劉 暢

（中石油遼河油田公司沈陽(yáng)采油廠， 遼寧 沈陽(yáng) 110316）

V錐流量計(jì)是利用同軸安裝在管道中的V形圓錐體,它可將流體逐漸地節(jié)流收縮到管道的內(nèi)邊壁，通過測(cè)量V形錐體前后的差壓來測(cè)量流量[1]。差壓式流量計(jì)廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的流量計(jì)量中，在流量計(jì)量中發(fā)揮著重要作用[2,3]。經(jīng)過多年來的多次測(cè)試和應(yīng)用證明: 利用V錐流量計(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。

圖1 檢測(cè)段標(biāo)定0.7 m3標(biāo)準(zhǔn)罐Fig.1 0.7 m3 calibrated standard tank of detection period

1 V錐流量計(jì)標(biāo)定的意義及標(biāo)定流程

本文以液體為介質(zhì)對(duì)V錐流量計(jì)進(jìn)行了標(biāo)定試驗(yàn)及其誤差分析。為了更加準(zhǔn)確的對(duì)安裝現(xiàn)場(chǎng)所測(cè)介質(zhì)進(jìn)行測(cè)量，要保證測(cè)量檢測(cè)段的準(zhǔn)確性，就要在盡量減小誤差的基礎(chǔ)上，求出檢測(cè)段的初始參數(shù)，此參數(shù)的求得是在遼寧石油化工大學(xué)石油天然氣工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)室管道系統(tǒng)上電調(diào)試和調(diào)整進(jìn)行的。試驗(yàn)室使用設(shè)備如圖1和圖2所示。

圖2 檢測(cè)段標(biāo)定循環(huán)管線Fig.2 Calibrated circulating pipeline of detection period

V錐流量計(jì)的標(biāo)定試驗(yàn)裝置的工藝流程圖如圖3所示，該V錐的標(biāo)定試驗(yàn)采用地下水池中的潔凈水作為試驗(yàn)標(biāo)定介質(zhì)。在離心泵啟動(dòng)之前，把放水閥1和放水閥2全部打開，確定標(biāo)準(zhǔn)罐2內(nèi)無(wú)水再流到地下水池中，把放水閥2關(guān)閉；離心泵啟動(dòng)之后，試驗(yàn)室地下水池內(nèi)的水按照流程圖中的箭頭方向分別通過各個(gè)元件，進(jìn)行循環(huán)使用，以達(dá)到環(huán)保和節(jié)水的效果。

圖3 V錐標(biāo)定試驗(yàn)裝置工藝流程Fig.3 V-cone calibration process flow test device

2 V錐流量計(jì)的標(biāo)定原理

差壓式流量計(jì)的工作原理是：充滿管道的液體，當(dāng)它流經(jīng)管道內(nèi)的節(jié)流件時(shí)，流束將在節(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)壓差來衡量流量的大小。這種測(cè)量方法是以流體流動(dòng)的連續(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。

V錐流量計(jì)屬于差壓式流量計(jì)，其示意圖和內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4和圖5所示，V錐上游區(qū)域的流體壓力為P1，流體流經(jīng)V錐時(shí)，由于V錐的節(jié)流元件的作用使流體的流速加快并產(chǎn)生壓差，V錐下游區(qū)域的流體壓力為P2。使用智能差壓變送器測(cè)出P1和P2的壓差△P，并根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)罐體積及其灌滿水所用的時(shí)間求出單位時(shí)間內(nèi)的工況下的質(zhì)量流量，再通過差壓流量計(jì)的流量方程式求出流出系數(shù)。其計(jì)算公式[4]如下：

式中：qm—工況下標(biāo)定介質(zhì)的質(zhì)量流量，kg/s；

C—V錐的流出系數(shù)，無(wú)量綱量，C=實(shí)際流量/理論流量；

d—V錐節(jié)流件的最大外徑，m，d=0.045 m；

D—V錐流量計(jì)的管道內(nèi)徑,m, D =0.065 m；

β—直徑比[5]，無(wú)量綱，β=d/D；

ζ—標(biāo)定介質(zhì)的可膨脹系數(shù)[6,7]，若被測(cè)介質(zhì)為液體，則ζ=1，若被測(cè)介質(zhì)為氣體、蒸汽等可壓縮氣體，則ζ<1；

△P—P1、P2兩處取壓口的差壓，Pa,△P通過智能差壓變送器測(cè)量[8]；

ρ—流體在工況下的密度，kg/m3，20 ℃時(shí)水的密 ρ=998.203 kg/m3。

圖4 V錐流量計(jì)的標(biāo)定原理簡(jiǎn)圖Fig.4 The calibrated principle diagram of V-cone flowmeter

圖5 V錐流量計(jì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖Fig.5 V-cone flowmeter internal structure

表1 V錐流量計(jì)標(biāo)定試驗(yàn)主要數(shù)據(jù)Table 1 V-cone flowmeter calibration experiment primary data

3 V錐流量計(jì)標(biāo)定試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

在相同條件下，對(duì)V錐流量計(jì)（f89′12）在試驗(yàn)室的標(biāo)定系統(tǒng)上進(jìn)行了標(biāo)定研究。V錐流量計(jì)標(biāo)定試驗(yàn)程序的顯示界面如圖6所示。

在V錐流量計(jì)標(biāo)定試驗(yàn)過程中，標(biāo)準(zhǔn)罐2的標(biāo)準(zhǔn)容積為0.7 m3，主要數(shù)據(jù)的記錄如表1所示。

圖6 V錐流量計(jì)標(biāo)定數(shù)據(jù)控制窗口Fig.6 V-cone flowmeter calibration data control window

通過計(jì)算得到表1，對(duì)流出系數(shù)C進(jìn)行分析：

（1）流出系數(shù)C的算術(shù)平均值：C=1.0011886;

（2）流出系數(shù)C算術(shù)平均值的校核：

經(jīng)過校核計(jì)算，可以看出計(jì)算結(jié)果是正確的。

（3）流出系數(shù)C標(biāo)準(zhǔn)差的計(jì)算

別捷爾斯法（Peters）：

貝塞爾法（Bessel）：

（4）流出系數(shù)C算術(shù)平均值的標(biāo)準(zhǔn)差

別捷爾斯法（Peters）：

貝塞爾法（Bessel）：

4 結(jié) 論

（1）標(biāo)定方法簡(jiǎn)單易懂，數(shù)據(jù)處理嚴(yán)緊，為其他流量計(jì)的標(biāo)定提供了一定的依據(jù)。

（2）通過對(duì) V錐流量計(jì)標(biāo)定試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析計(jì)算表明該V錐流量計(jì)的精度達(dá)到了1%。因此利用V錐流量計(jì)可準(zhǔn)確計(jì)量蒸汽流量及干度，提高能量的利用率。

（3）此標(biāo)定方法可作為將來不同型號(hào) V錐流量計(jì)標(biāo)定的基礎(chǔ)，開展大流量，高壓差，高流速的誤差測(cè)量研究。

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