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化工楔形流量计选型选购

时间:2017/06/23来源:未知

摘要:介绍了楔形流量计的原理及应用范围,探讨了楔形流量计对介质雷诺数下限的要求 ;介绍了楔形流量计差压值的确定方法;以实际案例为例,采用PresoFlowCal软件对楔形流量计差压值及压损进行计算。结合工程经验,对与楔形流量计配套使用的差压变送器进行选型,根据不同的工况,给出建议的安装方式。

  在石化装置中,存在一些易结晶、黏稠、脏污、磨蚀、低雷诺数、含有悬浮物、高温等工况的介质,如原油、泥浆、煤焦油、废水、沥青、氯气等,常用的流量计如孔板、涡街、电磁等流量计无法克服堵塞、低雷诺数、磨损、腐蚀等问题,故给设计选型带来一些困扰。楔形流量计能够有效克服上述恶劣工况,提供高性能的流量解决方案,取得了满意的测量效果。
 
1、原理及应用范围:
  楔形流量计结构如图 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“ ”型体节流件,当流体中含有杂质或者固体V 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 DN1200 ,特殊口径可至 ,压力等级高至,测量精度为 ,可测量黏度高至PN420 ±0.5%FS 3Pa·s的介质。
图	1	楔形流量计结构

楔形流量计结构
  楔形流量计对介质雷诺数下限的要求, /HGT—  《自动化仪表选型设计规范 》 条20507 2014 6.2.4 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,宜选浮物的高黏度液体、蒸汽、气体的流量测量、雷诺数大于 时可选用楔形流量计”; / 500 —SHT3005 《石油化工自动化仪表选型设计规范》中规2016 定:“当测量高黏度、低雷诺数(最低至 )的流500 体 时,可 选 用 楔 形 流 量 计 ”;已 作 废 的 SHT—   《石油化工自动化仪表选型设计规3005 1999 范 中规定 测量高黏度 低雷诺数 低至 的》 :“ 100 流体,如原油、油浆、渣油、沥青等,可选用楔式流量计”。 上述 个前后版本中关于楔形流量计对介质4 最低雷诺数的说法不一致,其中 —HGT20507 2014 对雷诺数的要求相悖。SHT3005 2015 查看厂家样本资料  如 ABB FPD470 系列 BadgerMeter Preso 楔形流量计要求雷诺数下限值为 ,大韩 DHWM 系列、捷达 WM 系列楔500 形流量计要求雷诺数下限值为 ,当雷诺数再低300 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

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: ———差压值, ; ———介质工况下体
  kPa          
                 
积流量, /; ———流量常数。        
  m h              
)对于测量液体介质,流量常数 见下式所示:
                   
                     
            ()
               
          ×a ×ρ
   × ×
式中:———单位转换系数,=0.1264;———流量系数;———楔形流量计内径,mm;———材料 热 膨 胀 系 数,mm/mmρ———介 质 密 度,kg。楔形流量计的流量系数和流量计的口径及楔块比()有关,计算时可参考表1中 Preso楔形流量计数据。
 
  1 Preso 楔形流量计流量系数  
           
           
        楔块比(/ )  
口径         H D  
  0.2   0.3 0.4 0.5
           
         
DN15 0.1137 0.1990 0.3076 0.4627
DN20 0.1104 0.1954 0.3074 0.4454
DN25 0.1072 0.1917 0.3074 0.4280
             
        续  表1    
             
               
        楔块比      
          (/ )    
口径       H D    
    0.2 0.3 0.4   0.5
               
               
               
               
               
DN32 0.1074 0.1923 0.2925 0.4190
DN40 0.1076 0.1929 0.2778 0.4101
         
               
DN50 0.1098 0.1896 0.2860 0.4173
         
DN65 0.1041 0.1846 0.2832 0.4180
         
DN80 0.0984 0.1795 0.2805 0.4188
         
DN100 0.1086 0.1876 0.2918 0.4257
               
               
DN150   0.1876 0.2882 0.4051
               
DN200   0.1853 0.2873 0.4019
DN250   0.1863 0.2809 0.3944
         
DN300   0.1875 0.2778 0.3889
         
         
DN350   0.1885 0.2819 0.3842
         
DN400   0.1849 0.2795 0.3784
         
DN450   0.1848 0.2756 0.3764
               
DN500   0.1862 0.2780 0.3778
               
               
  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          
             
           
               
  )对于测量气体介质,流量常数 见下式
       
        所示:

 
 
()
     
 ×P × ×a ××ρ
式中:———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]如图所示。
 
将楔形流量计  换算成孔板流量计的β如楔形流量计 =0.5与孔板β=0.7070
的节流面积比是一样的[6],详见表所列。
楔形流量计 与孔板β 值换算[7]
 
等效 β
H D    
0.2 0.377
0.3 0.502
0.4 0.611
0.5 0.707
       
 
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。
 
ppl1-β1.9
式中:pp———永久压力损失,kPa。
图2 相同β值情况下几种流量计压损比较示意

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 943k/m,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  的值得到合适的差压值,确定  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  选用0.3,流量系数为0.1854在满刻度220th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。
 
5、楔形流量计的安装:
   楔形流量计多用于介质高黏度或者强腐蚀性等场合,常与毛细管式法兰膜片密封式差压变送器配套使用,差压变送器与楔形流量计之间配备法兰式切断阀方便检维修,对于高黏度的介质还需配备冲洗环。
   若仪表订货是在基础工程设计阶段时,建议带隔离装置的毛细管差压变送器与楔形流量计成套订货,并采用一体式的安装形式,将差压变送器固定在楔形流量计上,避免过长的毛细管的长度影响测量精度或过短的毛细管长度影响安装。在详细工程设计阶段时,需提相关安装条件给配管专业,将楔形流量计安装在便于维护的场合。
  罗斯蒙特1199远传膜片装置采用D.C.704高温硅油时介质温度上限是315℃[8],EJA118系列隔膜密封装置允许介质温度上限是300[9],当介质温度过高采用上述带毛细管远传膜片式差压变送器与楔形流量计配套使用时容易造成测量误差。当介质高黏度且高温时,楔形流量计的接管长度可选150mm,利用盲肠效应进行降温,避免高温伤及仪表及堵塞发生。
 
6、结 论:
   掌握楔形流量计差压值的计算有利于指导设计选型,流量计直管段的要求与楔块比有关系,根据确定的楔块比提出流量计安装要求;设计过程中应根据具体工况选择合适的安装方式。楔形流量计在使 用 过程中运行稳定,维 护 量 少,价格便宜[10],有很大的应用前景。

作者:高嗣晟
(中国石油集团东北炼化工程有限公司 葫芦岛设计院,辽宁 葫芦岛125000)

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