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摘要：介紹了楔形流量計的原理及應(yīng)用范圍，探討了楔形流量計對介質(zhì)雷諾數(shù)下限的要求；介紹了楔形流量計差壓值的確定方法；以實際案例為例，采用PresoFloWCal軟件對楔形流量計差壓值及壓損進(jìn)行計算。結(jié)合工程經(jīng)驗，對與楔形流量計配套使用的差壓變送器進(jìn)行選型，根據(jù)不同的工況，給出建議的安裝方式。
　　在石化裝置中，存在一些易結(jié)晶、黏稠、臟污、磨蝕、低雷諾數(shù)、含有懸浮物、高溫等工況的介質(zhì)，如原油、泥漿、煤焦油、廢水、瀝青、氯氣等，常用的流量計如孔板流量計、渦街流量計、電磁流量計等無法克服堵塞、低雷諾數(shù)、磨損、腐蝕等問題，故給設(shè)計選型帶來一些困擾。楔形流量計能夠有效克服上述惡劣工況，提供高性能的流量解決方案，取得了滿意的測量效果。
1原理及應(yīng)用范圍
　　楔形流量計結(jié)構(gòu)如圖1所示。當(dāng)流體流經(jīng)Ｖ形節(jié)流塊時，流通面積減小，流速增大，靜壓減小，從而產(chǎn)生靜壓差，而壓差的平方根與流量成正比，測得差壓即可測得管道中的流量［1］。楔形流量計采用“Ｖ”型體節(jié)流件，當(dāng)流體中含有雜質(zhì)或者固體時，容易從楔形下部流過，不會產(chǎn)生滯留，從而防止堵塞現(xiàn)象［2］。
　　楔形流量計通�？趶椒秶鸀镈N15～DN600，特殊口徑可至DN1200，壓力等級高至PN420，測量精度為±0.5％FS，可測量黏度高至3Pa·s的介質(zhì)。

　　楔形流量計對介質(zhì)雷諾數(shù)下限的要求，HG/T20507—2014《自動化儀表選型設(shè)計規(guī)范》6.2.4條規(guī)定：“含懸浮物的高黏度易結(jié)晶液體的流量、要求永久的壓力損失小、雷諾數(shù)小于500時，宜選用楔形流量計”［3］；已作廢的HG/T20507—2000《自動化儀表選型設(shè)計規(guī)定》3.2.1條規(guī)定：“含懸浮物的高黏度液體、蒸汽、氣體的流量測量、雷諾數(shù)大于500時可選用楔形流量計”；SH/T3005—2016《石油化工自動化儀表選型設(shè)計規(guī)范》中規(guī)定：“當(dāng)測量高黏度、低雷諾數(shù)（最低至500）的流體時，可選用楔形流量計”；已作廢的SH/T3005—1999《石油化工自動化儀表選型設(shè)計規(guī)范》中規(guī)定：“測量高黏度、低雷諾數(shù)（低至100）的流體，如原油、油漿、渣油、瀝青等，可選用楔式流量計”。
　　楔形流量計對介質(zhì)最低雷諾數(shù)的說法不一致，其中HG/T20507—2014與SH/T3005—2015對雷諾數(shù)的要求相悖。如ABB的FPD470系列、BaDgerMeter的Preso楔形流量計要求雷諾數(shù)下限值為500，大韓DHWM系列、捷達(dá)WM系列楔形流量計要求雷諾數(shù)下限值為300，當(dāng)雷諾數(shù)再低時流量系數(shù)發(fā)生變化，流體流量和差壓不再遵循平方根的關(guān)系，會影響測量準(zhǔn)確度。綜合上述產(chǎn)品信息，楔形流量計雷諾數(shù)下限取500。
2差壓值的計算
楔形流量計差壓值與流量的關(guān)系如下式所示：

　　式中：ΔP———差壓值，Kpa；qv———介質(zhì)工況下體積流量，M3/H；C———流量常數(shù)。
1）對于測量液體介質(zhì)，流量常數(shù)C見下式所示：

　　式中：N———單位轉(zhuǎn)換系數(shù)，N＝0.1264；KP———流量系數(shù)；D———楔形流量計內(nèi)徑，mm；Fa———材料熱膨脹系數(shù)，mm2/mm2；ρ———介質(zhì)密度，kg/M3。
　　楔形流量計的流量系數(shù)KP和流量計的口徑及楔塊比（H/D）有關(guān)，計算時可參考表1中Preso楔形流量計數(shù)據(jù)。

