1 概述　　

 

    在工业生产过程检测和控制中，流量是一个十分重要的参数。流量测量的原理和方法很多，主要可以分为差压式、速度式、容积式和质量式四大类，而利用差压原理来测量流体流量是应用最为广泛的一种流量测量方法。传统的孔板、喷嘴和文丘利管等都是一种差压发生装置，但是，由于它们存在节流损失严重，安装检修的工作量大，测量精度不是很高等缺点，正在逐步被新的差压装置所取代。威力巴流量探头就是最近几年出现的新型差压发生装置，在流体流量测量中具有精度更高，节流更小，安装和维护更方便等优点，很快得以广泛应用。本文介绍了一种新型差压式流量探头，配以高性能的变送器和二次积算显示仪表，组成一套流量测量系统，进行运行试验，取得了很好效果。

 

    2 差压式流量测量系统的设计

 

    该系统由威力巴流量探头、差压变送器、压力变送器、温度元件和智能流量积算仪组成。如图1所示。

 

 

 

图1 流量测量系统

 

    由威力巴流量探头检测出管道内蒸汽流量的差压信号，经差压变送器转换为4～20mA电流信号，输入智能流量积算仪进行蒸汽流量的计算、显示和累计，压力变送器把管道内蒸汽的压力也转换为4～20mA电流信号，和温度元件测得的蒸汽温度信号一起，输入积算仪进行蒸汽的温度和压力补偿，使流量测量更加准确。

 

    其中，威力巴探头是该测量系统的核心部分，其性能指标直接关系到蒸汽流量计量的准确与否，是整套流量系统试验的重点；变送器和积算仪的性能同样影响流量的测量。

 

    3 威力巴探头的工作原理和性能特点

 

    威力巴探头是在阿牛巴的基础上发展起来的，是一只在高、低压区有按一定准则排布的多对取压孔、截面是子弹头形状的均速流量管，当流体流过探头时，在其前部产生一个高压分布区，高压分布区的压力略高于管道的静压。根据伯努利方程原理，流体流过探头时速度加快，在探头后部产生一个低压分布区，低压分布区的压力略低于管道的静压。通过检测高、低压分布区的压力差进而计算出流体流量。威力巴探头根据空气动力学原理设计而成，其截面形状如图2所示。

 

 

 

图2 探头截面

 

    与其它均速流量探头相比，独特的设计使得它具有优良的性能特点，大大提高了差压信号检测的稳定性和准确性：

 

    （1）子弹头截面形状的设计，使流体能产生精确的压力分布，固定的流体分离点；

 

    （2）探头迎流面设计成粗糙表面，使流体流过时形成了一个稳定的紊流边界层，减小了流体牵引力和涡街脱落力，提高了低流速时的测量精度；

    （3）低压取压孔位于探头侧后两边、流体分离点之前，远离涡流波动区域，可以生成稳定的差压信号，并且避开了探头后半部的杂质聚集区域，可有效防堵；

 

    （4）独有的高强度子弹头形单片双腔结构，使其内部成一体化结构，避免了信号渗漏，提高了探头结构强度，能够保持长期的高精度测量；

 

    （5）适用于气体、液体和蒸汽等各种介质，尤其对于蒸汽的流量测量具有比其他检测装置更优良的性能；

 

    （6）此外，威力巴探头还具有量程比宽，管道的永久性压力损失低，安装方便，基本免维护，使用寿命长等特点。

 

    4 安装使用注意事项

 

    （1）测量液体：威力巴在管道下方160°范围内安装；测量气体：威力巴在管道上方160°范围内安装；测量蒸汽：威力巴安装在管道下方；对垂直管道，可以在围绕垂直管道360°的任何方位安装威力巴，根据管径和介质情况选择单面或双面支撑。

 

    （2）当管道上、下游直管段不够长时，要在弯管后2倍管道直径处安装威力巴流量计。

 

    （3）为方便今后流量计的清洗和维护，应安装旁通管道。

 

    （4）若测量管道有振动，在流量计的两边应有固定的支座。

 

    （5）流量计安装的管道压力不能超过额定的最大工作压力。

 

    （6）当引压管泄漏，探头高压平衡区遭到杂质中较小的颗粒就有可能进入取压孔，当管道处于停产时，由于分子的布朗运动，小颗粒有可能进入取压管，因此要定期对探头进行清洗。

 

    （7）定期检查威力巴本体是否弯曲变形、阀门及连接法兰、接头是否泄漏、堵塞，可用铁丝疏通取压管路，更换法兰密封垫。

 

    （8）在测量气体和蒸汽时，测量精度会受到温度、压力变化的影响，因此要考虑进行补偿。

    （9）每一支威力巴探头使用前都需要根据流体条件进行差压、压力、结构强度分析，并根据计算出的差压来确定差压变送器的量程。

 

    5 配套仪表的选型及特点

 

    （1）积算仪的选型及特点

 

    我们选用了上海KENT公司的智能流量积算仪，其最大的特点体现在其丰富实用的功能上：

 

    1）显示及抄表功能：

 

    该积算仪除具有显示当前日期、时间及被测流体的瞬时流量、累计流量、差压、压力、温度等测量参数外，还可以根据用户的需要，设定自动抄表功能。利用此功能，可以查看一段时间（40天）内每天的累计流量，一段时间（30天）内每个整点累计流量，实现分班报表，定时抄表功能，这一特殊的功能对于本次试验分析威力巴流量计的运行情况起到了重要作用。

 

    2）特殊的补偿运算功能：

 

    该积算仪在测量蒸汽流量时，除了可以通过压力、温度值的输入信号进行蒸汽的密度自动补偿外，还具有在压力变送器、温度元件及变送器发生故障时，自动转入压力、温度的设定值进行补偿，从而可以减少补偿误差。此外还可以在仪表停电期间自动进行流量补偿并记录停电时间，为分析整个系统的测量和仪表运行情况提供依据。

 

    （2）变送器的选型及特点

 

    该套测量系统的变送器，我们选用了EJA差压和压力变送器，它采用单晶硅谐振式传感器，零点特性好，精度高，工作稳定，具有完善的自诊断功能，可以通过手操器进行远程参数设定操作和查看变送器的工作状态，是目前应用十分广泛、各种指标性能都很优异的新一代智能型变送器。

 

    6 结束语

 

    该套差压式流量测量系统在使用中运行稳定，测量的数据准确可靠，克服了传统的普遍使用的孔板、喷嘴等节流装置，节流损失严重、安装检修的工作量大、测量精度不是很高，尤其是磨损和边缘沉淀后精度急剧下降等缺点，是一种节能型的新型差压式测量装置。随着该系统进一步的发展和完善，由于其精度更高，节流更小，安装和维护更方便，相信会在许多领域逐步取代孔板的传统地位。