摘  要： 介紹彎管流量計的工作原理。采用彎管流量計對前進熱電廠3臺65t/h鍋爐、3臺1.2萬kW機組進行改造，較好地解決了能源的計量問題。
關(guān)鍵字： 彎管流量計；差壓；特點；節(jié)能

引言

隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，企業(yè)對能源的要求越來越重視。工藝過程控制、生產(chǎn)成本核算、能源計量考核等能源調(diào)控方面的問題對流量測量越來越依賴，因此準(zhǔn)確測量蒸汽、天然氣、水等介質(zhì)的流量在工業(yè)能源節(jié)能方面越來越重要。彎管流量計的研究、設(shè)計已有80余年的歷史，但因各種技術(shù)的限制其工業(yè)應(yīng)用存在很大困難。隨著彎管加工技術(shù)和測量技術(shù)的進步，在最近幾年得到廣泛關(guān)注和有效推廣。對傳統(tǒng)流量計與彎管流量計的應(yīng)用性能進行比較，經(jīng)過比對、測算分析，彎管流量具有壓損小、易維護、測量精度高、重復(fù)性好等特點，能夠較好地解決能源的計量問題。

1 彎管流量計的工作原理

彎管流量計與傳統(tǒng)的孔板流量計一樣，同屬于差壓式流量計的范疇，只是彎管流量計產(chǎn)生差壓的方式與孔板流量計不同。孔板是利用流體的縮放原理產(chǎn)生差壓的，而彎管傳感器是利用流體的慣性原理產(chǎn)生差壓的。當(dāng)流體通過彎管時，由于受彎管的約束流體被迫作類似的圓周運動，流體在作圓周運動時產(chǎn)生的離心力作用于彎管的內(nèi)外兩側(cè)，使彎管傳感器內(nèi)外兩側(cè)之間產(chǎn)生一個壓力差。該壓力差的大小與流體的密度、平均流速、管道的曲率半徑、管道內(nèi)徑有關(guān)，其表達式為：

式中，υ為流體值彎管中的平均流速；R為彎管中心曲率半徑；D為彎管的內(nèi)徑；R/D為彎管中心曲率半徑；ΔP為流體通過彎管傳感器時產(chǎn)生的差壓值；ρ為介質(zhì)的密度。

管道內(nèi)流體的流量：

式中，S為管道的內(nèi)截面積；α為流量系數(shù)。

從以上可知，只要準(zhǔn)確測量出壓力差，在進行運算的同時再考慮到溫度、壓力對于介質(zhì)密度的影響進行必要的溫度補償，就能準(zhǔn)確地測量介質(zhì)的流量。

2 彎管流量計與其他流量計性能比較

（1）結(jié)構(gòu)簡單，性價比高。

彎管傳感器實際上是一個90°標(biāo)準(zhǔn)彎頭，沒有比它結(jié)構(gòu)更簡單的流量傳感器了。隨著機械加工工業(yè)的發(fā)展和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化及規(guī)范化管理的不斷完善，用作彎管傳感器的標(biāo)準(zhǔn)機制彎頭質(zhì)量越來越好，價格也越來越低。

（2）可測量容易臟污、易堵塞的介質(zhì)。

煤氣（包括高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣、發(fā)生爐煤氣等）、煙氣等屬臟污介質(zhì)，容易堵塞、粘連傳感器關(guān)鍵部位，直接影響測量。傳統(tǒng)孔板流量計及渦街流量計基本無法保證長期運行的準(zhǔn)確性與穩(wěn)定性。循環(huán)水水質(zhì)較差，對流量測量裝置的污染影響較大。孔板流量計的節(jié)流件或渦街流量計的插入件極易被循環(huán)水玷污或堵塞，尤其是孔板節(jié)流口的直角部分，即使是輕微的玷污也會對測量精度造成極大的影響。彎管傳感器對于類似煤氣、循環(huán)水這樣的介質(zhì)其適應(yīng)性良好，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。