　　在實際使用過程中，因楔形流量計為非標(biāo)儀表，出廠時每臺儀表需經(jīng)過實際流體標(biāo)定，從而得出實際的流量系數(shù)，對原有計算時的差壓值進(jìn)行調(diào)整［4］。
2）對于測量氣體介質(zhì)，流量常數(shù)C見下式所示：

式中：Ｙ———?dú)怏w熱膨脹系數(shù)。
3）楔形流量計也可以測量蒸汽，但對于蒸汽介質(zhì)，建議采用噴嘴、渦街等其他形式的流量計進(jìn)行測量。
3壓損的計算
　　楔形流量計比孔板、Ｖ錐、噴嘴的壓力損失小，相同β值情況下幾種流量計壓損比較［5］如圖2所示。
　　將楔形流量計H/D換算成孔板流量計的β值，如楔形流量計H/D＝0.5與孔板β＝0.7070的節(jié)流面積比是一樣的［6］，詳見表2所列。

將換算完后的β值代入下式［6］中，即可得出楔形流量計的永久壓力損失。

式中：PPl———永久壓力損失，Kpa。

4應(yīng)用案例
　　某工況介質(zhì)為原料油，管道為DN250，壁厚為SH80，材質(zhì)為碳鋼，正常溫度為50℃，正常壓力為2.08Mpa，最大流量為196.4t/h，正常流量為178.6t/h，最小流量為125t/h，動力黏度為0.295Pa·s，介質(zhì)密度為943kg/M3，允許壓降為30Kpa。
因介質(zhì)黏稠，綜合比較各類型流量計后選用楔形流量計進(jìn)行測量，最大流量不超過滿量程的90％，因而圓整后最大量程選用220t/h，楔形流量計材質(zhì)選用316不銹鋼。使用BaDgerMeter的PresoFloWCalCＶ5.36軟件對此工況下的楔形流量計差壓值及壓損進(jìn)行計算。通過調(diào)整H/D的值得到合適的差壓值，確定H/D的值后即可確定等效的β值，得出永久壓力損失值。
　　該案例中的楔形流量計H/D選用0.3，流量系數(shù)KP為0.1854，在滿刻度220t/h的流量下差壓值為25.53Kpa，等效的β值為0.5023，在滿刻度流量下的永久壓力損失為11.99Kpa，滿足工藝的30Kpa壓力損失限制要求。
上述均為基于經(jīng)驗值的計算，可供設(shè)計選型參考，實際的流量系數(shù)仍需要經(jīng)過標(biāo)定后才可確定。
5楔形流量計的安裝
　　楔形流量計多用于介質(zhì)高黏度或者強(qiáng)腐蝕性等場合，常與毛細(xì)管式法蘭膜片密封式差壓變送器配套使用，差壓變送器與楔形流量計之間配備法蘭式切斷閥方便檢維修，對于高黏度的介質(zhì)還需配備沖洗環(huán)。
　　若儀表訂貨是在基礎(chǔ)工程設(shè)計階段時，建議帶隔離裝置的毛細(xì)管差壓變送器與楔形流量計成套訂貨，并采用一體式的安裝形式，將差壓變送器固定在楔形流量計上，避免過長的毛細(xì)管的長度影響測量精度或過短的毛細(xì)管長度影響安裝。在詳細(xì)工程設(shè)計階段時，需提相關(guān)安裝條件給配管專業(yè)，將楔形流量計安裝在便于維護(hù)的場合。
　　羅斯蒙特1199遠(yuǎn)傳膜片裝置采用D.C.704高溫硅油時介質(zhì)溫度上限是315℃［8］，EＪA118系列隔膜密封裝置允許介質(zhì)溫度上限是300℃［9］，當(dāng)介質(zhì)溫度過高采用上述帶毛細(xì)管遠(yuǎn)傳膜片式差壓變送器與楔形流量計配套使用時容易造成測量誤差。當(dāng)介質(zhì)高黏度且高溫時，楔形流量計的接管長度可選150mm，利用盲腸效應(yīng)進(jìn)行降溫，避免高溫傷及儀表及堵塞發(fā)生。
6結(jié)論
　　掌握楔形流量計差壓值的計算有利于指導(dǎo)設(shè)計選型，流量計直管段的要求與楔塊比有關(guān)系，根據(jù)確定的楔塊比提出流量計安裝要求；設(shè)計過程中應(yīng)根據(jù)具體工況選擇合適的安裝方式。楔形流量計在使用過程中運(yùn)行穩(wěn)定，維護(hù)量少，價格便宜［10］，有很大的應(yīng)用前景。

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