流量計(jì)直管段適用長(zhǎng)度與安裝施工方法
表 | 1 | 流量計(jì)前直管段長(zhǎng)度的一般要求 | |||||
( | 彎,無(wú)流動(dòng)調(diào)整器) | ||||||
90° | |||||||
種 | 類 | 1) | 1) | ||||
前直管段長(zhǎng)度 | 后直管段長(zhǎng)度 | ||||||
容積式流量計(jì) | 0 | 0 | |||||
科里奧利質(zhì)量流量計(jì) | 0 | 0 | |||||
電磁流量計(jì) | 5 | 3 | |||||
線性孔板流量計(jì) | 6 | 3 | |||||
渦輪流量計(jì) | 20 | 5 | |||||
渦街流量計(jì) | 20 | 5 | |||||
超聲流量計(jì) | 20 | 5 | |||||
標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì) | 2) | 2) | |||||
6~44 | 2~4 | ||||||
標(biāo)準(zhǔn)噴嘴流量計(jì) | 2) | 2) | |||||
10~46 | 4~8 | ||||||
注:)管道內(nèi)徑的倍數(shù); | |||||||
1 | 有關(guān)。 | ||||||
)與直徑比 | |||||||
2 | β | ||||||
2)流量計(jì)上游引發(fā)流場(chǎng)畸變的管件(或阻流件)不同,對(duì)直管段長(zhǎng)度的要求也不同。表2列出標(biāo)準(zhǔn)孔板完整的直管段要求。表2中的數(shù)據(jù)是研究者根據(jù)一百多年對(duì)孔板流量計(jì)試驗(yàn)研究歸納總結(jié)得到的,因此既全面又可靠。
3、直管段長(zhǎng)度不夠?qū)y(cè)量結(jié)果的影響:
總的來(lái)說(shuō),直管段長(zhǎng)度不夠時(shí)流量測(cè)量不確定度相應(yīng)增大,但是增大多少以及由此引起的附加誤差是正向還是負(fù)向,需要具體分析。到目前為止,只有個(gè)別類型的流量計(jì)有人做過(guò)為數(shù)不多的試驗(yàn),得到了一些零星的數(shù)據(jù)。
圖1所示是日本富士公司提供的單聲道外夾式超聲流量計(jì)上游直管段長(zhǎng)度不夠引起的附加誤差曲線[8]。從曲線形狀分析,上游彎頭應(yīng)是在***不利的方位,如果上游彎頭在有利的方位(彎頭與聲道在同一個(gè)平面),附加誤差應(yīng)當(dāng)小得多。
圖1 單聲道外夾式超聲流量計(jì)上游直管段長(zhǎng)度不夠引起的附加誤差曲線
圖2所示是美國(guó)丹尼爾公司(Daniel)和諾娃公司(NOVA)所做的標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)上游直管段長(zhǎng)度不夠引起的附加誤差曲線[9],從圖中的數(shù)據(jù)分析,被試差壓裝置應(yīng)是環(huán)室取壓,如果是2.54cm(1in)法蘭取壓或徑距取壓,附加誤差要大得多。
圖2前直管段長(zhǎng)度對(duì)孔板流出系數(shù)的影響
注:上游不同阻流件(無(wú)流動(dòng)調(diào)整器)對(duì)β=0.5的孔板流量計(jì)的影響如果是徑距取壓,由于上游彎頭與取壓口之間相互位置的不同,會(huì)有三種不同的結(jié)果:
1)當(dāng)取壓口處于彎管的外圈時(shí),流出系數(shù)趨小,引起正向附加誤差,如圖3所示。
圖3 取壓口處于外圈
2)當(dāng)取壓口處于彎管內(nèi)圈時(shí),流出系數(shù)趨大,引起負(fù)向附加誤差,如圖4所示。
圖4 取壓口處于內(nèi)圈
3)當(dāng)取壓口處于與彎管所在的平面垂直時(shí),流出系數(shù)的偏移應(yīng)比前兩種情況小得多,如圖5所示。
圖5 取壓口與90°彎垂直
因此,在確定取壓口方位時(shí),應(yīng)考慮***有利的方案。在上面的分析中,直管段長(zhǎng)度不夠引起的附加誤差幅值還與節(jié)流件的直徑比β有關(guān),其中β較小時(shí),相同的直管段倍數(shù)引起的附加誤差要小一些。
