摘 要： 介紹了差壓式流量測(cè)量裝置的測(cè)量原理，對(duì)差壓式流量測(cè)量裝置中的孔板與均速管做了深入比較，論述了插入式流量探頭在電廠運(yùn)用的優(yōu)勢(shì)以及保證探頭安全精確使用的條件和注意事項(xiàng)。
關(guān)鍵字： 流量測(cè)量 孔板 均速管

隨著電力工業(yè)的迅速發(fā)展，各種高效率的新技術(shù)、新工藝不斷被投入使用。先進(jìn)的工藝需要高精度的控制和測(cè)量相配合。對(duì)鍋爐及汽機(jī)中的蒸汽、水、煙、風(fēng)各種介質(zhì)流量的全面精確計(jì)量，是保證機(jī)組安全及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的必要條件之一。

流量測(cè)量產(chǎn)品的種類繁多，按照廣泛的分類可以分為：容積式流量計(jì)、差壓式流量計(jì)、浮子流量計(jì)、渦輪流量計(jì)、電磁流量計(jì)、渦街流量計(jì)和質(zhì)量流量計(jì)等。各種流量計(jì)都有各自的特點(diǎn)，沒有一種測(cè)量方式或流量計(jì)能對(duì)各種流體及各種流動(dòng)工況都能適應(yīng)。不同的測(cè)量方式和結(jié)構(gòu)，要求不同的測(cè)量操作、使用方法和使用條件。每種流量計(jì)都有它特有的優(yōu)缺點(diǎn)，因此，在對(duì)各種測(cè)量方式和儀表特性做全面了解比較的基礎(chǔ)上選擇適合于具體生產(chǎn)特點(diǎn)的、既安全可靠又經(jīng)濟(jì)耐用的較佳流量測(cè)量產(chǎn)品。

1 差壓式流量測(cè)量孔板與均速管的比較

1.1 差壓式流量測(cè)量裝置種類

目前，工業(yè)測(cè)量中應(yīng)用廣泛的還是差壓式流量測(cè)量，差壓式的主流產(chǎn)品為節(jié)流式(孔板、文丘里管等)和動(dòng)壓頭式(均速管)。

利用差壓原理進(jìn)行流量測(cè)量是當(dāng)今工程領(lǐng)域中較為經(jīng)典可靠的流量檢測(cè)方式，差壓式流量計(jì)是根據(jù)安裝于管道中流量檢測(cè)件產(chǎn)生的差壓、已知的流體條件和檢測(cè)件與管道的幾何尺寸來計(jì)算流量。差壓式流量計(jì)由一次裝置(檢測(cè)件)和二次裝置(差壓轉(zhuǎn)換和流量顯示儀表)組成。通常以檢測(cè)件形式對(duì)差壓式流量計(jì)分類，如孔板流量計(jì)、文丘里流量計(jì)、均速管流量計(jì)等。
管道中流量檢測(cè)件產(chǎn)生的壓差越大，對(duì)于差壓變送器選型和成本越有益處，對(duì)于測(cè)量精度也有好處。但是由于流量測(cè)量裝置通常是根據(jù)流量大小選擇收縮比(孔板、噴嘴)，因此提高差壓的同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生壓損增加的問題。管道里的永久壓力損失增加使得需要增加管道動(dòng)力，這需要大功率的風(fēng)機(jī)、水泵等，增加了能源的消耗，使整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行成本增加。

差壓式流量計(jì)的代表產(chǎn)品為孔板，因?yàn)槿藗儗?duì)它的安裝、使用、檢修非常熟悉，且孔板易于復(fù)制，簡單、牢固，性能穩(wěn)定可靠，使用期限長，價(jià)格低廉，因此長期來應(yīng)用普遍。但孔板使用時(shí)間一長，精度會(huì)急劇下降，需要進(jìn)行定期檢測(cè)和清洗。

