）。流線型傳感器的設(shè)計(jì)滿足了壓損小和差壓大的要求，壓損可忽略不計(jì)。

5）精度高。改進(jìn)型傳感器在取壓點(diǎn)的設(shè)計(jì)上有較大改進(jìn)，由原來的線測(cè)量擴(kuò)充為面測(cè)量，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)測(cè)試，在相當(dāng)短的直管段下也能達(dá)到較高的精度（±1或更高的精度）。

6）直管段要求較低。多點(diǎn)多喉徑的取壓形式，有效地平衡了管道內(nèi)的流體壓力均勻程度，在直管段為前1D，后為0.5D的情況下，也可以獲得較為滿意的測(cè)量結(jié)果，對(duì)測(cè)量直管段很短的二次風(fēng)的意義很大。

7）防堵性能強(qiáng)。改進(jìn)型傳感器在取壓孔徑、取壓孔方向等部分做了較大改進(jìn)，極大增強(qiáng)了產(chǎn)品的防堵性能，實(shí)現(xiàn)了免吹掃，免維護(hù)。

8）安裝工作量小。該流量計(jì)只需在管道上開一孔，然后將探頭套管與管道進(jìn)行焊接，基本完成了現(xiàn)場(chǎng)安裝，體積小、安裝方便。

4 安 裝

插入式文丘里管流量裝置的安裝位置直接影響其測(cè)量結(jié)果，故要求選擇最佳安裝位置。確定安裝位置后，按要求沿管道軸線方向開一個(gè)或多個(gè)方孔，再將法蘭安放到大管道矩形長(zhǎng)方孔上并焊接，施焊時(shí)注意法蘭盤對(duì)稱軸線與管道軸線平行，并確保插入式文丘里管流量測(cè)量裝置插入管道的中心處或通過并垂直管道中心軸線，其全壓測(cè)量管必須正對(duì)流速方向安裝。安裝時(shí)，盡量避免管道阻力件對(duì)流量測(cè)量的影響，盡量避開彎管、閥門等構(gòu)件在管道中行程的渦流區(qū)。

為保證焊接不變形，安裝時(shí)不應(yīng)拆開法蘭，需進(jìn)行整體安裝，并緊固螺栓，確保密封性。垂直管道上，插入式文丘里系列流量測(cè)量裝置可以在管道的任一水平角度插入管內(nèi)；在水平管道上，插入式文丘里系列流量測(cè)量裝置最好從管道的垂直方向插入管內(nèi)，亦可水平方向插入管內(nèi)。

5 選 型

文丘里管流量計(jì)的選型，直接影響到測(cè)量精度，這主要與檢測(cè)點(diǎn)數(shù)量有很大關(guān)系，同時(shí)需考慮管道尺寸、直管段長(zhǎng)度等因素。通?？砂聪旅嬖瓌t選型：管道公稱尺寸為200～1 000mm時(shí)，檢測(cè)點(diǎn)為6點(diǎn)；管道公稱尺寸為1 000～2 000mm時(shí)，檢測(cè)點(diǎn)為12點(diǎn)；管道公稱尺寸為2 000～4 000mm時(shí)，檢測(cè)點(diǎn)為18點(diǎn)；管道公稱尺寸為4 000～5 000mm時(shí)，檢測(cè)點(diǎn)為24～36點(diǎn)。以上選型原則供設(shè)計(jì)參考，最終還需供貨商核實(shí)確認(rèn)。

6 結(jié)束語

多點(diǎn)多重文丘里管流量計(jì)具有優(yōu)異技術(shù)性能，非常適合大流量、大口徑、低壓損、防堵、安裝空間有限的風(fēng)管場(chǎng)合，高溫、強(qiáng)腐蝕性測(cè)量等計(jì)量場(chǎng)合也都具有獨(dú)特的計(jì)量?jī)?yōu)勢(shì)。筆者結(jié)合實(shí)際應(yīng)用對(duì)多點(diǎn)多重文丘里流量計(jì)做了總結(jié)，為相似場(chǎng)合流量測(cè)量裝置的選擇提供了一種借鑒，供大家參考。

［1］陸德民，張振基，黃步余.石油化工自動(dòng)控制設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.3版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000.

［2］中國(guó)寰球化學(xué)工程公司，中國(guó)五環(huán)化學(xué)工程公司.HG／T 20507—2000自動(dòng)化儀表選型設(shè)計(jì)規(guī)定［S］.北京：全國(guó)化工工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)編輯中心，2000.

［3］郭永濤，巴忠惠，龐世強(qiáng).內(nèi)文丘里管流量計(jì)及應(yīng)用［J］.計(jì)量與測(cè)試技術(shù)，2010，37（01）：30－32.

［4］李連科，王漢卿，龐世強(qiáng).內(nèi)文丘里管流量計(jì)［J］.儀器儀表學(xué)報(bào)，2001（06）：30－31.

［5］梁國(guó)偉，蔡武昌.流量測(cè)量技術(shù)及儀表［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

［6］王海軍.文丘里管射流裝置的結(jié)構(gòu)及工作原理［J］.西南科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，19（02）：41－44.

［7］唐力南，魏卓，王解生，等.防堵耐磨型多點(diǎn)多重文丘里流量測(cè)量裝置：中國(guó)，200920143965［P］.2009－07－29.

［8］陳燁.雙文丘里管在煙氣流量測(cè)量中的應(yīng)用［J］.干燥技術(shù)與設(shè)備，2012，10（05）：45－49.

［9］李浙齊，田穎，傅杰.談節(jié)流式流量計(jì)的測(cè)量原理［J］.化工高等教育，2012（05）：82－84.

［10］張強(qiáng)，徐英，張濤.基于長(zhǎng)喉徑文丘里管的雙差壓濕氣流量測(cè)量［J］.天津大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，45（02）：147－153.

［11］孫淮清，王建中.流量測(cè)量節(jié)流裝置設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.2版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

［12］唐力南，魏卓，王解生，等.防堵耐磨型多點(diǎn)多重文丘里流量測(cè)量裝置：中國(guó)，200920143965［P］.2009－07－29.