V型錐流量計

1、綜述

錐形流量計是一種新型的可精確測量各種雷諾數的高精度流量計，可滿足各種介質的應用條件要求其操作原理同其它各種類型的差壓原理相同，都是基于密封管道中的能量守恒定理，錐形流量計由于具有獨一無二的設計結構，因而性能更優。

錐形流量計是在管道中心處懸掛一錐形節流件，錐形件阻礙介質的流動，重塑流速曲線，在錐形性的下游可立即形成低壓區，管道上游的正壓同經節流件節流后的下游的負壓之間有一差壓，將正、負壓用取壓口取出，正壓口位于管道的上游，負壓口位于椎體的末端，通過測量兩者之間差壓，根據伯努利方程即可計算出管道中的流量，椎體位于管線中心，可對所測介質的流速曲線進行優化，因此測量精度高，對儀表上、下游的直管段要求低。

錐形流量計可測量各種工況（溫度和壓力）條件下的氣相、混合氣相、液相、多相液體、氣液兩相（濕氣、液相質量比≤5%）、粉末、高粘度、高流速、臟污、含有固體懸浮顆粒的液相、溶液振動、電磁干擾等介質的流量。流體的條件可從深低溫到超臨界狀態。工作溫度最高850℃，最大壓力42.0MPa。若用特殊結構材質，溫度壓力還可以更高?？蓽y量最高雷諾數500萬，最低雷諾數8000甚至更低。產生滿刻度差壓信號從最低小于0.1千帕到最高幾十千帕。

法蘭取壓型錐形流量計（VF），采用實心椎體截流體，并在管壁用法蘭取壓，配上遠傳差壓變送器，可有效防止取壓口的堵塞，適合于含有固體顆粒粉塵介質、高粘度液體及臟污介質。

2、工作原理

錐形流量計是一種差壓型的流量儀表。以差壓原理設計的流量儀表已經有了一百多年的應用歷史了，差壓型流量計是基于密封管道中的能量轉換原理，也就是說對于穩定流體，管道壓力與管道中的介質流速的平方根成反比：速度增加壓力會下降，當介質接近椎體時，其壓力為P1，在介質通過椎體的節流區時，速度會增加壓力會降低為P2，如圖1所示，P1和P2都通過錐形流量計的取壓口引到后接差壓變送器上，流速發生變化時，錐形流量計的兩個取壓口之間的差壓值會增大或縮小。當流速相同時，若節流面積大，則產生的差壓值也大，β值等于錐體的節流面積除以管道內徑的截面積（可換算成兩者之間的直徑比）。

錐體的外形是通過多年的連續試驗、評估和改進后得出的，是此類流量計的最佳外形。能在不同的工況中使用。我們可以借助管道流速曲線來理解錐形流量計的性能。如果介質通過一個很長的管道，而且在管道中沒有受到任何阻礙和干擾，那它的流速分布將很均勻?？拷鼙诘牧魉賻缀鯙榱?，而管道中心的流速將達到最大。（如圖2）當我們將錐體懸掛在管線中心時，錐體將直接同流體的高速區接角，迫使高速區的流體同近管壁低速區的流體混合從而使流速均勻化，這樣測出流體的流速更加準確。

在現實工況中，流速是很難分布均勻的，很多情況都會造成流體分布的不均勻。管道上的任何變化都可能對流體造成影響：如彎頭、閥門、縮徑、擴徑、泵、三通等等。而錐形流量計利用錐體對流速分布曲線進行重新塑造（如圖3），經過錐體“整流”后的流體分布趨于均勻，可保證儀表在惡劣的條件下獲得較高的測量精度。這樣使得錐形流量計的應用范圍更加寬闊。

上游干擾造成流速曲線不規格

1.精度，重復性

錐形流量計正壓孔取在錐體上游的管壁上，取壓位置選在理想流體的等速區域，符合伯努利定理，正壓信號穩定；負壓孔位于錐體尾部中心，正好落在下游壓力最小的區域，由于錐體中心對稱的結構，使得錐尾中心區域流場呈現相對靜態，流體節流后在負壓區只出現高頻低幅的小漩渦，使得負壓信號波動很小，輸出差壓信號穩定，傳感器精度優于讀數的±0.5%，重復性為±0.1%，貿易計量型精度為±0.3%（圖4）。

2.量程比，壓損

錐形流量計正常情況下量程比為10:1，選擇合適的參數可以做到30:1。在同樣的β值下，錐形流量計永久壓力損失約為孔板的1/5～1/10，（圖5）可大大降低運行能耗。

3.安裝要求

由于錐形流量計可以改變流體流速曲線，因此該流量計對上、下游直管段的要求小。一般情況下，對于管道式法蘭連接的，不需要直管段，而對于直接插入式的其要求是：上游直管段：0-3D；下游直管段：0-1D（圖6）。

4.刻度差壓值

錐形流量計刻度差壓大，并可靈活選擇。如在電廠測風、鋼廠測煤氣等低流速場合，其刻度差壓是各種均速管、文丘里、彎管的10～15倍，能真正保證測量的穩定和精度。

5.無滯留死區

錐形流量計另一大特點是自吹掃式結構設計，無滯留死區。介質流過錐體時會加速，不斷沖刷正壓取壓孔、錐體外壁、錐體附近管壁，而負壓取壓孔則被一小段不流動介質所隔離、臟污雜質進不去，因此錐形流量計可用于各種含雜質、易結晶的臟污介質，如焦爐煤氣、高爐煤氣等長期使用不宜堵。VF法蘭取壓式錐形流量計則采用密封錐體加雙法蘭取壓，可用于高粘度、含雜質、易結垢的特殊臟污介質，如渣油、原油、回煉油、水煤漿、苯、液態硫磺等，在測量精度、穩定性、直管段要求等方面，均遠遠優于楔式流量計。