1.2 均速管流量計(jì)測(cè)量原理

均速管流量計(jì)是通過測(cè)量某一直徑上的流速取代孔板的截面流速，隨著均速管截面技術(shù)和開孔技術(shù)的不斷發(fā)展，其測(cè)量精度不斷提高。德國的Systec-Controls公司與德國著名的Erlangen大學(xué)聯(lián)合推出的德爾塔巴均速管流量計(jì)采用了流線形管狀設(shè)計(jì)，流量檢測(cè)是通過插入介質(zhì)管道中均速管上的兩排不均勻分布的取壓孔來檢測(cè)由流體所產(chǎn)生的差壓，得出一個(gè)由平均流速所產(chǎn)生的平均差壓，并將這個(gè)差壓通過接口傳送給變送器。通過多個(gè)不均勻的取壓孔，能盡量真實(shí)地反映管道中的平均流速。使得其不僅在流量測(cè)量上保持了高精度、高強(qiáng)度和大量程比，還使得管道壓損大大降低。使用插入式流量探頭與使用孔板相比，由于管道壓損的降低，其經(jīng)濟(jì)效益非常明顯。同時(shí)特有的探頭設(shè)計(jì)能同時(shí)滿足壓損小和差壓大的要求，方便變送器的選型。

取單點(diǎn)信號(hào)的插入式流量傳感器(如插入式渦輪、渦街、電磁等)檢測(cè)管道中的某一點(diǎn)的流速，然后通過經(jīng)驗(yàn)圖表上的流速剖面來分析這個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，推斷出平均流速。管道、流體等綜合情況復(fù)雜多變，大多是非定型的速度剖面，用一點(diǎn)的測(cè)量值來代替平均流速是不準(zhǔn)確的，直接導(dǎo)致測(cè)量精度差，重復(fù)性低。

1.3 德爾塔巴流量探頭優(yōu)點(diǎn)

(1)可測(cè)量多種介質(zhì)，應(yīng)用范圍廣，受物性及管道特性的影響極小?？趶椒秶梢詮?mm到15m；高溫高壓探頭可以工作在650℃，28MPa的蒸汽環(huán)境下，如選擇1.4828，X15CrNiSi20-12型探頭，其工作溫度可以高達(dá)1040℃；還可選擇1.4539(A904合金，X1NiCrMoCu25-20-5)和HC4型探頭，工作在具有SO，SO2的煙氣或者強(qiáng)酸強(qiáng)堿介質(zhì)中。


德爾塔巴流量探頭可用于：①各類氣體測(cè)量，包括空氣、潮濕氣體、凈化前和凈化后的各種煙氣、高溫?zé)煔?、壓縮空氣、一次風(fēng)、二次風(fēng)等；②各類蒸汽測(cè)量，包括蒸汽、飽和蒸汽、過熱蒸汽；③各類液體測(cè)量，包括水、燃油及苯類等。

(2)精度高，重復(fù)性好，量程比大(1：30)。德爾塔巴流量探頭開孔非均布，開孔點(diǎn)均基于計(jì)算軟件復(fù)雜的運(yùn)算，根據(jù)管徑、介質(zhì)和主要工藝參數(shù)確定制造參數(shù)。探頭測(cè)量精度的提高使被測(cè)參數(shù)的調(diào)節(jié)更加精準(zhǔn)。

(3)探頭取壓孔設(shè)計(jì)防堵特性。探頭開孔最大8mm，只要介質(zhì)中塵?；蝾w粒不大于130mg/m3，就不需要維護(hù)及吹掃。加裝氮?dú)獯祾吖苈房蓪?duì)大管道的高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣、燒結(jié)煙氣等高含塵氣體進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)量。

(4)流線型探頭腔設(shè)計(jì)，測(cè)量信號(hào)穩(wěn)定、波動(dòng)小。且前后取壓孔的數(shù)量和分布完全對(duì)稱，不怕裝反，還可以實(shí)現(xiàn)雙向測(cè)量。

(5)管道永久性壓損很小，對(duì)直管段要求低。插入式流量探頭在很短的直管段內(nèi)(前4D，后3D)就能保證1%的精確度，且采用非收縮節(jié)流設(shè)計(jì)，比孔板的永久壓損至少低了90%以上。

(6)安裝費(fèi)用低，基本免維護(hù)，并可在線安裝維修。

2 德爾塔巴流量探頭在主蒸汽測(cè)量和熱網(wǎng)改造的使用

德爾塔巴流量探頭應(yīng)用廣泛，在300MW/600MW大型火電機(jī)組中已大量使用，在江蘇田灣核電站上對(duì)飽和蒸汽的測(cè)量更證明了其安全性及測(cè)量精度。