（3）適應(yīng)性強，量程范圍寬，直管段要求不高。

只要是可以用孔板、渦街、均速管流量計來測量的管道內(nèi)流體流量都可以用彎管流量計進行測量，而且在耐高溫、耐高壓、耐沖擊、耐振動、耐潮濕、耐粉塵等方面，彎管流量計遠優(yōu)于其它流量計。對于渦街流量計來說其使用性是十分有限的，這與其測量原理有關(guān)，實測測量結(jié)果產(chǎn)生較大的附加誤差影響了測量精度，造成測量不準(zhǔn)。所有這些問題對彎管流量計來說幾乎沒有影響。而高溫、高壓等問題對于彎管傳感器來說，只要采用與工藝管道相同材質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)彎頭，就可以得到解決。

彎管流量計的量程比可達1：10。量程范圍寬一方面是指彎管流量計對于其測量介質(zhì)的流速適用范圍寬，對于蒸汽或其它氣體介質(zhì)，流速范圍為0~70m/s，可以較好地滿足蒸汽流量測量的要求；液體介質(zhì)流速范圍為0~5m/s。以上所說的流速范圍也沒有嚴格的限制，如果被測介質(zhì)沒有上限流速的限制，則流速范圍還可更大；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(zhì)量微差壓變送器的應(yīng)用使彎管流量計能夠適應(yīng)低流速、小信號測量的要求。總之，彎管流量計的量程范圍完全可以滿足不同對象的流量測量的要求。量程范圍寬的另一方面是指彎管傳感器的幾何尺寸沒有限制，管徑可從十幾毫米到1m甚至2m以上。

直管段要求不高也是彎管流量計在現(xiàn)場使用中十分重要的特點之一，許多流量測量裝置都因為現(xiàn)場直管段不能滿足要求而不能進行測量或不能保證其測量精度。彎管流量計由于其特殊的測量原理，使其在實際應(yīng)用時對直管段的要求不高，一般只要求前5D、后2D即可，遠遠低于其他流量測量裝置的要求。

（4）彎管流量計精度高，重現(xiàn)性好，測量精度可達1％，重現(xiàn)性精度可達0.02％，一次安裝后，不再需要重復(fù)拆裝，因此，其安裝精度也能得到最佳保證。

（5）無任何附加節(jié)流件或插入件，無附加壓力損失，節(jié)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復(fù)的，其損失可達孔板在該流量下產(chǎn)生的差壓值的60%~80%。彎管流量計與其他流量計相比最重要的是無任何附加節(jié)流件或插入件，不存在管道附加阻力損失的問題，孔板的節(jié)流損耗可簡單地看作是彎管流量計的節(jié)能效果，這對于那些大系統(tǒng)、大管徑、大流量、低壓力的測量對象好處更加明顯。這一特點給彎管流量計的工業(yè)化應(yīng)用帶來了巨大的便利和經(jīng)濟效益。

（6）免維護。

彎管流量計傳感器耐磨損，對微量磨損不敏感，在高速流體沖擊下不會變形、扭曲、震動，長期高低溫工作條件下敏感元件不會老化、變質(zhì)而降低穩(wěn)定性和靈敏度；對于環(huán)境中可能出現(xiàn)的震動、粉塵、潮濕、電磁場干擾不敏感，經(jīng)過長周期運行它的穩(wěn)定性、靈敏度、準(zhǔn)確性不會發(fā)生明顯變化，能在最大程度上防止傳感器被粘污、結(jié)疤、堵塞等等。而孔板流量計的節(jié)流口對微量磨損就十分敏感。一般計量用孔板流量計的孔板每年必須進行一次或一次以上的強制性磨損檢查，這是保證孔板流量計準(zhǔn)確計量的必要條件。對于那些大管徑的孔板和蒸汽孔板，其拆裝難度大，維修費用高，給使用者帶來了額外的負擔(dān)。彎管傳感器因耐磨損、免維護、長周期高精度運行的特點，可采用直接焊接法進行安裝，使現(xiàn)場跑冒滴漏的問題得到徹底的解決。

