唐全勝

1 前言

威爾巴流量測(cè)量系統(tǒng)由一體化威爾巴傳感器、差壓變送器和流量積算儀等組成，采用差壓工作原理，與DCS系統(tǒng)一起進(jìn)行液體流量測(cè)量與控制（見(jiàn)圖1）。威爾巴流量傳感器形狀如子彈頭，符合流體動(dòng)力學(xué)原理，能產(chǎn)生精準(zhǔn)、穩(wěn)定的差壓信號(hào)，具有測(cè)量精度高、可靠性好等優(yōu)點(diǎn)，可測(cè)量氣體、液體、蒸汽和腐蝕性介質(zhì)等多種流體，適合測(cè)量各種尺寸的高溫高壓的圓形和矩形管道。

2 測(cè)量原理

圖1 一體化威爾巴流量傳感器

流體流過(guò)插入在工藝管道中的威爾巴流量傳感器時(shí)，在其前部（迎流方向）會(huì)產(chǎn)生一個(gè)高壓分布區(qū)，在其后部會(huì)產(chǎn)生一個(gè)低壓分布區(qū)，如圖2所示。傳感器在高壓區(qū)開(kāi)設(shè)有按一定規(guī)則排列的多對(duì)取壓孔（一般為三對(duì)），分別測(cè)量流體每點(diǎn)上的壓力，在流量傳感器端部迎流方向測(cè)得流體的全壓力即高壓值P1（包括每點(diǎn)的動(dòng)壓力又稱速度壓力和靜壓力的平均值）；低壓區(qū)的取壓孔在流量傳感器側(cè)壁（順流方向），僅測(cè)得流體的多點(diǎn)靜壓力的平均值，即低壓力值P2；將P1和P2分別引入差壓變送器，測(cè)量出差壓△P=P1-P2，故△P反映了流體平均速度壓力，即平均流速的大小，以此可推算出流體的流量。

3 特性分析

3.1 設(shè)計(jì)特點(diǎn)

3.1.1 特殊工藝的子彈頭形狀

威爾巴流量傳感器采用截面形狀如子彈頭形的探頭，結(jié)構(gòu)為一體化雙腔不銹鋼耐磨防腐金屬結(jié)構(gòu)，如圖2所示。高壓孔在探頭前部形成較高的高壓區(qū)，可阻止流體中的微粒進(jìn)入取壓孔洞；低壓孔位于探頭側(cè)后兩邊，在流體與探頭的分離點(diǎn)之前，可減少低壓孔被堵塞的可能性。在探頭前部金屬的表面，進(jìn)行了粗糙化處理。根據(jù)空氣動(dòng)力學(xué)原理，流體流過(guò)粗糙表面，會(huì)形成一個(gè)穩(wěn)定的紊流邊界層，有利于提高低流速狀態(tài)的測(cè)量精度。在低流速時(shí)，探頭仍可獲得穩(wěn)定精確的流體差壓信號(hào)，從而延伸了傳感器測(cè)量量程的下限，保持流量系數(shù)穩(wěn)定。

圖2 威爾巴流量傳感器測(cè)量原理分析圖解

3.1.2 顯著的防堵效果

威爾巴流量傳感器以其顯著的防堵效果，徹底解決了其他均速管插入式流量傳感器探頭易堵塞的問(wèn)題，使得均速管流量傳感器的防堵水平達(dá)到了一個(gè)嶄新的階段。

首先，威爾巴流量傳感器（探頭）的迎面高壓孔不會(huì)堵塞。在威爾巴流量傳感器剛投入運(yùn)行時(shí)，流體在管道靜壓作用下，開(kāi)始進(jìn)入探頭的高壓孔腔內(nèi)，猶如帶頸的瓶子放入水池灌滿水一樣，很快形成壓力平衡狀態(tài)。當(dāng)壓力平衡狀態(tài)形成后，流體不再進(jìn)入高壓孔，遇到進(jìn)口處的高壓會(huì)繞道而行，朝探頭的兩側(cè)分流漸開(kāi)離去，在探頭的后部形成一種渦流。一般情況下，顆粒雜質(zhì)在渦流牽引力的作用下，集中在探頭的后部。而低壓孔在探頭的兩側(cè)以及流體分離點(diǎn)和尾跡的前部，這樣可避開(kāi)雜質(zhì)聚集區(qū)，實(shí)現(xiàn)防堵效果，還可避開(kāi)渦流產(chǎn)生的信號(hào)波動(dòng)區(qū)，使威爾巴流量傳感器獲得一個(gè)穩(wěn)定的差壓信號(hào)，如圖3所示。