德爾塔巴流量探頭在主蒸汽測(cè)量和熱網(wǎng)改造有其特有的微壓損節(jié)能的優(yōu)勢(shì)。

(1)主蒸汽流量的精確測(cè)量是為了滿足機(jī)組檢測(cè)和控制的要求，通過精確的蒸汽測(cè)量，來調(diào)節(jié)汽機(jī)的出力。一般300MW/600MW單元機(jī)組的主蒸汽流量是通過間接方法測(cè)量的，即測(cè)量汽機(jī)調(diào)節(jié)級(jí)壓力，根據(jù)主機(jī)生產(chǎn)廠家提供的數(shù)學(xué)模型來推導(dǎo)蒸汽的做功能力。主蒸汽流量測(cè)量精度不僅取決于數(shù)學(xué)模型的正確性和精度以及傳感器的精度，汽輪機(jī)設(shè)備的結(jié)構(gòu)及其運(yùn)行工況的變化、參數(shù)測(cè)點(diǎn)的安裝位置及測(cè)得參數(shù)是否具有代表性，都會(huì)影響到測(cè)量的準(zhǔn)確程度，其計(jì)算精度很難滿足運(yùn)行要求。

若設(shè)置主蒸汽流量測(cè)量，則其流量測(cè)量點(diǎn)要置于汽機(jī)前面，高溫、高壓和高流量，如果出現(xiàn)探頭斷裂，對(duì)后面汽輪機(jī)的損壞后果將不堪設(shè)想。德爾塔巴高溫高壓的流量測(cè)量元件最高應(yīng)用場合是69MPa，1200℃，探頭選型是根據(jù)管道的最高壓力和最高溫度通過相應(yīng)的軟件在線計(jì)算自動(dòng)生成，具有較高安全系數(shù)。在高溫高壓工況下，德爾塔巴探頭材料選用1.4828，其材料和制造工藝確保設(shè)計(jì)壽命可達(dá)到20萬h，可長期用于650℃以下的高溫蒸汽場合，完全可對(duì)汽輪機(jī)前的主蒸汽流量直接測(cè)量。對(duì)于主蒸汽流量測(cè)量，在探頭出口均配有冷凝壺，使高溫蒸汽在冷凝壺內(nèi)迅速降溫(下端為冷凝水，上端為蒸汽)，在正常運(yùn)行介質(zhì)溫度達(dá)到550℃時(shí)，能夠保護(hù)截止閥和差壓變送器免受高溫的影響，確保流量測(cè)量的可靠進(jìn)行。由于出廠時(shí)就將冷凝壺焊接和試壓好，所以用戶對(duì)一體化的產(chǎn)品只需安裝三閥組和變送器，分體的產(chǎn)品則在截止閥之后焊接分體引壓管，這樣減少了高溫高壓引起的泄露現(xiàn)象和現(xiàn)場的工作量。德爾塔巴流量計(jì)由于壓損小，使鍋爐提高了產(chǎn)汽量，也使鍋爐和蒸汽輸送管道的運(yùn)行更加安全可靠。

德爾塔巴流量計(jì)直接測(cè)量高溫高壓主蒸汽流量在歐洲已經(jīng)廣泛應(yīng)用，自從投用以來，已有數(shù)百個(gè)高溫高壓應(yīng)用實(shí)例，在國內(nèi)也逐步被認(rèn)可并大量使用。

(2)流量儀表的測(cè)量是供熱系統(tǒng)計(jì)量收費(fèi)的依據(jù)，因此要求流量計(jì)具有較高的測(cè)量精度。以往在熱網(wǎng)計(jì)量中使用較多的是孔板流量計(jì)和超聲波流量計(jì)，而近來德爾塔巴流量計(jì)在熱網(wǎng)蒸汽和循環(huán)水的應(yīng)用也越來越多。不僅由于其計(jì)量精度完全能滿足對(duì)熱網(wǎng)蒸汽和循環(huán)熱水的計(jì)量要求，而且當(dāng)管道溫度低于100℃、壓力小于1MPa時(shí)，可對(duì)現(xiàn)有管道實(shí)施帶壓開孔及安裝等操作，非常適合熱網(wǎng)等技術(shù)改造項(xiàng)目。德爾塔巴流量計(jì)可選用在線插拔的流量探頭，滿足了長期不能停氣的管線在線拆除和維修探頭的需要，解決了孔板等計(jì)量裝置安裝和維護(hù)困難的問題。