表2 | 無(wú)流動(dòng)調(diào)整器情況下孔板與管件之間所需的直管段 | [7] | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
( | ) | 孔板下游 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
孔板的上游 入口 側(cè) | ( | ) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
出口 側(cè) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
單 個(gè) | 90° | 同 一 個(gè) 平 | 同 一 平 面 | 單 個(gè) | 45° | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
直徑 | 互 成 垂 直 | 互 成 垂 直 | 帶 或 不 帶 | 彎頭 | 同心漸縮管 | 同 心 漸 擴(kuò) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
彎頭 | 面上 2 個(gè) | 上2個(gè)90° | 溫 度 計(jì) 插 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
比β | 平 面 上 2 | 平 面 上 2 | 延 伸 部 分 | 同 一 平 面 | ( | ( | 全 孔 球 閥 | ( | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
任 一 平 面 | 90°彎頭 | 彎頭 | 在1.5D~ | 管 在D~ | 突 然 對(duì) 稱 | 3) | 管件 2~11 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
個(gè)90°彎頭 | 個(gè)90°彎頭 | 的單個(gè)90° | 上2個(gè)45° | 3D 長(zhǎng)度內(nèi) | 2D 長(zhǎng)度內(nèi) | 或 閘 閥 | 套或套管 | 欄)和密度 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
上2個(gè)90° | S形結(jié)構(gòu) | S形結(jié)構(gòu) | 收縮 | 直 徑 | = | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
( | ( | 由2D變?yōu)?/td> | 由0.5D 變 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
彎頭 | ( | 1) | 30D =S | 5D | > | 三 通 斜 接 | 彎頭 | 全開(kāi) | 4) | 計(jì)套管 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
30D =S | (10D=S) | 1) | 1),2) | ( | 1) | ) | ) | 0.03D | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1) | 1) | ) | ) | 90°彎頭 | ) | D | 為D | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
( | =5D | S | S=2D | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
) | ) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
S>30D | >10D | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
— | 5) | 6) | 5) | 6) | 5) | 6) | 5) | 6) | 5) | 6) | 5) | 6) | 5) | 6) | 5) | 6) | 5) | 6) | 5) | 6) | 5) | 6) | 5) | 6) | 5) | 6) | |||||||||||||||||||
