管流量計的工作原理

原理

流體在管道中流動，在流經彎管時
，流體類似於流過一個整流器
，由於彎曲管壁的導流作用，在進入彎管前2D左(zuo)右(you)流(liu)體(ti)內(nei)側(ce)被(bei)加(jia)速(su)，而(er)流(liu)體(ti)外(wai)側(ce)被(bei)減(jian)速(su)，直(zhi)至(zhi)進(jin)入(ru)彎(wan)管(guan)流(liu)體(ti)的(de)流(liu)速(su)形(xing)式(shi)被(bei)整(zheng)流(liu)成(cheng)近(jin)似(si)於(yu)自(zi)由(you)旋(xuan)流(liu)理(li)論(lun)描(miao)述(shu)的(de)梯(ti)形(xing)速(su)度(du)流(liu)動(dong)模(mo)式(shi)，且(qie)在(zai)彎(wan)管(guan)45°截麵處達到最大，這個過程將持續在整個彎管中。在彎管出口處及下遊2D範圍內，流速模型的變化過程是進口變化的反過程。彎管在45°截麵各質點流速分布如圖1所示。

 
圖1：彎管在45°截麵各質點流速分布

根據質量守恒定律、能量守恒定律和動量守恒定律，在相同過流截麵
，各流質點的能量不變，由於各質點流速的變化，就形成了彎管的內外側壓差△P45°截麵時達到最大，最穩定。且45°彎管斷麵的流體平均速度vDP 因此當彎管傳感器的幾何結構尺寸確定之後

，隻要測取彎管45°截麵的內、外側壓差DP和流體的密度r就可以確定流體的平均流速v。符合平方比例關係，流量愈大，差壓愈大。流體流過彎管時的流量係數與彎管的幾何結構尺寸（彎曲半徑R和內徑D）有密切關係，即流量係數a＝f（R，D）與壓差。

數學表達式

 

式中，a(R．D—流量係數；)

 
圖2：彎管流量傳感係統的組成

 
圖3：彎管流量計數學模型的框架圖

 
圖4：彎管流量傳感器

測量係統的組成

彎管流量計的基本組成包括彎管傳感器和主機，還需要配置差壓變送器、壓力變送器和溫度變送器，係統組成如圖2所示。

差壓變送器用來檢測彎管傳感器產生的差壓值，因此它是彎管流量計測量係統必不可少的配件。

係(xi)統(tong)是(shi)否(fou)配(pei)置(zhi)壓(ya)力(li)和(he)溫(wen)度(du)變(bian)送(song)器(qi)
，要(yao)根(gen)據(ju)具(ju)體(ti)測(ce)量(liang)對(dui)象(xiang)來(lai)決(jue)定(ding)，對(dui)於(yu)測(ce)量(liang)蒸(zheng)汽(qi)或(huo)其(qi)它(ta)氣(qi)體(ti)介(jie)質(zhi)的(de)係(xi)統(tong)
，原(yuan)則(ze)上(shang)必(bi)須(xu)配(pei)置(zhi)溫(wen)度(du)和(he)壓(ya)力(li)變(bian)送(song)器(qi)，因(yin)為(wei)在(zai)測(ce)量(liang)彎(wan)管(guan)傳(chuan)感(gan)器(qi)差(cha)壓(ya)的(de)同(tong)時(shi)

，必(bi)須(xu)測(ce)量(liang)介(jie)質(zhi)的(de)溫(wen)度(du)、壓力值，以便能對蒸汽或氣體進行必要的實時溫
、壓補償。見圖3。

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測量係統特點

傳感器結構簡單

彎管傳感器利用管道係統彎頭作檢測元件，無附加壓損及專門安裝節流元件是其優點，彎管取壓口開在45o處
，取壓口結構與標準孔板相同，兩個平麵內的兩個取壓口對準，使其能處於同一條直線上，如圖4。

彎管傳感器是機加工而成的幾何精度很高的90°wantou，tashiwanguanliuliangjidehexinbujian。meigeliuliangchuanganqiyinjihechicunbutong
，liuliangxishuyegebuxiangtong。caiyongshukongjichuangjiagongdewanguanchuanganqi，wanguanneibiyingjinliangbaochiguanghua，gexiangjihejiegouchicunkeyibaozheng，liuliangjidezhunquedudengjiyedadao1.0級
，

免維護的流量傳感器

彎管流量計在工作中不會磨損；在高速流體衝擊下不會變形、扭曲、震動
；對於環境中可能出現的震動、粉塵
、潮濕
、電磁場幹擾不敏感
；經過長周期運行
，其穩定性、靈敏度、準確性不會發生明顯變化；能在最大程度上防止傳感器被粘汙、結疤、堵塞等等。保證了流量計長期高精度測量的工作狀態。
彎管傳感器因耐磨損、免維護、長周期高精度運行的特點，可滿足直接焊接安裝的技術條件，焊接法安裝解決了流量測量裝置現場跑、冒、滴、漏等令人頭痛的問題。