熱網(wǎng)應(yīng)用中常見的幾種流量計(jì)主要性能指標(biāo)比較見表1。

3 流量計(jì)安裝使用

均速管流量計(jì)是高精度傳感器，能在相當(dāng)復(fù)雜的工況下正常工作，并保持良好的性能。為了達(dá)到較佳性能，需對(duì)流量計(jì)進(jìn)行合理的安裝和維護(hù)。在選用該產(chǎn)品時(shí)一定要把測(cè)量管的內(nèi)徑提供準(zhǔn)確。因?yàn)樵O(shè)計(jì)探頭取壓孔的分布是按管道中心計(jì)算的，管內(nèi)徑如有較大誤差時(shí)，會(huì)造成探頭與被測(cè)管道不同心而引起較大的測(cè)量誤差。作為計(jì)量用的流量計(jì)建議選用滿管插入的探頭，尤其在直管段不滿足要求時(shí)更應(yīng)這樣。均速管是通過測(cè)量某一直徑上的流速取代孔板的截面流速，而不同直徑線上的流速是不完全相同 的(除非它所在位置的直管段足夠長)，因此若安裝位置和方向不合適將導(dǎo)致無效測(cè)量或者沒有精度的測(cè)量，故在選型時(shí)，需根據(jù)安裝條件進(jìn)行理論分析和計(jì)算，選擇合適的安裝位置和安裝方法，以達(dá)到較佳效果。流量計(jì)探頭安裝建議在廠家指導(dǎo)下安裝，以防止由于探頭安裝原因引起測(cè)量大幅度誤差。

