一种标准节流装置的计算方法

　　0　引　言

　　在化工、石化、冶金、电力等过程生产企业中,用到大量的流量仪表,主要为检测仪表和总量表。流体流量参数检测与控制关系到生产过程的质量与安全。对于物料数量的测量,流量仪表起着举足轻重的作用,是能源管理及贸易结算的必备工具。

　　差压式流量计应用最为广泛、用量占流量计首位,其中尤以节流式差压流量计中检测件为标准节流装置的品种最为普及,是流量计选用优先考虑的仪表。

　　该文严格按照GB/T 2624-2006标准和ISO5167:2003中的规定和要求,根据文献^[1-3]的方法,选择了最终的设计方案,开发出标准节流装置计算软件,包括标准孔板(角接取压、法兰取压、径距取压)、标准喷嘴(ISA1932喷嘴、长径喷嘴)、经典文丘里管(粗铸收缩段、机械加工收缩段、粗焊铁板收缩段)、文丘里喷嘴四种标准节流装置设计计算。

　　1　流量测量原理

　　流量测量原理[4]是以一次装置(如孔板、喷嘴、文丘里管)安装在充满流体的管线中为依据确立的。管线中一次装置的上游侧与喉部或下游侧之间产生一个静 压差。根据该压差的实测值和流动流体的特性以及装置的使用环境,并假设该装置与经过校准的一个装置几何相似且使用条件相同就可以确定流量。

　　质量流量q_m与差压的关系符合GB/T2624标准规定的不确定度限制,q_m可用公式(1)确定:

　　式中C———流出系数,无量纲;β———节流件与管道直径比,无量纲;ε———可膨胀系数,无量纲;d———节流装置开孔直径,m;Δp———流体经过节流装置的差压,Pa;ρ———测定体积流量时的温度和压力下的流体密度,kg/m³。

　　2　节流装置设计方法

　　d是设计节流装置的重要参数,d=βD,从式(1)中可以看出,当管道内径D,被测流体的ρ,流量范围,Δp,C和ε已知时,便可以计算出β,也就计算出了d。

　　实际上,在确定安装在给定管道中的一次装置的直径比时,公式中C和ε一般都是未知的,因此事先应选择所要采用的一次装置的类型。可以将流量公式改写为

　　由于C和ε为未知量,不能直接求出β,这时可以采用迭代法来计算出d。

　　首先将公式中未知量和已知量分别移至方程两边,并令他们等于A₂,可以得到

　　首先给C和ε赋一个初值C₀和ε₀(C₀=0.606(孔板),C₀=1(其他一次装置);ε₀=1),计算出第一个假定量x₁。再将x₁代入未知值的一边,经计算得到β。又因β是C和ε的函数,所以可以迭代出C₁和ε₁。令