于金澤

（山東普洛得邦醫(yī)藥有限公司，山東 濰坊 262737）

0 引言

PRESO FLOWCALC是BADGER-METER公司開(kāi)發(fā)的工程軟件，可用于楔形、V錐、文丘里和皮托管流量計(jì)的設(shè)計(jì)計(jì)算[1]。軟件可以根據(jù)工況條件設(shè)置溫度壓力值，計(jì)算出各種流體的物性參數(shù)值，并根據(jù)所選的非標(biāo)節(jié)流件類(lèi)型計(jì)算出瞬時(shí)質(zhì)量流量（或體積流量）與實(shí)時(shí)差壓值之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

1 PRESO軟件

PRESO FLOWCALC軟件主要包括3大功能：1）非標(biāo)節(jié)流計(jì)算；2）PDF計(jì)算書(shū)預(yù)覽；3）PDF計(jì)算書(shū)比較。

1.1 非標(biāo)節(jié)流計(jì)算

非標(biāo)節(jié)流計(jì)算是軟件的核心功能，其主界面包括項(xiàng)目信息、流體信息、差壓流量計(jì)信息、管道信息、瞬時(shí)流量信息和計(jì)算結(jié)論[2]。

項(xiàng)目信息由節(jié)流裝置報(bào)價(jià)、工作編號(hào)和標(biāo)識(shí)號(hào)構(gòu)成，用戶根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用信息報(bào)告填寫(xiě)工程的基本信息，這些信息并不參與計(jì)算。流體信息包括流體類(lèi)型和具體流體名稱，如果選擇液體，則對(duì)應(yīng)的流體內(nèi)容包括：水、海水、笨、乙醇、乙二醇、液化天然氣、汞、甲醇、苯和苯烯，如果選擇其它則需要填寫(xiě)液體對(duì)應(yīng)的物性參數(shù)值，如密度和粘度值，并輸入液體名稱。如果選擇水蒸汽，則對(duì)應(yīng)的流體內(nèi)容包括：飽和水蒸汽和過(guò)熱水蒸汽。飽和水蒸汽只需要輸入工況溫度值或者工況壓力值，就可以自動(dòng)計(jì)算出其它參數(shù)，過(guò)熱水蒸汽則需要同時(shí)輸入工況溫度值和工況壓力值才能進(jìn)行計(jì)算。如果流體類(lèi)型選擇氣體，則對(duì)應(yīng)的流體內(nèi)容包括：氫氣、氧氣、二氧化碳等多種選項(xiàng)，如果選擇其它則需要填寫(xiě)氣體對(duì)應(yīng)的物性參數(shù)值，如密度、粘度、等熵指數(shù)和壓縮系數(shù)值，并輸入氣體名稱[3]。

圖1 PRESO FLOWCALC軟件界面圖Fig.1 Preso flowcalc software interface diagram

差壓流量計(jì)信息包括流量計(jì)類(lèi)型、系列型號(hào)和Beta值。流量計(jì)類(lèi)型包括文丘里、皮托管、楔形和V錐。針對(duì)文丘里包括CPL、SSL、SSM、CV和V-Brass幾種類(lèi)型。針對(duì)皮托管包括橢圓開(kāi)孔、圓形開(kāi)孔和其它開(kāi)孔幾種類(lèi)型，具體的型號(hào)又有不同的開(kāi)孔直徑可以選擇。楔形流量計(jì)有標(biāo)準(zhǔn)取壓和法蘭遠(yuǎn)程密封取壓兩種，Beta值有0.2、0.3、0.4、0.5、0.6和0.7可以選擇。V錐流量計(jì)Beta值可以填寫(xiě)0.4、0.5、0.6、0.7、0.8和自定義幾種。管道信息既可以填寫(xiě)標(biāo)準(zhǔn)的管路參數(shù)也可以自定義輸入，以獲得準(zhǔn)確的管道內(nèi)徑參與后面的節(jié)流計(jì)算。由于節(jié)流件和管道的機(jī)械尺寸隨著溫度發(fā)生變化，還需要選擇機(jī)械材料類(lèi)型[4]。

