锥形流量计与孔板流量计详解

1、锥形流量计与孔板流童计详解孔板流量讣自岀现之日起就作为一种重要的流量计被广泛应用，而锥形流量计作为一种 新型流量计，也有着其独有的特点并越来越被广泛应用，详细介绍了这两种流量计的特点。差压式流量计作为一种流量测量仪表,具有结构简单，使用寿命长，适应性广范等特点， 因此被广泛应用于电力、化工、煤炭、冶金、钢铁等行业。据估计，差压式流量计约占流量 仪表的60%70%.锥形流量计作为20世纪80年代异军突起的新兴力量，凭借着苴独特的 优势，逐渐被市场所接纳。本文将详细介绍锥形流量计的原理和特点，以及与孔板的比较。1原理介绍2.1综述锥形流量汁（见图1）是一种新型的可测虽:各种雷诺数的髙精度流量计，满

2、足各种介质 的应用条件要求。其操作原理同其他齐类型的差压原理相同，都是基于密封管道中的能量守 恒原理。锥形流量汁具有独一无二的结构设计，因而性能更优。锥形流量汁在管道中心处悬挂一锥形节流件，锥形件阻碍介质的流动，重塑流速曲线, 在锥形件的下游可立即形成负压区，管适上游的正压同经肖流件节流后的下游的负压之间有 一压差，将正、负压用取压口取出，正压口位于管道的上游，负压口位于锥体的末端，通过 测量两者之间的差压，根拯伯努力方程即可计算出管道中的流呈:。锥体位于管线中心，可对 所测介质的流速曲线进行优化，因此测量精度高，对仪表上、下游的直管段要求低。1.2操作原理锥形流量讣是一种差压型的流量仪表，迄

3、今为止，以差压原理设计的流量仪表已经有一 百多年的应用历史了。差压原理就是基于密封管道中的能量转换原理，也就是说稳圧流体、 流量同管道中介质流速的平方根成正比。当压力降低时，速度会增加，当介质接近锥体时, 其压力为pi，在介质通过锥体的卩流区时，速度会增加，压力会降低为p2, pl和p2都通 过锥形流量讣的取压口引到后接的差压变送器上，流速发生变化时，锥形流量il的两个取压 口之间的差压值会增大或缩小。当流速相同时，若节流面积大，则产生的差压值也大。B值 等于锥体的节流而积除以管道内径的截而积（可换算成两者之间的直径比）。1.3重塑流速曲线锥形流量讣在进行流疑计算时所采用的讣算公式同苴他差压型

4、的流量仪表相同，但巧流 件的结构同其他仪表完全不同，是通过悬挂在管线中心的锥形体来实现的。锥体可迫使管道 中心的介质绕着锥体流动，同苴他传统类型的差压型仪表相比，这样有很多优点。另外，如 果介质通过一个很长的管道，而且在管道中没有受到任何阻碍和干扰，它的流速分布就很均 匀。通过管道直径上的介质的流速每点都不相同，靠近管壁的流速几乎为零，管道中心的流 速最大，这是管壁对介质产生摩擦造成的。由于锥体悬挂在管线中心，它直接同流体的高速 区接触，迫使髙速区的流体与低速区的流体相混合，从而使流速均匀化，髙速区的流体速度 降低。这也是为什么锥形流量计能够测虽:低流速流体的主要原因。由于其他类型的差压型流

5、屋计的节流元件不与管道中心处的髙速介质相接触，在介质流速很低时，就可能没有差压信 号了。在一般工况下，流速很难均匀分布。管道上的任何变化都可能对流体造成影响，如弯头、 阀门、缩径、扩径、泵、三通等等，对其他仪表而言，这是一个很难解决的问题，而锥形流 屋讣的锥体对上游流速分布曲线重新进行塑造，使流速基本达到理想状况。锥形流量讣可在极为恶劣的情况下使流体分布均匀（如在紧邻仪表上游有单弯管、双弯 管），以保证获得较髙的测量精度。2锥形流量计的优点及与传统孔板流量计的比较2.1精度锥形流量汁精度髙：精度可达到土0.5%»孔板流量讣精度低：精度基本在±3%以下。2.2重复性锥形流量讣