無任何附加節流件或插入件，無附加壓力損失，節約能源

對孔扳流量計來說
，流體在孔板上的壓力損失是不可恢複的

，其損失可達孔板在該流量下產生的差壓值的60%~80%，為了提高其測量精度
，設計人員在選定孔板流量計的工作差壓值時一般都取高值
，使該壓力損失成為不可忽視的數值。

彎管流量計則不存在管道附加阻力損失的問題，孔板的節流損耗可簡單地看作是彎管流量計的節能效果，這對於那些大係統、大管徑
、大流量、低壓力的測量對象好處更加明顯。

可測量容易髒汙
、易堵塞傳感器的流體

循xun環huan水shui水shui質zhi較jiao差cha，對dui流liu量liang測ce量liang裝zhuang置zhi的de汙wu染ran較jiao大da。孔kong板ban流liu量liang計ji的de節jie流liu件jian或huo渦wo街jie流liu量liang計ji的de插cha入ru件jian極ji易yi被bei循xun環huan水shui玷dian汙wu或huo堵du塞sai，尤you其qi是shi孔kong板ban節jie流liu口kou的de直zhi角jiao部bu分fen，即ji使shi是shi輕qing微wei的de玷dian汙wu也ye會hui對dui測ce量liang精jing度du造zao成cheng極ji大da的de影ying響xiang。彎wan管guan傳chuan感gan器qi對dui於yu類lei似si循xun環huan水shui這zhe樣yang的de介jie質zhi（如裂解產生的高溫裂解氣等）其適應性是不用懷疑的，即使是長期的運行也能保證彎管流量計的正常工作，保證其足夠的測量精度。

適應性強，量程範圍寬
、直管段要求不嚴格

隻要是能用孔板、渦街，均速管等流量計進行測量的流體都可用彎管流量計來進行流量測量，且在耐高溫

、耐高壓、耐衝擊、耐震動、耐潮濕
、耐粉塵等方麵，彎管流量計遠遠優於這些常用的流量計。

高溫、高壓
、衝擊、震動使渦街流量計適用範圍十分有限，這與它的測量原理有關。震動、衝擊對彎管傳感器的正常工作幾乎沒有影響
，而高溫、高壓對於彎管傳感器來說隻要采用與工藝管道相同材質的標準彎頭
，就可以得到解決。

量程範圍寬，一方麵是指彎管流量計對於其測量介質的流速適用範圍寬。如蒸汽或其它氣體介質，流速範圍為5m/s～70m/s


，液體介質流速範圍為0.3m/s～5m/s。有足夠精度的微差壓變送器相配合
，則流體流速的低限可取得很小。高質量微差壓變送器的應用使彎管流量計能夠適應低流速
、小信號測量的要求。總之，彎管流量計的量程範圍完全可以滿足不同對象的流量測量的要求。

量程範圍寬的另一方麵是指彎管傳感器的幾何尺寸沒有限製，管徑可從十幾毫米到1m甚至2m以yi上shang。直zhi管guan段duan要yao求qiu不bu嚴yan格ge也ye是shi彎wan管guan流liu量liang計ji在zai現xian場chang使shi用yong中zhong十shi分fen重zhong要yao的de特te點dian之zhi一yi
，許xu多duo流liu量liang測ce量liang裝zhuang置zhi都dou因yin為wei現xian場chang直zhi管guan段duan不bu能neng滿man足zu要yao求qiu而er不bu能neng進jin行xing測ce量liang或huo不bu能neng保bao證zheng其qi測ce量liang精jing度du。彎wan管guan流liu量liang計ji在zai實shi際ji應ying用yong時shi隻zhi需xu保bao證zheng前qian5D、後2D，遠遠低於其它流量測量裝置的要求。

測量精度高

實驗證明
，彎管流量計的測量準確度可達到1.0%。

測量數據可直接接入DCS係統

測量數據可引入DCS，它可實現溫壓補償等運算功能，可實現瞬時量、累計量、報表、打印等功能

可以實現雙向計量

彎管流量計的應用

蒸汽計量

wanguanliuliangjiyongyuzhengqiliuliangdeceliang，shizhengqiliuliangceliangzhuangzhirongyixieloudenantidedaogenbenxingdejiejue，wuzulisunshideyoudian
，kehuodegenghaodejingjixiaoyi，naimosun、長周期運行不需要進行複雜維護和修理，使運行維修費用降到最低點。

