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楔形流量计选型

楔形流量计选型

2020-05-27 19:37  点击:
1原理及应用范围
  楔形流量计结构如图1所示。当流体流经V形节流块时,流通面积减小,流速增大,静压减小,从而产生静压差,而压差的平方根与流量成正比,测得差压即可测得管道中的流量[1]。楔形流量计采用“V”型体节流件,当流体中含有杂质或者固体时,容易从楔形下部流过,不会产生滞留,从而防止堵塞现象[2]。
  楔形流量计通常口径范围为DN15~DN600,特殊口径可至DN1200,压力等级高至PN420,测量精度为±0.5%FS,可测量黏度高至3Pa·s的介质。
楔形流量计结构图
  楔形流量计对介质雷诺数下限的要求,HG/T20507—2014《自动化仪表选型设计规范》6.2.4条规定:“含悬浮物的高黏度易结晶液体的流量、要求永久的压力损失小、雷诺数小于500时,宜选用楔形流量计”[3];已作废的HG/T20507—2000《自动化仪表选型设计规定》3.2.1条规定:“含悬浮物的高黏度液体、蒸汽、气体的流量测量、雷诺数大于500时可选用楔形流量计”;SH/T3005—2016《石油化工自动化仪表选型设计规范》中规定:“当测量高黏度、低雷诺数(最低至500)的流体时,可选用楔形流量计”;已作废的SH/T3005—1999《石油化工自动化仪表选型设计规范》中规定:“测量高黏度、低雷诺数(低至100)的流体,如原油、油浆、渣油、沥青等,可选用楔式流量计”。
  上述4个前后版本中关于楔形流量计对介质最低雷诺数的说法不一致,其中HG/T20507—2014与SH/T3005—2015对雷诺数的要求相悖。查看厂家样本资料,如ABB的FPD470系列、BaDgerMeter的Preso楔形流量计要求雷诺数下限值为500,大韩DHWM系列、捷达WM系列楔形流量计要求雷诺数下限值为300,当雷诺数再低时流量系数发生变化,流体流量和差压不再遵循平方根的关系,会影响测量准确度。综合上述产品信息,楔形流量计雷诺数下限取500。
2差压值的计算
楔形流量计差压值与流量的关系如下式所示:

  式中:ΔP———差压值,Kpa;qv———介质工况下体积流量,M3/H;C———流量常数。
1)对于测量液体介质,流量常数C见下式所示:

  式中:N———单位转换系数,N=0.1264;KP———流量系数;D———楔形流量计内径,mm;Fa———材料热膨胀系数,mm2/mm2;ρ———介质密度,kg/M3。
  楔形流量计的流量系数KP和流量计的口径及楔块比(H/D)有关,计算时可参考表1中Preso楔形流量计数据。

  在实际使用过程中,因楔形流量计为非标仪表,出厂时每台仪表需经过实际流体标定,从而得出实际的流量系数,对原有计算时的差压值进行调整[4]。
2)对于测量气体介质,流量常数C见下式所示:

式中:Y———气体热膨胀系数。
3)楔形流量计也可以测量蒸汽,但对于蒸汽介质,建议采用喷嘴、涡街等其他形式的流量计进行测量。
3压损的计算
  楔形流量计比孔板、V锥、喷嘴的压力损失小,相同β值情况下几种流量计压损比较[5]如图2所示。
  将楔形流量计H/D换算成孔板流量计的β值,如楔形流量计H/D=0.5与孔板β=0.7070的节流面积比是一样的[6],详见表2所列。

将换算完后的β值代入下式[6]中,即可得出楔形流量计的永久压力损失。

式中:PPl———永久压力损失,Kpa。

4应用案例
  某工况介质为原料油,管道为DN250,壁厚为SH80,材质为碳钢,正常温度为50℃,正常压力为2.08Mpa,最大流量为196.4t/h,正常流量为178.6t/h,最小流量为125t/h,动力黏度为0.295Pa·s,介质密度为943kg/M3,允许压降为30Kpa。
因介质黏稠,综合比较各类型流量计后选用楔形流量计进行测量,最大流量不超过满量程的90%,因而圆整后最大量程选用220t/h,楔形流量计材质选用316不锈钢。使用BaDgerMeter的PresoFloWCalCV5.36软件对此工况下的楔形流量计差压值及压损进行计算。通过调整H/D的值得到合适的差压值,确定H/D的值后即可确定等效的β值,得出永久压力损失值。
  该案例中的楔形流量计H/D选用0.3,流量系数KP为0.1854,在满刻度220t/h的流量下差压值为25.53Kpa,等效的β值为0.5023,在满刻度流量下的永久压力损失为11.99Kpa,满足工艺的30Kpa压力损失限制要求。
上述均为基于经验值的计算,可供设计选型参考,实际的流量系数仍需要经过标定后才可确定。

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