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孔板流量计取压方式研究
发布时间:2018-12-28

摘要:孔板流量计在化工行业应用十分广泛,其取压方式有多种,但在工程应用中却一直缺少可以遵循的明确规定。针对孔板流最计取压方式的选择问题,通过分析孔板流量计主要取压方式的取压原理,根据国际标准ISO5167对孔板流量计测斌结果进行理论讨一算,结合工程实际应用和制造商现有技术水平等,进行深人地分析和探讨,结果表明主要的取压方式在理论计算测量误差没有明显差异,因此选择孔板流量计取压方式时应该更多考虑工程安装、维护需要和仪表制造水平。
0引言
  流量仪表在石化、化工和冶金生产过程控制和计量核算中具有重要地位。差压式流量计是一类应用最为广泛、用量占据首位的流量计,其中以检测元件为标准节流装置的节流式差压流量计,是选用中优先考虑的仪表。
  孔板流量计作为标准节流装置,以其测量的标准性,应用十分广泛。而对于孔板流量计取压方式的选择一直缺少明确的规范和有力的依据。《自动化仪表选型设计规定》(HG/T20507-2000)中规定:“一般采用角接取压或法兰取压方式。根据使用条件和测量要求,可以采用径距取压等其他取压方式。”在实际化工设计中让人感到无所适从,很多情况下设计人员都是凭借经验选择法兰取压等,对于为什么排除其他的取压方式,也不能给出充分的理由。笔者从理论计算方面和现场实际应用等方面进行了一些探讨,希望能够给大家在选择取压方式时提供一点参考。
1取压形式和工作原理
  孔板流量计的取压方式有法兰取压、角接取压和径距取压。根据节流元件前后的压力取样点的差压,进而计算出介质流量的大小。法兰取压原理如图1所示,上游取压口间距是从上游端面至孔板的长度为25.4mm,下游取压口间距是下游端面至孔板的长度也为25.4mm。角接取压包括环室取压和单独钻孔,原理如图2所示,其取压口轴线与孔板各相应端面之间的间距等于取压口本身直径的一半,或取压口本身宽度的一半,这样取压口贯穿管壁处就与孔板端面齐平,取压口可以是单独钻孔取压口或是环隙。环隙通常为不间断在整个圆周上穿通管道,否则每个环室至少4个开孔与管道内部连通;若采用单独钻孔取压,取压轴线尽可能以900角与管道轴线相交。径距取压原理如图3所示,取压口的间距是取压口中心线与孔板某一规定端面之间的距离,上游取压口间距为管道直径D,下游取压口间距为D/2,故又称为D和D/2取压。
孔板流量计法兰取压示意图
孔板流量计角接取压示意图
孔板流量计径距取压示意图
  根据石油化工设计手册和GB/T2624.2-2006提供的技术参数,孔板流量计三种主要取压方式对管道直径D、节流件孔径d、直径比要求是一致的,即满足50mm≤D≤1000mm,d≥12.5mm,0.2≤b≤0.75。对于雷诺数ReD,角接取压的要求是0.2<b<0.45,ReD≥5000或0.45≤b,ReD≥104,法兰取压和径距取压的要求则是ReD≥1260b2D。根据这些技术参数,在满足雷诺数要求的情况下,很难确定什么情况下用哪一种取压方式,排除哪些取压方式。
  下面笔者通过对孔板流量计的计算,分别计算孔板流量计在角接取压、法兰取压和径距取压三种情况下的流量参数,通过比较流量参数,区分孔板流量计在各种取压方式下的不同之处,进而在理论上分析各种取压方式对孔板流量计的影响。
2不同取压方式效果分析
  在管径不同,而管道介质流量、大小、压力、温度、砧度、密度和管道材质都相同的情况下,根据IS05167标准分别计算在角接取压、法兰取压和径距取压几种情况下的孔板流量计的流量参数,见表1一3所列。



  从以上计算结果可以得出,在介质、温度、压力等参数一致的前提下,这几种取压方式的压力损失基本相同,流量误差虽然有些差别,有的虽然有数量级的差别,但是由于数量级比较低,比起孔板测量误差±(1%-2%)的要求影响甚微。因此,无论介质类别和管径大小,从理论上说孔板流量计不同的取压方式测量结果几乎是相同的,因此不能从这个方面去决定使用哪种取压方式。
3其他因素对孔板取压方式的影响
  在工程设计时,仪表制造商会推荐法兰取压等取压方式,这可能是出于对方的制造水平、经济成本等考虑因素。如压力高于32MPa时,由于制造水平的限制,最好选取角接取压方式。对于用户来说,孔板流量计采取统一的取压方式,对于仪表的现场安装、备品备件和使用维护都是有利的。如选用一体化孔板流量计时,从安装、维护方便的角度考虑,选用环室取压布局相对整齐,易于安装、伴热和维护。因此,在选择孔板流量计的取压方式时,应该充分考虑到仪表制造水平和实际的工程需要。
  因此,笔者认为可以这样理解HG/T20507-2000,在满足雷诺数和管径、直径比等要求的前提下,孔板的流量计的取压方式可以根据实际工程需要和制造商要求进行灵活选择,但整个工程最好使用一种统一的取压方式。
4结束语
  通过计算孔板流量计的流量参数,得出主要取压方式在理论上的测量效果差别甚小的结论,并从仪表制造水平和工程实际出发,全面地论述了孔板流量计取压方式的选择问题。结果表明工程仪表安装和维护方便、仪表制造技术水平在很大程度上制约着孔板流量计取压方式的选择。该文为孔板流量计取压方式的选择提供了理论支持,希望能够为工程设计时提供一些参考。

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