我廠原蒸汽計量采用標準孔板法蘭取壓方式，由於S100（10MPa）蒸汽壓力高，管徑12in.，每mei套tao孔kong板ban有you兩liang個ge密mi封feng墊dian片pian，每mei次ci在zai送song與yu停ting切qie換huan過guo程cheng中zhong，受shou熱re脹zhang冷leng縮suo作zuo用yong
，導dao致zhi孔kong板ban泄xie漏lou
，最zui終zhong無wu法fa使shi用yong。使shi用yong彎wan管guan流liu量liang計ji，采cai用yong焊han接jie安an裝zhuang,徹底解決了以上弊病
，保證了S100計量表的長周期運行。

利(li)用(yong)彎(wan)管(guan)流(liu)量(liang)計(ji)可(ke)測(ce)雙(shuang)向(xiang)流(liu)原(yuan)理(li)，在(zai)一(yi)條(tiao)管(guan)道(dao)上(shang)安(an)裝(zhuang)一(yi)個(ge)流(liu)量(liang)傳(chuan)感(gan)器(qi)，安(an)裝(zhuang)兩(liang)台(tai)差(cha)壓(ya)變(bian)送(song)器(qi)，可(ke)以(yi)實(shi)現(xian)雙(shuang)方(fang)互(hu)供(gong)蒸(zheng)汽(qi)的(de)計(ji)量(liang)
，兩(liang)台(tai)差(cha)壓(ya)變(bian)送(song)器(qi)正(zheng)負(fu)壓(ya)相(xiang)互(hu)反(fan)接(jie)，采(cai)用(yong)同(tong)一(yi)溫(wen)壓(ya)補(bu)償(chang)
，大(da)大(da)節(jie)省(sheng)了(le)開(kai)支(zhi)。如(ru)果(guo)電(dian)廠(chang)鍋(guo)爐(lu)出(chu)現(xian)問(wen)題(ti)，由(you)我(wo)廠(chang)給(gei)外(wai)網(wang)提(ti)供(gong)蒸(zheng)汽(qi)動(dong)力(li)，反(fan)之(zhi)，由(you)電(dian)廠(chang)給(gei)我(wo)廠(chang)提(ti)供(gong)蒸(zheng)汽(qi)動(dong)力(li)，保(bao)證(zheng)了(le)化(hua)工(gong)一(yi)廠(chang)輔(fu)助(zhu)鍋(guo)爐(lu)產(chan)S100、S40、S10
、S8蒸汽平衡，同時也確保了雙方互供蒸汽的計量準確度。

溫壓補償

為了保證蒸汽介質流量測量的準確性
，必須在測量介質流量的同時，測量出介質的溫度和壓力值，利用DCS的運算補償功能
，在線對介質的密度進行計算和補償。溫壓補償公式如下：

 

式中，FiFoPkPa）；PbkPa）；T(℃)；Tb(℃)。—參比溫度—測量溫度—參比壓力（—測量壓力（—補償後流量；—測量流量；

我廠采用日本橫河的CS3000 DCS控製係統，它具備在線溫壓補償運算的功能
，能對我廠蒸汽測量中密度的變化進行必要的在線補償和修正。如圖5
，在溫壓補償功能塊TPCFL的詳細組態中，需要填寫是溫度補償還是壓力補償，可同時補償
，也可單獨補償。

 
圖5：溫壓補償功能塊組態圖

使用中幾點注意事項

彎管流量計是一種差壓式流量計，針對常用流體
，其產生的差壓值介於100Pa~60kPa之間，比孔板流量計產生的差壓值要小，一些安裝中的不正確，均會給測量帶來較大的誤差，

（1）在含水量較高的氣體測量中，避免水進入導壓係統
，造成係統無法測量。

在壓縮空氣
、燃料氣、裂(lie)解(jie)氣(qi)等(deng)很(hen)多(duo)氣(qi)體(ti)流(liu)體(ti)中(zhong)均(jun)含(han)有(you)大(da)量(liang)的(de)水(shui)份(fen)，基(ji)本(ben)是(shi)處(chu)於(yu)飽(bao)和(he)狀(zhuang)態(tai)
，有(you)的(de)在(zai)管(guan)道(dao)的(de)下(xia)方(fang)形(xing)成(cheng)水(shui)層(ceng)，采(cai)用(yong)常(chang)規(gui)安(an)裝(zhuang)方(fang)式(shi)，水(shui)會(hui)流(liu)入(ru)彎(wan)管(guan)傳(chuan)感(gan)器(qi)內(nei)側(ce)取(qu)壓(ya)口(kou)

，進(jin)入(ru)導(dao)壓(ya)係(xi)統(tong)
，外(wai)側(ce)也(ye)會(hui)有(you)少(shao)量(liang)的(de)凝(ning)結(jie)水(shui)進(jin)入(ru)，正(zheng)負(fu)壓(ya)導(dao)管(guan)中(zhong)進(jin)水(shui)量(liang)不(bu)等(deng)

，給(gei)差(cha)壓(ya)的(de)測(ce)量(liang)帶(dai)來(lai)不(bu)可(ke)確(que)定(ding)的(de)附(fu)加(jia)誤(wu)差(cha)