瞬時(shí)流量信息包括瞬時(shí)流量（質(zhì)量流量或體積流量）、工況壓力（絕對(duì)壓力或表壓）、工況溫度。需要注意的是，為了更好地滿足現(xiàn)場(chǎng)工況需求，達(dá)到更為準(zhǔn)確的計(jì)算結(jié)論，流量信息同時(shí)需要輸入最小值、常用值和最大值以覆蓋整個(gè)工況范圍。如果用戶選擇的流體類(lèi)型不是自定義，軟件可以自動(dòng)計(jì)算出相應(yīng)的密度、粘度、等熵指數(shù)、比熱容比和分質(zhì)量。計(jì)算結(jié)論部分包括雷諾數(shù)、差壓值、流量系數(shù)和Beta值。設(shè)計(jì)者正確填寫(xiě)流量范圍和流體類(lèi)型就能準(zhǔn)確地計(jì)算出對(duì)應(yīng)的差壓值，給現(xiàn)場(chǎng)的差壓變送器選型提供了理論依據(jù)，同時(shí)針對(duì)所選擇的非標(biāo)節(jié)流裝置類(lèi)型，可以準(zhǔn)確地計(jì)算出雷諾數(shù)范圍，以判斷是否符合所選節(jié)流裝置的雷諾數(shù)范圍要求[5]。

1.2 PDF計(jì)算書(shū)預(yù)覽

上述完成非標(biāo)節(jié)流計(jì)算以后，在PRESO FLOWCALC主界面上點(diǎn)擊VIEW就跳轉(zhuǎn)到PDF VIEW頁(yè)。計(jì)算書(shū)除了將前頁(yè)的信息打印輸出外，如圖2所示，列出基本公式便于二次表應(yīng)用計(jì)算。

圖2 節(jié)流裝置計(jì)算書(shū)Fig.2 Calculation book of throttling device

式中，N——單位轉(zhuǎn)換系數(shù)；

D——管道內(nèi)徑（mm）；

Q——瞬時(shí)流量（m3/h）；

P——壓力；

T——輸入溫度；

μ——粘度；

ρ——密度；

SG——比重；

Fa——熱膨脹系數(shù)；

Kp——PRESO K系數(shù)（流量系數(shù)）。

計(jì)算書(shū)大大簡(jiǎn)化了應(yīng)用難度，用戶只需要知道C值就可以了解瞬時(shí)流量與差壓值之間的計(jì)算關(guān)系。由于現(xiàn)場(chǎng)工況壓力和工況溫度變化不大，即流體的密度變化不大，多數(shù)情況下可以作為固定值參與二次表的計(jì)算，作為C值的一部分，便于后續(xù)計(jì)算。如果需要對(duì)物性參數(shù)做實(shí)時(shí)修正則將密度移出，做進(jìn)一步地計(jì)算處理[6]。

圖3 楔形COIN流量計(jì)實(shí)物圖Fig.3 The physical diagram of the wedge-shaped coin flowmeter

圖4 楔形COIN流量計(jì)多種流體狀態(tài)圖Fig.4 Multi-fluid state diagram of wedge-shaped coin flowmeter

2 楔形COIN流量計(jì)

2.1 功能

PRESO楔形流量計(jì)可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜工況下多種流體的計(jì)量，其精度高、性能可靠、堅(jiān)固耐用、操作簡(jiǎn)單，瞬時(shí)流量和工況壓差之間的平方根關(guān)系也便于二次表采集計(jì)算?？梢詼y(cè)量的介質(zhì)包括如下幾大類(lèi)：清潔的液體、高粘度流體、蒸汽、泥漿、腐蝕流體和氣體/空氣。粘度達(dá)到3000mPaS的流體也不影響楔形的測(cè)量準(zhǔn)確度。流量系數(shù)保持較高的重復(fù)性，在雷諾數(shù)情況下，依舊可以進(jìn)行測(cè)量。這使得楔形流量計(jì)非常適合傳統(tǒng)計(jì)量上難以實(shí)現(xiàn)的應(yīng)用，如燃油、廢料水、煤焦油、鐵礦、石油等[7]。

