測(cè)量大口徑管路液體流量

(1)    大口徑管路液體流量測(cè)量的特點(diǎn)

①     管路口徑大要求壓損越小越好。一般不允許用局部縮徑的方法提高流速。

②     流速一般都很高。新設(shè)計(jì)安裝的管路，一般均選擇經(jīng)濟(jì)流速。因?yàn)榱魉偬停瑒?shì)必增加管路的投資，流速太高，會(huì)造成動(dòng)力損耗大幅度增加，導(dǎo)致運(yùn)行成本上升，都是不經(jīng)濟(jì)的。但有些老管路，由于增產(chǎn)的需要而提高了流速。

③     由于流速較低，流體中的污垢、淤泥等極易在管道內(nèi)壁沉積。作系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮儀表與流體接觸部分的清洗。

④     測(cè)量范圍度要求大。有些水管夜間和日間、冬季和夏季流量相差懸殊，多達(dá)10～20倍，有些空調(diào)用水，到一定季節(jié)干脆就停用，因此，這些水的流量計(jì)，就要求范圍度特別大。

⑤     防護(hù)等級(jí)要求高。大口徑管路大多埋地敷設(shè)，為的是節(jié)省空間，在北方，也是防凍的需要。因此流量傳感器大多被安裝在儀表井內(nèi)管段上。由于雨水、井壁滲漏和管路外漏等原因常常引起井內(nèi)水位上升而淹沒流量傳感器，所以設(shè)計(jì)時(shí)就應(yīng)估計(jì)到這種情況，選用防持續(xù)浸水影響的流量傳感器，例如IP68的防護(hù)等級(jí)。

（2） 儀表選型

① 電磁流量計(jì)。電磁流量計(jì)在大口徑水流量測(cè)量中占有極其重要的地位，這是因?yàn)樵摲N儀表具有下列特點(diǎn)。

a.       無可動(dòng)部件，可靠性高，長期穩(wěn)定性好。

b.       無附加阻力。這一點(diǎn)對(duì)大口徑流量計(jì)有特別重要的意義。

c.       測(cè)量精確度高。典型產(chǎn)品在 1m/s時(shí)，精確度可達(dá)到±0.3％R。

d.       范圍度大。保證精確度的范圍度一般可達(dá)40∶1，可測(cè)范圍可達(dá)200∶1，例如IFM系列產(chǎn)品，在v＝0.06m/s時(shí)，基本誤差仍可小于±2％R。

e.       直管段要求相對(duì)較低。對(duì)于大口徑管路，這一點(diǎn)也很重要。有多種流量計(jì)要求前后直管達(dá)到30D，對(duì)于管徑1m以上的管路，就意味著須具備30m以上的直管段，這在多數(shù)情況下難以滿足。

f.        有大口徑產(chǎn)品。提供DN3000的產(chǎn)品，從而能滿足大口徑水流量測(cè)量的需要。

g.       品種齊全。有防浸水型IP68產(chǎn)品。

h.       其不足之處是大口徑產(chǎn)品價(jià)格高，而且口徑越大價(jià)格增長得越快。盡管如此，像水廠、成品水和源水等計(jì)量，因牽涉到貿(mào)易結(jié)算，對(duì)計(jì)量精確度要求高，還是愿意花較多的錢選用電磁流量計(jì)。

②超聲流量計(jì)。超聲流量計(jì)在大口徑管路的流量測(cè)量中占有重要地位，原因如下。

a.       超聲流量計(jì)的夾裝式，其價(jià)格與口徑無關(guān)，用來測(cè)量大口徑管路流量，投資較省。

b.       超聲流量計(jì)能得到的測(cè)量精確度同管徑有關(guān),管徑越大，有可能得到的精確度越高。有的供應(yīng)商能提供帶測(cè)量管的多聲道時(shí)差式超聲流量計(jì)，精確度可達(dá)0.15級(jí)，但價(jià)格也相應(yīng)升高。

c.       既可測(cè)量導(dǎo)電液體，如水等，也可測(cè)量不導(dǎo)電液體。

現(xiàn)在有很多單位添置數(shù)臺(tái)攜帶式（時(shí)差法）超聲流量計(jì)用于現(xiàn)場(chǎng)較大口徑液體流量計(jì)比對(duì)，一般都收到較好的效果。在DN≥150mm、v≥0.3m/s時(shí)，精確度可達(dá)±2％R。

③插入式流量計(jì)。上述電磁流量計(jì)用在大口徑管道上，固然很好，但價(jià)格較貴，因此，在測(cè)量精確度要求不高的場(chǎng)合，插入式流量計(jì)就成為受歡迎的方法。

   插入式流量計(jì)的價(jià)格只及滿管流量計(jì)的幾分之一到十幾分之一，是流量計(jì)的一種補(bǔ)充。另外，重量輕，壓損小，易于安裝和維修,是這種流量計(jì)的另一優(yōu)點(diǎn)。