，應(ying)使(shi)彎(wan)管(guan)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)兩(liang)側(ce)取(qu)壓(ya)體(ti)均(jun)向(xiang)上(shang)傾(qing)斜(xie)，並(bing)向(xiang)上(shang)引(yin)導(dao)壓(ya)管(guan)
，連(lian)接(jie)差(cha)壓(ya)變(bian)送(song)器(qi)
，即(ji)避(bi)免(mian)了(le)管(guan)道(dao)中(zhong)的(de)水(shui)進(jin)入(ru)導(dao)壓(ya)係(xi)統(tong)，又(you)可(ke)以(yi)使(shi)導(dao)壓(ya)係(xi)統(tong)中(zhong)凝(ning)結(jie)的(de)水(shui)順(shun)利(li)流(liu)回(hui)管(guan)道(dao)中(zhong)
，不(bu)會(hui)影(ying)響(xiang)計(ji)量(liang)。

如ru果guo考kao慮lv差cha壓ya變bian送song器qi維wei護hu的de方fang便bian等deng原yuan因yin，要yao求qiu差cha壓ya變bian送song器qi必bi須xu裝zhuang在zai管guan道dao下xia方fang
，可ke采cai用yong取qu壓ya體ti及ji導dao壓ya管guan先xian向xiang上shang，再zai向xiang下xia，避bi免mian大da量liang的de水shui流liu入ru導dao壓ya係xi統tong，並bing在zai導dao壓ya係xi統tong的de最zui低di點dian加jia裝zhuang集ji液ye罐guan
，使shi得de導dao壓ya係xi統tong凝ning結jie的de水shui流liu入ru集ji液ye罐guan中zhong，定ding期qi排pai水shui，可ke以yi保bao證zheng正zheng常chang計ji量liang。

(2) 蒸汽流量測量中，導壓係統用於導壓的介質為水，常溫水的密度為998kg/m3(20℃時)
，1mm水柱產生的壓力約為9.8 Pa
，如采用傳統的冷凝罐作為液位平衡器
，管道中溫度壓力的突變會打破冷凝罐中的平衡狀態，造成液位波動
，對於孔板流量計（產生的壓力差約為10~100kPa）影響很小，但對於彎管流量計在小流量測量中則可能產生較大的影響。

彎管流量計選用盤式冷凝器作為液位平衡器，安裝時隻要保證盤麵水平，汽
、yefenjiemianzaitongyishuipingmianqianhouyidong，yeweigaodushizhongchuyutongyishuipingmian，qidaolelianghaodeyeweipinghengzuoyong
，yibiaotouyonghou，yudaozhengqitingzhishusongshi
，duichayabiansongqijinxinglingdianqianyi，kejiejueyeweibupinghengzaochengdelingdianwucha。

(3) 任何流量計均存在著小流量問題。彎管流量計雖然相對其它流量計性能良好
，但依然存在著一個下限指標（流速≥5m/s）
，所以在選擇彎管傳感器口徑時，一定保證最低流速大於5m/s，即使實際流量偏高，彎管流量計在高達120m/s流速情況下，依然保證測量精度（調整差壓變送器量程即可實現）。

結論

綜(zong)上(shang)所(suo)述(shu)，彎(wan)管(guan)傳(chuan)感(gan)器(qi)中(zhong)沒(mei)有(you)插(cha)入(ru)件(jian)或(huo)者(zhe)節(jie)流(liu)件(jian)等(deng)流(liu)量(liang)轉(zhuan)換(huan)環(huan)節(jie)和(he)元(yuan)件(jian)
，隻(zhi)是(shi)將(jiang)作(zuo)為(wei)彎(wan)管(guan)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)標(biao)準(zhun)彎(wan)頭(tou)代(dai)替(ti)原(yuan)來(lai)安(an)裝(zhuang)在(zai)管(guan)道(dao)上(shang)的(de)彎(wan)頭(tou)進(jin)行(xing)流(liu)量(liang)測(ce)量(liang)，因(yin)此(ci)彎(wan)管(guan)流(liu)量(liang)計(ji)是(shi)名(ming)副(fu)其(qi)實(shi)無(wu)附(fu)加(jia)壓(ya)力(li)損(sun)失(shi)的(de)節(jie)能(neng)型(xing)流(liu)量(liang)測(ce)量(liang)裝(zhuang)置(zhi)。長(chang)期(qi)高(gao)低(di)溫(wen)工(gong)作(zuo)條(tiao)件(jian)下(xia)不(bu)會(hui)老(lao)化(hua)、變質而降低穩定性和靈敏度；對於環境中可能出現的震動、粉塵、潮濕、電磁幹擾不敏感；長期運行穩定性
、靈敏度
、準確性不發生變化。