（7）測量數(shù)據(jù)可直接輸入DCS系統(tǒng)。專用主機配有RSR-232/485通信接口。

3 彎管流量計的應(yīng)用分析

以前進熱電廠現(xiàn)有3臺65t/h鍋爐，3臺1.2萬kW機組的流量計改造為依據(jù)進行分析。

3.1 改造方案

3臺65t/h鍋爐改造前的生產(chǎn)工藝如圖1所示。每臺鍋爐主蒸汽管道原安裝2個孔板流量計。由于孔板流量計采用截流產(chǎn)生壓差的原理計算蒸汽流量，因此，蒸汽在流過孔板時造成壓力損失。經(jīng)測定，蒸汽流過孔板流量計造成壓力損失約0.05MPa，蒸汽由鍋爐進入汽輪機需經(jīng)過2個孔板流量計，在孔板流量計上造成的壓力損失約0.1MPa，加上蒸汽管道及閥門造成的壓力損失，使鍋爐過熱器集汽聯(lián)箱出口至汽輪機進汽口之間管道損失達到0.4MPa。即使鍋爐壓紅線運行（3.82MPa），汽輪機進汽壓力只能達3.4MPa（設(shè)計進汽壓力為3.47MPa），致使發(fā)電汽耗上升，發(fā)電煤耗上升，一年造成420萬kWh電能的損失，折合原煤達到4200t/a，增加二氧化硫排放量21.5t。

用彎管流量計代替孔板流量計。彎管傳感器安裝于原管道的90°轉(zhuǎn)彎處，取代原90°彎頭，可將節(jié)流孔板流量計裝置產(chǎn)生的壓力損失完全節(jié)省下來。改造工藝見圖2。據(jù)測算，這將減少蒸汽管道上的壓力損失0.1MPa，從而在鍋爐工況不變的情況下提高汽輪機進汽壓力0.1MPa，使汽輪機進汽壓力提升至3.5MPa。根據(jù)1.2萬kW汽輪機負荷特性曲線，滿負荷的情況下進汽壓力由3.4MPa提升至3.5MPa，負荷增加200kWh，發(fā)電汽耗下降0.1kg/kWh，達到節(jié)能降耗目的。

3.2 改造后經(jīng)濟效益分析

（1）節(jié)能效益：本項目投入運行后，僅從減少蒸汽熱能損失、在相同蒸汽量條件下增加發(fā)電量或在相同發(fā)電量的條件下節(jié)約蒸汽耗量這一點來計算，節(jié)約原煤4200t/a，減少生產(chǎn)成本達到210萬元，投資回收期僅3個月。

（2）環(huán)保效益：本項目是一個從源頭削減和控制污染物產(chǎn)生的工程項目，減少二氧化硫排放量21.5t/a，減少煙氣排放量3570萬m3/a。

4 結(jié)語

（1）孔板流量計壓力損失不可小視，由此帶來的能源消耗很大（一般為孔板差壓值的60%左右），應(yīng)引起企業(yè)的高度重視。

（2）彎管流量計無附加阻力損失、免維護、耐高溫、耐高壓，測量精度完全滿足現(xiàn)場需要。

（3）采用新技術(shù)進行技改，節(jié)能降耗，為企業(yè)創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟效益和社會效益。

參考文獻
[1]余朝明.彎管流量計在福建三鋼的應(yīng)用[J].冶金自動化，2008，（增刊2）：330-332
[2]景嵐，郭宏，劉永.環(huán)形孔板流量計的原理與特點[J].冶金自動化，2008，（增刊2）：317-319
[3]段寶，保立虎，宋洪鵬.彎管流量計在大型流化床鍋爐上的應(yīng)用性研究[J].電站系統(tǒng)工程，2011，27（1）：31-33
[4]張衛(wèi)華.彎管流量計的工程應(yīng)用[J].測控技術(shù)，2000，19（10）：14-15