A | B | A | B | A | B | A | B | A | B | A | B | A | B | A | B | A | B | A | B | A | B | A | B | A | B | ||||||||||||||||||||
=0.20 | 6 | 3 | 10 | 7) | 10 | 7) | 19 | 18 | 34 | 17 | 3 | 7) | 7 | 7) | 5 | 7) | 6 | 7) | 12 | 6 | 30 | 15 | 5 | 3 | 4 | 2 | |||||||||||||||||||
0.40 | 16 | 3 | 10 | 7) | 10 | 7) | 44 | 18 | 50 | 25 | 9 | 3 | 30 | 9 | 5 | 7) | 12 | 8 | 12 | 6 | 30 | 15 | 5 | 3 | 6 | 3 | |||||||||||||||||||
0.50 | 22 | 9 | 18 | 10 | 22 | 10 | 44 | 18 | 75 | 34 | 19 | 9 | 30 | 18 | 8 | 5 | 20 | 9 | 12 | 6 | 30 | 15 | 5 | 3 | 6 | 3 | |||||||||||||||||||
0.60 | 42 | 13 | 30 | 18 | 42 | 18 | 44 | 18 | 8) | 25 | 29 | 18 | 30 | 18 | 9 | 5 | 26 | 11 | 14 | 7 | 30 | 15 | 5 | 3 | 7 | 3.5 | |||||||||||||||||||
65 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
0.67 | 44 | 20 | 44 | 18 | 44 | 20 | 44 | 20 | 60 | 18 | 36 | 18 | 44 | 18 | 12 | 6 | 28 | 14 | 18 | 9 | 30 | 15 | 5 | 3 | 7 | 3.5 | |||||||||||||||||||
0.75 | 44 | 20 | 44 | 18 | 44 | 22 | 44 | 20 | 75 | 18 | 44 | 18 | 44 | 18 | 13 | 8 | 36 | 18 | 24 | 12 | 30 | 15 | 5 | 3 | 8 | 4 | |||||||||||||||||||
直管段是孔板上游或下游各種管件與孔板之間的直管段長(zhǎng)度,直管段應(yīng)從***近的(或的)彎頭或三通的彎曲部分的下游端測(cè)量起,或者從漸縮管或漸擴(kuò)管的彎曲或圓錐部分的下游端測(cè)量起;
② 直管段所依據(jù)的大多數(shù)彎頭的曲率半徑等于1.5D;
③ 數(shù)值以管道內(nèi)徑D的倍數(shù)表示。
1)S是上游彎頭彎曲部分的下游端到下游彎頭彎曲部分的上游端測(cè)得的2個(gè)彎頭之間的間隔;
2)該方式不是一種好的上游安裝方式,如有可能宜使用流動(dòng)調(diào)整器;
3)安裝溫度計(jì)插套或套管將不改變其他管件所需的***短上游直管段;4)只要A欄和B欄的值分別增大到20和10,就看安裝直徑0.03D~0.13D的溫度計(jì)插套或套管,但不這種安裝方式;5)每種管件的A欄都給出了對(duì)應(yīng)于“零附加不確定度”的直管段;6)每種管件的B欄都給出了對(duì)應(yīng)于“0.5%附加不確定度”的直管段;
7)A欄中的直管段給出零附加不確定度;目前尚無(wú)較短直管段的數(shù)據(jù)可用于給出B欄的所需直管段;
8)如果S<2D,ReD >2×106 需要95D。
4、直管段長(zhǎng)度不夠時(shí)的處理:
作為自控工程設(shè)計(jì)人員,在施工圖設(shè)計(jì)時(shí),總是要為流量計(jì)尋找一個(gè)理想的安裝地點(diǎn),其中就包括解決直管段長(zhǎng)度問(wèn)題,但有時(shí)由于場(chǎng)地限制,無(wú)法保證直管段長(zhǎng)度。在既有的管道上增設(shè)流量計(jì)更是如此,因?yàn)樵诠艿冷佋O(shè)時(shí),基本不會(huì)預(yù)留安裝流量計(jì)的位置,所以保證直管段長(zhǎng)度會(huì)成為面臨的棘手問(wèn)題。根據(jù)各種具體情況,有下面幾個(gè)方法可供選擇。