圖3 流體軌跡分布示意圖

3.2 威爾巴流量傳感器與孔板流量計(jì)比較

孔板流量計(jì)產(chǎn)生的壓損為所測(cè)量差壓值的60%，而威爾巴流量傳感器的永久壓損僅為差壓值的3%。

3.2.1 壓力損失比較

節(jié)流元件壓力損失所造成的功率損失：

式中：

W——功率損失

δ——節(jié)流件的壓損

Q——流經(jīng)節(jié)流件的流體體積流量

孔板流量計(jì)的壓力損失：

式中：

β——孔板孔徑比

△P——產(chǎn)生的壓差

δ——產(chǎn)生的壓損

威爾巴流量傳感器的壓力損失：

由以上公式可得，孔板流量計(jì)產(chǎn)生的差壓本身就比威爾巴流量傳感器產(chǎn)生的差壓大，同時(shí)，孔板流量計(jì)永久壓力損失也不可避免達(dá)到差壓的60%，而威爾巴流量傳感器由于阻流面積成倍減少，也使其永久壓力損失幾十倍的減少，只有壓差的3%。

3.2.2 安裝費(fèi)用比較

威爾巴流量傳感器的安裝只需要按照傳感器的不同規(guī)格尺寸進(jìn)行簡(jiǎn)單的焊接，與管道直徑的大小無(wú)關(guān)，而孔板流量計(jì)需要進(jìn)行兩倍于管道圓周的焊接。相比而言，威爾巴流量傳感器的安裝費(fèi)用降低了許多倍。例如，在DN100至DN1000的管道上安裝威爾巴流量傳感器，只需進(jìn)行100mm左右的焊接，而孔板流量計(jì)則需要進(jìn)行600～6 000mm的焊接。如果在大型管道上安裝孔板流量計(jì)，因重量問(wèn)題，需要用吊車等輔助設(shè)備進(jìn)行吊裝，而威爾巴流量傳感器則不需要。相比之下，威爾巴流量傳感器至少節(jié)約了80%以上的安裝費(fèi)用。根據(jù)安裝經(jīng)驗(yàn)，威爾巴流量傳感器只需15min開(kāi)孔，30min焊接安裝座，15min固定傳感器，整個(gè)過(guò)程≯1h，即使在不停產(chǎn)的情況下在線安裝，整個(gè)過(guò)程所花費(fèi)的時(shí)間也僅需1.5h左右。

3.2.3 威爾巴流量傳感器可在線安裝和檢修

對(duì)于部分無(wú)法停產(chǎn)安裝的測(cè)點(diǎn)和雜質(zhì)含量多的介質(zhì)，可選在線安裝型威爾巴流量傳感器。在威爾巴流量傳感器允許的流量、溫度、壓力及現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境（非易燃易爆場(chǎng)合）下，可在不停產(chǎn)狀態(tài)下進(jìn)行在線安裝、更換、清理和維護(hù)。

3.2.4 威爾巴流量傳感器測(cè)量范圍廣、應(yīng)用場(chǎng)所多

威爾巴流量傳感器可測(cè)量介質(zhì)為各種氣體（空氣、煤氣、天然氣等）、蒸汽、流體（水溶性等化學(xué)液體）等的滿管及單向流體的流量，適用各種尺寸的圓管和方管。威爾巴流量傳感器設(shè)計(jì)新穎，采用特殊工藝的一體化316L金屬材質(zhì)的雙腔子彈頭結(jié)構(gòu)，強(qiáng)度高，適于高溫、高壓、具有腐蝕性及防爆危險(xiǎn)等場(chǎng)所。

3.2.5 威爾巴流量傳感器精度高、量程比大

精度一般為±1%，重復(fù)性±0.1%，量程比10：1。管道連接型（VRB60型）威爾巴流量傳感器經(jīng)特殊處理后，量程比可達(dá)20：1?！?/p>