2.2 計(jì)算公式

根據(jù)伯努利定理（能量平衡和連續(xù)性方程），工況壓差等效瞬時(shí)質(zhì)量或體積流量，為計(jì)量不同的流量范圍，制定了不同的高度（H）/直徑（D）比。楔形流量計(jì)可以解決最困難的流量測(cè)量應(yīng)用，以得到精確、可靠的測(cè)量結(jié)果。操作簡(jiǎn)單，適用于任何液體；長(zhǎng)壽命，無(wú)需維護(hù)；不堵塞；上下游直管段要求低；壓力損失小。

圖5 楔形COIN流量計(jì)多種流體狀態(tài)圖Fig.5 Multi-fluid state diagram of wedge-shaped coin flowmeter

楔形適用于磨損及腐蝕流體，多相流、高粘度污染流體，以及清潔的液體、水蒸汽和氣體。PRESO FLOWCALC給出了楔形流量的經(jīng)驗(yàn)公式如下：

1）液體：

2）氣體：

3）水蒸汽：

式中，ΔP——差壓值；

GPM——瞬時(shí)流量每分鐘加侖數(shù)；

SCFM——瞬時(shí)流量標(biāo)準(zhǔn)立方英尺每分鐘；

ACFM——瞬時(shí)流量實(shí)際立方英尺每分鐘；

Lbs/Hr——磅每小時(shí)；

C1——流量系數(shù)；

K——流量修正系數(shù)；

Di——管道內(nèi)徑英寸；

Fa——可膨脹系數(shù)；

圖6 節(jié)流裝置壓損對(duì)比圖Fig.6 Comparison diagram of pressure loss of throttle device

Tf——流體溫度；

Pf——流體壓力磅/平方英寸；

SGF——工況比重；

SGS——標(biāo)況比重。

以楔形流量計(jì)計(jì)算為例，針對(duì)不同流體，不同管徑，不同Beta值參與計(jì)算，可以得到上述的經(jīng)驗(yàn)表格，這樣大大方便了使用者的選型，如流體介質(zhì)為空氣，管徑6inch，選擇COIN-3 H/D值為0.4，則差壓典型值為6400（單位為：100H2O）。

2.3 壓損計(jì)算

差壓式流量裝置計(jì)算過(guò)程中，壓力損失的大小是一項(xiàng)很重要的技術(shù)指標(biāo)，直接關(guān)系著差壓節(jié)流件的選型。開(kāi)孔過(guò)小，瞬時(shí)流量對(duì)應(yīng)差壓值增大，提高測(cè)量精度，但壓力損失增加，造成能源的浪費(fèi)；開(kāi)孔過(guò)大，壓力損失減小，但瞬時(shí)流量對(duì)應(yīng)的差壓值減小，影響流量計(jì)的實(shí)時(shí)測(cè)量準(zhǔn)確度。不同類(lèi)型的差壓節(jié)流件類(lèi)型也各有不同，以適應(yīng)不同的工況需求。如圖6所示，等效Beta值下，孔板壓損＞V錐壓損＞噴嘴壓損＞楔形壓損。顯而易見(jiàn)，COIN楔形流量計(jì)的壓損是最小的，相同情況下，其現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的能效比是最高的。

PRESO FLOWCALC軟件給出了COIN楔形流量計(jì)壓損的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式：

1）液體：

2）氣體：

3）水蒸汽：

3 結(jié)論

PRESO FLOWCALC軟件可以用于工程的非標(biāo)節(jié)流件設(shè)計(jì)，軟件可以自動(dòng)更新版本，支持楔形、V錐、文丘里和皮托管4種差壓流量計(jì)的設(shè)計(jì)計(jì)算，可以實(shí)現(xiàn)PDF格式計(jì)算書(shū)的導(dǎo)出和導(dǎo)入，根據(jù)設(shè)計(jì)的流量范圍計(jì)算出對(duì)應(yīng)的差壓范圍，便于選型和設(shè)計(jì)；同時(shí)，軟件可以計(jì)算出雷諾數(shù)范圍，壓力損失，當(dāng)設(shè)計(jì)輸入的參數(shù)超量程時(shí)，會(huì)根據(jù)具體情況作出告警或錯(cuò)誤原因提示，設(shè)計(jì)過(guò)的計(jì)算書(shū)可以作為例子供以后的應(yīng)用參考。