1)管線繞道法。圖6所示為工業(yè)鍋爐產(chǎn)汽流量渦街流量計(jì)安裝俯視圖。
圖6 渦街流量計(jì)及前后直管段
彎頭就在爐頂以水平方向鋪設(shè),由于既有的管道安裝了1臺(tái)DN150的渦街流量計(jì)直管段長(zhǎng)度不能滿足要求,因而***簡(jiǎn)單有效的方法是與設(shè)備專業(yè)人員協(xié)商,將既有管道進(jìn)行改裝,例如將圖6中的管段a改為b,c,d,如圖7所示。由于直管段加長(zhǎng)了一段d,從而滿足了直管段要求。
2)讓步法。所謂讓步法就是對(duì)某項(xiàng)指標(biāo)作出讓步,該方法在產(chǎn)品質(zhì)量管理中是普遍使用的。例如在化工生產(chǎn)中,從流程末端流出的產(chǎn)品達(dá)不到一級(jí)品指標(biāo),但能達(dá)到二級(jí)品指標(biāo),于是就作二級(jí)品入庫(kù)銷售,而不是將其報(bào)廢,這樣在經(jīng)濟(jì)上比較劃算。
圖7 管線繞道后的配管示意
在流量計(jì)使用現(xiàn)場(chǎng),如果直管段長(zhǎng)度無(wú)論如何也不能滿足要求,流量測(cè)量結(jié)果也不是用于貿(mào)易結(jié)算,而是用于一般監(jiān)測(cè)或過(guò)程控制,可嘗試采用讓步法。例如表2標(biāo)準(zhǔn)所列的直管段長(zhǎng)度中,A列的數(shù)據(jù)是達(dá)到0.5%不確定度必須滿足的直管段長(zhǎng)度,如果用戶肯將不確定度讓步到1%,則滿足B列直管段長(zhǎng)度即可,這樣就使直管段長(zhǎng)度要求大幅降低。其他類型的流量計(jì),也可參考該表格。
3)在有直管段要求的各種類型流量計(jì)中,流量傳感器在管道上的安裝方位同測(cè)量結(jié)果的關(guān)系,有些不受上游彎頭方向的影響,例如渦輪流量計(jì)和環(huán)室取壓差壓流量計(jì),但大多數(shù)類型的流量計(jì)都對(duì)上游彎頭方向很敏感,例如圖1所示的外夾式單聲道超聲流量計(jì)[10],圖3~圖5所示的差壓流量計(jì)以及圖6所示的渦街流量計(jì),因而應(yīng)將流量傳感器在管道上的安裝方位選擇在***有利的位置。
a)以差壓式流量計(jì)為例,圖8所示為取壓口位置示意。取壓口的取向應(yīng)考慮被測(cè)流體為液體時(shí),應(yīng)防止氣體進(jìn)入導(dǎo)壓管;被測(cè)流體為氣體時(shí),應(yīng)防止液滴或污物進(jìn)入導(dǎo)壓管。當(dāng)測(cè)量管道為垂直時(shí),取壓口在取壓位置的平面上,方向可任意選擇,即α可大可小,選擇的范圍就大了。
圖8 取壓口位置安裝示意(徑向)
)在圖 | 6 | 所示的渦街流量計(jì)實(shí)例中,業(yè)主單 | 長(zhǎng)度不夠也不影響測(cè)量度,這是因?yàn)闇u街流量 | ||||
b | |||||||
位沒(méi)有選擇管線繞道的方法,而是選擇了將旋渦發(fā) | 計(jì)在出廠前都經(jīng)過(guò)實(shí)流標(biāo)定,流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的直管 | ||||||
生體旋轉(zhuǎn)90°,即將接線盒安裝在水平管道的側(cè) | 段都相當(dāng)長(zhǎng),所以流量計(jì)前管道內(nèi)流體的速度分布 | ||||||
面,收到了很好的效果 | [9] | 是對(duì)稱的,也不存在旋渦。圓形流通截面中流速*** | |||||
,經(jīng)質(zhì)量平衡驗(yàn)證和能量 | |||||||
平衡驗(yàn)證,達(dá)到很高的度。 | 高點(diǎn)與軸心重合, 臺(tái)渦街流量計(jì)的流量系數(shù)就是 | ||||||
1 | |||||||
)在圖 | 9 | 中,將旋渦發(fā)生體旋轉(zhuǎn) | 后直管段 | 在這樣的條件下標(biāo)定出來(lái)的。 | |||