6、重复性好：优于±0.1%。由于锥体对流速的整形，使流速达到理想状态，干 扰源少，因此重复性好。孔板流量讣依靠直管段对流体整形，直管段整形只能达到较为接近流体完全理想状态, 并且孔板本身的节流又破坏流体理想状态，因此干扰源较多，重复性差。2.3安装要求锥形流量计安装要求低：前Od3d、后Odldo无论是泵、压缩机、阀门或者弯管（- 个单弯管或两个不在一个平而上的双弯管），对测量精度基本都没有影响。孔板流量计安装要求髙：一般前10d、后5d。复杂工况还要加大到前20d、后5/2.4长期稳泄性锥形流量讣长期稳定性好：流体流经圆锥体无突然波动，而是沿着锥形体形成一个边界 层，并引导流体离开锥

7、体的后角。所以，锥体夹角不受不淸洁流体的磨损，B值可长期不变， 并保证长期精确测量。孔板流量计长期稳左性差：由于流体流经孔板锐利缘口，截流产生高速摩擦，引起孔板 口磨损，脏污改变孔板口大小，使B值发生变化，不能保持长期精确测量。2.5信号稳泄性锥形流量计信号稳立：“信号波动”是孔板的1/10。流体流经流量讣形成非常短的涡流， 这些涡流使流量计产生高频低幅信号，并且信号在锥体尾部流向中央，相互抵消，因此于扰 小。孔板流量计信号不稳左：流体流经平而后产生的涡流较长，这些长涡流使孔板产生低频 大幅度的信号，信号干扰大，会严重干扰差压读数的准确性。2.6压损和量程锥形流量汁的压损低而量程宽：通常量程比

8、为15 : 150 : 1.这是因为锥体的流线型设 计，使压损大大减小，最小可至0.06kpa°在所有的差压流量计中，只有锥形流量计的压损 与文丘里接近。由于没有锐利的边缘口，锥形流量il引起的永久性压力损失恒泄且要比孔板 小。同时，极其稳左的信号使差压的呈:程下限远比一般差压流量计低，因此量程得以向下限 扩展，雷诺数低至8000仍可保持信号线性。如果采用曲线修正，在更低的雷诺数条件下， 仍然可测量并可保证较好的重复性。孔板流量讣压损大、量程小：通常疑程比为3 ： 15 : lo这是由于平而阻挡，加上锐利 的边缘口，因此压损大，导致了小信号波动大、干扰大，小量程无法测量。2.7 B值

9、范囤和差压锥形流量计的0值范用宽：锥形流量汁独特的几何形状允许有广泛的B值范I帀I。标准的 B值为0.450, 0.550, 0.650, 0.750和0.850,并可特定B值,以保证特定的差压输出且有较 大的差压信号，满标尺差压信号从O.lkpa到几十kpa,保证了测量的准确性。2.8管线范囤和形式锥形流量讣管线范围宽：锥形流量il有两种基本型式，即管道型和插入型。英中管道式 锥形流量计从1/2”到60”，而插入式锥形流量计从6”到72”。2.9脏污的影响和维护锥形流量讣无停滞区，长期免维护：锥形流线型彻底吹扫式设讣避免了流体中的残渣、 凝结物或颗粒的滞留，可以保持锥体长期淸洁。由于锥体对流

10、体整形，加速了管壁流体的流 速，减少了正取压口的脏污停留，倒角的设计，使流体流经锥体后加速离去，负取压孔不会 污损。所以，在较长的时间内（2年3年）无需维护淸洗，可以保证精确测量。实践证明，锥形流疑计在焦炉煤气、渣油等特别脏污介质的测疑中均能成功使用，并已 在钢厂焦炉煤气流量测量中得到广泛使用。孔板流量计由于是平而阻挡，脏污容易堆积，一般需3个月淸洗一次，才能较好地保证 其精度。2.20可测高温、高压介质锥形流量计针对不同的温度和压力，采用不同的材质，工作温度最高可达700°C,而最 大压力可达30mpao2.M气液两相介质（湿气）对湿气（气体中含有水分）的流体测量始终是流量测量中的一个难点。而锥形流量汁采 用独特的锥体设计，使气体中所含有的大部分水份沿锥体从管道中央温度较髙的地方向周用 温度较低的地方快速移动，从而产生凝壺，沿锥体向管道底部下滴，由于锥体对流体整形, 加速了管壁流体的流速，水份也快速通过，不会在取压口产生大量凝壺。所以，气体含有少 量水份，对流量il取压口产生的干扰信号少，提髙了测量准确性。但是气体中含水不超过5%