參考文獻(xiàn)：
[1]周群峰.德爾塔巴一體化均速管在大型火電廠流量測(cè)量方案和應(yīng)用[Z]. 　　流量測(cè)量方法和儀表的種類繁多,分類方法也很多。至今為止,可供工業(yè)用的流量儀表種類達(dá)60種之多。品種如此之多的原因就在于至今還沒找到一種對(duì)任何流體、任何量程、任何流動(dòng)狀態(tài)以及任何使用條件都適用的流量儀表。
　　
　　這60多種流量儀表,每種產(chǎn)品都有它特定的適用性,也都有它的局限性。按測(cè)量對(duì)象劃分就有封閉管道和明渠兩大類;按測(cè)量目的又可分為總量測(cè)量和流量測(cè)量,其儀表分別稱作總量表和流量計(jì)。
　　
　　總量表測(cè)量一段時(shí)間內(nèi)流過管道的流量,是以短暫時(shí)間內(nèi)流過的總量除以該時(shí)間的商來表示,實(shí)際上流量計(jì)通常亦備有累積流量裝置,做總量表使用,而總量表亦備有流量發(fā)訊裝置。因此,以嚴(yán)格意義來分流量計(jì)和總量表已無實(shí)際意義。
　　
　　按測(cè)量原理分有力學(xué)原理、熱學(xué)原理、聲學(xué)原理、電學(xué)原理、光學(xué)原理、原子物理學(xué)原理等。
　　
　　按照目前zui流行、zui廣泛的分類法,即分為:容積式流量計(jì)、差壓式流量計(jì)、浮子流量計(jì)、渦輪流量計(jì)、電磁流量計(jì)、流體振蕩流量計(jì)中的渦街流量計(jì)、質(zhì)量流量計(jì)和插入式流量計(jì)、探針式流量計(jì)等。
　　
　　選購方法：
　　
　　一般選型可以從五個(gè)方面進(jìn)行考慮，這五個(gè)方面為流量計(jì)儀表性能方面、流體特性方面、安裝條件方面、環(huán)境條件方面和經(jīng)濟(jì)因素方面。五個(gè)方面的詳細(xì)因素如下：
　　
　　1.儀表性能方面：準(zhǔn)確度、重復(fù)性、線性度、范圍度、流量范圍、信號(hào)輸出特性、響應(yīng)時(shí)間、壓力損失等；
　　
　　2.流體特性方面：溫度、壓力、密度、粘度、化學(xué)腐蝕、磨蝕性、結(jié)垢、混相、相變、電導(dǎo)率、聲速、導(dǎo)熱系數(shù)、比熱容，等熵指數(shù)；
　　
　　3.安裝條件方面：管道布置方向，流動(dòng)方向，檢測(cè)件上下游側(cè)直管段長度、管道口徑，維修空間、電源、接地、輔助設(shè)備(過濾器、消氣器)、安裝、等；
　　
　　4.環(huán)境條件方面：環(huán)境溫度、濕度、電磁干擾、安全性、防爆、管道振動(dòng)等；
　　
　　5.經(jīng)濟(jì)因素方面：儀表購置費(fèi)、安裝費(fèi)、運(yùn)行費(fèi)、校驗(yàn)費(fèi)、維修費(fèi)、儀表使用壽命、備品備件等。
　　
　　流量計(jì)儀表選型的步驟如下：
　　
　　1、依據(jù)流體種類及五個(gè)方面考慮因素初選可用儀表類型(要有幾種類型以便進(jìn)行選擇)；
　　
　　2、對(duì)初選類型進(jìn)行資料及價(jià)格信息的收集，為深入的分析比較準(zhǔn)備條件；
　　
　　3、采用淘汰法逐步集中到1～2種類型，對(duì)五個(gè)方面因素要反復(fù)比較分析zui終確定預(yù)選目標(biāo)。
　　
　　注意事項(xiàng)：
　　
　　1.流體特性主要指燃?xì)獾膲毫?、溫度、密度、黏度、壓縮性等，由于煤氣的體積隨著溫度、壓力而變化，應(yīng)考慮是否要補(bǔ)償修正。
　　
　　2.儀表性能是指儀表的精度、重復(fù)性、線性度、量程比、壓力損失、起始流量、輸出信號(hào)及響應(yīng)時(shí)間等，選流量計(jì)時(shí)應(yīng)對(duì)上述指標(biāo)進(jìn)行仔細(xì)分析比較，選擇能滿足計(jì)量介質(zhì)流量要求的儀表。
　　
　　3.安裝條件是指燃?xì)饬飨?、管道走向、上下游直管道長度、管徑、空間位置及管件等，這些都會(huì)影響燃?xì)饷簹饬髁坑?jì)的準(zhǔn)確運(yùn)行、維護(hù)保養(yǎng)和使用壽命。
　　
　　4.經(jīng)濟(jì)因素是指購置費(fèi)、安裝費(fèi)、維護(hù)費(fèi)、校驗(yàn)費(fèi)及備品備件等，其又受燃?xì)饷簹饬髁坑?jì)的性能、可靠性、壽命等影響。
　　
　　5.精度等級(jí)和功能根據(jù)測(cè)量要求和使用場合選擇儀表精度等級(jí)，做到經(jīng)濟(jì)合算。比如用于貿(mào)易結(jié)算、產(chǎn)品交接和能源計(jì)量的場合，
　　
　　在精度等級(jí)選擇，如1.0級(jí)、0.5級(jí)，或者更高等級(jí)，用于過程控制的場合，根據(jù)控制要求選擇不同精度等級(jí)。有些僅僅是檢測(cè)一下過程流量，無需做控制和計(jì)量的場合，可以選擇精度等級(jí)稍低的，如1.5級(jí)、2.5級(jí)，甚至4.0級(jí)，這時(shí)可以選用價(jià)格低廉的插入式電磁流量計(jì)測(cè)量介質(zhì)流速、儀表量程與口徑測(cè)量一般的介質(zhì)時(shí)，電磁流量計(jì)的滿度流量可以在測(cè)量介質(zhì)流速0.5—12m/s范圍內(nèi)選用范圍比較寬。選擇儀表規(guī)格(口徑)不一定與工藝管道相同，應(yīng)視測(cè)量流量范圍是否在流速范圍內(nèi)確定，即當(dāng)管道流速偏低不能滿足流量儀表要求時(shí)或者在此流速下測(cè)量準(zhǔn)確度不能保證時(shí)，需要縮小儀表口徑，從而提高管內(nèi)流速，得到滿意測(cè)量結(jié)果。