6.長期穩定性

錐形流量計獨特的流線形錐體節流時具有“流線體邊界層效應”，使臟污流體不會磨損節流緣，其β值可保證長期不變，整個儀表無可動部件，因此無需重復標定，具有長期穩定性。

7.尺寸

由于錐形流量計錐體獨一無二的設計，使得其β值范圍廣。標準β值范圍為：0.45、0.55、0.65、0.75、0.85。

8.混合器

由于錐形流量計的獨特結構，在很多情況下，它被作為混合器作使用。

9.結構形式

錐形流量計主要有八種結構形式：1.管道式、2.對夾式、3.法蘭取壓式、4.插入式、5.直接焊接式、6.保溫夾套式、7.防腐式、8.方管式。

1.應用參數

用戶需要提供正確的參數以供選型計算用。我單位的選型軟件中有很多流體的典型數據可供用戶在選型計算時選用。

2.通用計算公式

各參數的單位可在計算程序中靈活轉換成其它單位

3.液體計算公式

4.可壓縮介質的計算公式（氣體和蒸汽）

5.Y-氣體膨脹系數的簡化公式應用范圍

上述公式中，用于應操作溫度下的等熵指數計算K2和K3，因此不需要對等熵指數的變化進行修正，如果不行，也可以用上述Y膨脹系數對△P和P進行校正中的公式進行計算。

6.選型計算

每臺錐形流量計在制造前都要根據工藝參數進行選型計算，確定錐體大小，從而確定了這臺流量計的固有性能?？趶接嬎愦_定了差壓值，測量范圍，測量精度，壓力損失以及推薦的β值。

7.校驗

每臺錐形流量計在出廠前都應進行標定。如果不能進行實際標定，也必須進行模擬標定，我單位多年來收集的測試數據可精確估算出儀表的Cf值。

8.部件材質

錐形流量計用的所有部件材質都是經過嚴格篩選的合格產品，保證流量計的長時間連續工作。

9.三閥組

錐形流量計與差壓變送器之間應安裝三閥組。用于變送器在線調校。

10.差壓變送器、流量計算機

我單位可成套提供差壓變送器和流量計算儀，組成流量測量系統。還可以提供溫度變送器和壓力變送器用于測量流體質量流量。

1.安全要求

任何人在安裝、檢查或維護錐形流量計時都應對管道的結構及系統地壓力必須有清晰正確的認識。起吊儀表時應該小心，若起吊、下落不正確可能損傷儀表。

在調校儀表時，必須使用合適且正確的工具。

在調整及折裝儀表時，應確保管道的壓力已經完全卸掉-千萬不可帶壓拆卸儀表。

開車前必須檢查所有的連接是否牢固，必須與流量計保持一定的距離，避免事故發生。

2.開箱、檢驗

流量計到貨后應進行開箱檢查，防止流量計或配件在運輸過程中被損壞。若碰到隨機文件或流量計有問題，請同代理商聯系。

3.流量計安裝定位

每臺錐形流量計的側面貼有方向標簽標明流體的流向，安裝時應特別注意。對大多數口徑而言，兩個取壓口之間的距離為2.12，高壓口位于上游，低壓口位于下游，請參考圖8，安裝時請注意方向及高、低壓取壓口的位置。

4.配管要求

安裝時建議上游直管段為0-3D，下游直管段為0-1D，D代表所安裝管道的公稱直徑。由于錐形流量計的整流作用，當流量計鄰近1個90°彎管或鄰近不在同一平面的2個90°彎管時，流量計的精度不受影響。錐形流量計還可安裝在比它本身稍微大一些的管道上。在這類管線上安裝時，請向代理咨詢。

5.取壓口的方向

對于水平管道上安裝的錐形流量計，取壓口位于管線的側上方，即位于時鐘3點或9點的位置。如果安裝在豎直管線上，則對取位口的方位不作要求。

（1）介質為潔凈液體時

（2）介質為干燥潔凈氣體時

（3）介質為蒸氣體時

6.引壓管

盡可能安裝好引壓管，當沒有介質流通時，不會產生差壓信號。詳情請參考有關安裝使用手冊。

注意：若被測介質為氣體或蒸汽，可能介質會在引壓管中凝結，請注意以下兩點：

1.引壓管線應水平走一段距離以保證豎直管線同儀表之間有足夠的距離，確保垂直管線內沒有蒸汽。

2.對于一些流量計需垂直安裝的場所，在引壓管線的安裝方面尤其需要注意。

7.三閥組

請參考三閥組的安裝、使用及維護手冊。

8.差壓變送器

請參閱不同廠家的差壓變送器上的具體安裝、使用及維護手冊。

9.溫度和壓力傳感器

請參閱不同廠家的具體安裝、使用及維護手冊。

10.安裝檢查要點

（1）差壓變送器的滿量程是否正確。

（2）差壓變送器零點是否已經調整。

（3）差壓變送器和流量計算儀的設置是否正確。

（4）引壓管是否吹掃了。

（5）引壓管是否有泄漏。

（6）閥組是否關閉。

（7）錐形流量計的高壓端是否在低壓端的前面。