c | 90° |
圖9 取壓口位置安裝示意(俯視)
d)在圖10中,流體在管道內(nèi)高速流動(dòng),由于流體的離心力作用,流場(chǎng)產(chǎn)生畸變,使***高流速向圖的下方偏移,這種偏移使***高流速點(diǎn)不再對(duì)準(zhǔn)旋渦發(fā)生體的中心,從而使流量計(jì)的旋渦剝離頻率相對(duì)減小,引起儀表示值偏低。
圖10 管道內(nèi)的流場(chǎng)分布與發(fā)生體位置
而當(dāng)旋渦發(fā)生體的方向被旋轉(zhuǎn)90°后,流場(chǎng)的畸變情況雖然無(wú)變化,但***高流速點(diǎn)卻對(duì)準(zhǔn)了發(fā)生體的中心線,如圖11所示。
圖11 旋渦發(fā)生體處于水平位置
該方法對(duì)安裝在垂直管道上的電磁流量計(jì)、單聲道超聲流量計(jì)也完全適用,但對(duì)安裝在水平管道上的電磁流量計(jì)和單聲道超聲流量計(jì)就要適當(dāng)修正才能應(yīng)用。因?yàn)殡姶帕髁坑?jì)不允許將電極安裝在水平管道的上方和下方,如果電極被布置在水平管道的水平直徑方向則處于***不利的位置,可將1對(duì)電極所組成的連線在圓周方向旋轉(zhuǎn)45°。單聲道超聲流量計(jì)如果1對(duì)換能器被布置在水平管道的水平直徑方向也處于***不利的位置,則可將1對(duì)換能器之間的聲道所組成的平面在圓周方向旋轉(zhuǎn)45°,這樣處理雖然效果比不上旋轉(zhuǎn) 90°,但比***不利的位置要好得多。
4)加裝流動(dòng)調(diào)整器。流動(dòng)調(diào)整器可用于減少上游直管段長(zhǎng)度。配合性實(shí)驗(yàn)表明,它可以用在任何上游管件的下游。目前在ISO5167正文中只列入2 種流動(dòng)調(diào)整器:19 根管束式流動(dòng)整直器(1998)和Zanker流動(dòng)調(diào)整板,流動(dòng)調(diào)整器在標(biāo)準(zhǔn)中列有適用的節(jié)流件和阻流件類型以及具體的安裝位置等。
5)選用直管段要求低的流量計(jì)。由于各種不同類型的流量計(jì)對(duì)直管段長(zhǎng)度的要求差異懸殊,如果原來(lái)所選的流量計(jì)直管段要求較長(zhǎng),而且無(wú)論如何也滿足不了要求,應(yīng)改選直管段長(zhǎng)度要求較低的型號(hào)。
6)對(duì)影響值進(jìn)行評(píng)估。直管段長(zhǎng)度不夠時(shí),流量計(jì)不確定度增大,是由于管道內(nèi)的速度分布畸變,使得儀表的實(shí)際流量系數(shù)與出廠標(biāo)定時(shí)的流量系數(shù)不一致。
如果按照現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的管件種類和直管段長(zhǎng)度組裝成1套帶前后管段的流量計(jì),放在流量標(biāo)準(zhǔn)裝置上,標(biāo)定出該臺(tái)儀表的流量系數(shù),然后配套使用,并使用此流量系數(shù)計(jì)算流量,也就完全排除了直管段長(zhǎng)度不夠?qū)y(cè)量結(jié)果的影響。該方法在鉆井平臺(tái)等場(chǎng)地有限的場(chǎng)合,經(jīng)常采用。
5、結(jié)束語(yǔ):
在種類繁多的流量計(jì)中,通常對(duì)流量計(jì)前后直管段有特定的要求。由于工作原理的不同,對(duì)直管段長(zhǎng)度的要求也不同;阻流件的類型不同,對(duì)直管段長(zhǎng)度的要求也不同,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)區(qū)別對(duì)待。
在遇到直管段長(zhǎng)度不夠時(shí),針對(duì)不同的現(xiàn)場(chǎng)情況和流量計(jì)的不同用途,可分別采用管線繞道法、降低度指標(biāo)法、加裝流動(dòng)調(diào)整器法、選擇***有利的安裝方位法以及改選直管段長(zhǎng)度要求較低的流量計(jì)等方法,使問(wèn)題得到解決。