平衡流量计的性能分析

    1　引　言

    差压式流量计^[1]应用非常广泛,标准节流装置是流量计选用优先考虑的仪表。目前,节流式差压流量计可选用的节流元件通常为孔板、喷嘴、文丘里管、均速管、机翼等。其中,孔板和喷嘴的节流原理是边缘节流;文丘里管的节流原理是缩管节流;均速管的节流原理是双腔节流;机翼的节流原理是机翼式节流。每一种节流元件都有其优势和弊端,设计人员要根据需要选择一种更加适合工况的节流元件。随着技术的进步,节流元件的不断改进,一种平衡差压节流装置已经通过试验并逐步应用到石化装置中。采用这种节流元件的流量计被称为平衡流量计,该技术是由美国国家航空航天局马歇尔航空飞行中心设计发明,2004年获得产品发明系列专利,并于2006年获得总统颁发的发明大奖。

    2　平衡流量计的性能优势

    平衡流量计是一种革命性的差压式流量仪表^[2],其传感器是一个多孔的圆盘节流整流器,安装在管道的截面上,每个孔的尺寸和分布基于独特的公式和测试数据定制,称为函数孔。当流体穿过圆盘的函数孔时,流体将被平衡调整,涡流被最小化,形成近似理想流体,通过取压装置,可获得稳定的差压信号,根据伯努利方程计算出体积流量、质量流量。下面将详细阐述平衡流量计的性能特点。

    2.1　平衡流场和减少涡流

    现今大量使用的标准节流装置,由于只有一个流通孔,孔两边的死区产生大量的涡流,消耗流体的动能,会导致很大的永久压力损失;随机和杂乱涡流所形成的噪声引起取压点信号波动,使测量线性度和重复性降低;一个孔的结构,需要很长的直管段来整理流场和恢复压力。

    平衡流量计通过多孔圆盘节流整流器,能巧妙实现流体平衡测量,明显减少涡流的形成、降低死区效应、减少流体动能的损失,降低涡流带来的取压点信号波动,如图1所示。

    2.2　减少永久压力损失

    平衡流量计多孔对称的平衡设计,减少了涡流的形成和紊流摩擦,降低了动能损失,在同样的测量工况不降低差压值的情况下,可比传统节流装置减少2.5倍的永久压力损失,从而降低了较大的运行能量成本,是一种节能型仪表。

   2.3　直管段要求低、方便测量双向流

   平衡流量计能将流场平衡调整稳定,且压力恢复比传统节流装置快两倍,大大缩短了对直管段的要求。大多数情况下直管段可以小至0.5D,采用平衡流量计可以省去大量直管段,尤其是特殊昂贵材料的管道。另外,平衡流量计左右完全对称,因此可以十分方便地测量双向流。

    2.4　其他性能优势