在大口徑管路流量計(jì)中，由于流速普遍較低，泥沙、污垢等容易在儀表表面沉積，因此，插入式流量計(jì)常常帶配套球閥，實(shí)現(xiàn)在不斷流情況下拆下儀表維護(hù)和檢查，從而提高測(cè)量系統(tǒng)的可靠性。

a.插入式流量計(jì)的結(jié)構(gòu)。插入式儀表有點(diǎn)流速計(jì)型。其中插入式渦街、渦輪、電磁流量傳感器以及皮托管等屬點(diǎn)流速計(jì)型。差壓式均速管流量傳感器、熱式均速管流量傳感器等為徑流速型。

  插入式流量表的原理雖多種多樣，但其結(jié)構(gòu)卻大同小異。圖3.73所示為點(diǎn)流速計(jì)型結(jié)構(gòu)。圖3.74為徑流速計(jì)型結(jié)構(gòu)。

圖3.73點(diǎn)流速計(jì)型插入式流量傳感器        圖3.74差壓式均速管流量傳感器

點(diǎn)流速計(jì)型傳感器由測(cè)量頭、插入桿、插入機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)換器和儀表表體五部分組成。

測(cè)量頭：其結(jié)構(gòu)實(shí)際上就是一臺(tái)流量傳感器，不過這里作為局部流速測(cè)量的流速計(jì)使用。

插入桿：支撐測(cè)量頭的一根支桿。支桿內(nèi)可將測(cè)量頭的信號(hào)電纜引至儀表表體外部。

插入機(jī)構(gòu)：由連接法蘭、插入桿提升機(jī)構(gòu)及球閥組成。可在不斷流的情況下將測(cè)量頭由管道內(nèi)提升到表體外，以便檢查維修。

轉(zhuǎn)換器：測(cè)量頭信號(hào)輸出轉(zhuǎn)換的電子部件。

儀表表體：對(duì)于大口徑一般都不帶儀表表體，而是利用工藝管道的一段作為測(cè)量管。

差壓式均速管流量傳感器包括檢測(cè)件（均速管）、閥、插入機(jī)構(gòu)和取壓裝置等部件。

b.點(diǎn)流速計(jì)型工作原理。測(cè)量頭插于管道中特定位置（一般為管道軸線或管道平均流速處），測(cè)量該局部流速，然后根據(jù)管道內(nèi)流速分布和傳感器的幾何尺寸等推算管道內(nèi)的流量。其流量計(jì)算式如下^[34]。

  脈沖－頻率型測(cè)量頭（渦輪、渦街等）計(jì)算式為

                qv=f/K                                   (3.102)

式中  q_v——體積流量，m³/s；

f——流量計(jì)的頻率信號(hào)，Hz；

K——流量計(jì)的儀表系數(shù)，P/m³，K=

K₀——測(cè)量頭的儀表系數(shù)，P/m；

——流速分布系數(shù)；

——阻塞系數(shù)；

——干擾系數(shù)；

A——儀表表體（測(cè)量管道）橫截面面積，m²。

差壓式測(cè)量頭（皮托管等）計(jì)算式為

      q_v=                             （3.103）

令 K＝ ，則

         q_v=KA

式中 K_v——測(cè)量頭流速儀表系數(shù)；

    ——流體密度，kg/m³；

   ——流量計(jì)差壓信號(hào)，Pa；

  其余符號(hào)同前。

電磁測(cè)量頭計(jì)算式為

    q_v=                                  （3.104）

式中E——測(cè)量頭感應(yīng)電動(dòng)式，V；

  其余符號(hào)同上。

 c. 、 、 、A的確定方法

速度分布系數(shù) 的確定。速度分布系數(shù)定義：管道平均流速與測(cè)量頭所處位置局部流速的比值。

測(cè)量頭插于管道軸線處

^－1                （3.105）

式中 ——流速分布系數(shù)；

    Re_D——管道雷諾數(shù)；

   D——管道內(nèi)徑，mm；

  ——管壁粗糙度，mm。

測(cè)量頭插于管道平均流速處

            ＝1                              （3.106）

管道平均流速處

     y=(0.242                          (3.107)

式中 y——平均流速處至管壁的距離；

    R——管道半徑。

  由式（3.105）可見，流速分布系數(shù) 為管壁相對(duì)粗糙與管道雷諾數(shù)的函數(shù)，測(cè)量時(shí)流量大小的變化將引起 的變化。設(shè) /D＝0.001， Re_D從2 10⁴變到3 10⁵， 約變化2.8％；反之，設(shè)管道雷諾數(shù)為3 10⁵，而管道粗糙度從0.001變到0.002，則 約變化1.4％。