摘(zhai)要：檢測(ce)儀表的(de)合理選(xuan)型正确(que)使用不(bu)僅是工(gong)藝生産(chan)的需要(yao),也是節(jie)能降耗(hao)的需要(yao)。對玻璃(li)生産線(xian)常見的(de)氣體流(liu)量計 的(de)選型與(yu)應用進(jin)行一些(xie)探讨。
　　玻(bo)璃生産(chan)線(含全(quan)氧燃燒(shao)、富氧燃(ran)燒、特種(zhong)玻璃、深(shen)加工玻(bo)璃線等(deng))常有些(xie)氣體介(jie)質的流(liu)量需要(yao)測量，如(ru)助燃風(feng)、調溫風(feng)等冷卻(que)風、壓縮(suo)空氣、惰(duo)性氣、氮(dan)氣、氫氣(qi)、氧氣、天(tian)然氣、液(ye)化氣、蒸(zheng)汽等。以(yi)最常見(jian)的風流(liu)量計的(de)選型應(ying)用爲例(li),按時期(qi)先後大(da)緻如下(xia):節流差(cha)壓式流(liu)量計(标(biao)準節流(liu)孔闆、文(wen)丘裏，管(guan)等), 渦街(jie)流量計(ji) ,差壓式(shi)流量計(ji)(均速管(guan)流量計(ji)), 熱式質(zhi)量流量(liang)計 ,節流(liu)差壓式(shi)流量計(ji)(彎管流(liu)量計),節(jie)流差壓(ya)式流量(liang)計( 多孔(kong)孔闆平(ping)衡流量(liang)計 )等。幾(ji)種流量(liang)計各有(you)優缺點(dian),下面對(dui)它們進(jin)行一-些(xie)分析探(tan)讨,以期(qi)合理選(xuan)型正确(que)使用。
1标(biao)準節流(liu)差壓式(shi)流量計(ji)
　　标準節(jie)流孔闆(pan)及文丘(qiu)裏管等(deng)典型的(de)節流 差(cha)壓式流(liu)量計 ,是(shi)傳統最(zui)常見的(de)流量計(ji)。基于流(liu)體連續(xu)性原理(li)和流體(ti)力學能(neng)量守衡(heng)原理,遵(zun)從伯努(nu)利定律(lü)。标準節(jie)流式流(liu)量計的(de)基本公(gong)式爲:
質(zhi)量流量(liang):M=α?Ad(2ρΔP)1/2
體積流(liu)量:Q=M/p=α?Ad(2ρΔP)1/2
式中(zhong):α爲流量(liang)系數;?爲(wei)流束膨(peng)脹系數(shu);Ad爲工作(zuo)狀态下(xia)節流件(jian)開孔面(mian)積;ρ爲節(jie)流件.上(shang)遊側取(qu)壓處流(liu)體密度(du)，标準節(jie)流件上(shang)、下遊側(ce)規定的(de)取壓孔(kong)位置上(shang)所測得(de)的靜壓(ya)力之差(cha)。
以孔闆(pan)流量計(ji)爲例，推(tui)導得其(qi)應用公(gong)式爲:
Q=0.01252α?k,d2(ΔP/ρ)1/2(3)
　　當(dang)孔闆流(liu)量系數(shu)α、流束膨(peng)脹系數(shu)ε、管道與(yu)孔闆材(cai)料熱膨(peng)脹校正(zheng)系數k1、流(liu)體密度(du)ρ及孔闆(pan)節流孔(kong)徑d近似(si)視爲常(chang)數C時，流(liu)體流量(liang)Q與孔闆(pan)前、後的(de)壓力差(cha)ΔP的平方(fang)根成正(zheng)比，公式(shi)簡化爲(wei):
Q=CAP2(4)
　　孔闆流(liu)量計優(you)點是經(jing)典成熟(shu)，一次測(ce)量元件(jian)構造較(jiao)簡單,便(bian)于制造(zao)加工。缺(que)點是壓(ya)力損失(shi)大，差壓(ya)信号較(jiao)小,量程(cheng)比小，一(yi)般爲3:1,要(yao)求直管(guan)段長,需(xu)要占用(yong)較長的(de)工藝管(guan)路,無法(fa)在線拆(chai)裝檢修(xiu),檢測件(jian)和管路(lu)安裝較(jiao)麻煩,需(xu)另外配(pei)套差壓(ya)變送器(qi),大口徑(jing)管路流(liu)量測量(liang)時,無論(lun)是性/價(jia)比還是(shi)安裝方(fang)面考慮(lü)均不可(ke)取。
　　當流(liu)體實際(ji)工況(密(mi)度、成分(fen)、壓力、溫(wen)度等)較(jiao)多地偏(pian)離設計(ji)計算參(can)數時,将(jiang)引入很(hen)大的測(ce)量誤差(cha);當孔闆(pan)前、後的(de)直管段(duan)長度不(bu)滿足規(gui)定要求(qiu)時也會(hui)導緻較(jiao)大的測(ce)量誤差(cha)(爲了保(bao)證标稱(cheng)的測量(liang)精度,近(jin)年的新(xin)标準對(dui)直管段(duan)長度有(you)加長的(de)趨勢),孔(kong)闆加工(gong)精度、變(bian)形、節流(liu)孔入口(kou)邊緣磨(mo)損變鈍(dun)等也影(ying)響測量(liang)精度。此(ci)外,安裝(zhuang)使用不(bu)當,也會(hui)附加測(ce)量誤差(cha)。比如孔(kong)闆中心(xin)與管道(dao)中心不(bu)同心,管(guan)道内表(biao)面不光(guang)潔,管道(dao)變形或(huo)内徑偏(pian)離設計(ji)計算取(qu)值,上、下(xia)遊取壓(ya)管不-緻(zhi)(高度、阻(zu)力、受熱(re)等),取壓(ya)管路、接(jie)頭、閥門(men)洩漏或(huo)堵塞,配(pei)套 差壓(ya)變送器(qi) 誤差等(deng)。
　　标準孔(kong)闆或文(wen)丘裏管(guan)流量計(ji)在浮法(fa)玻璃生(sheng)産線上(shang)有一些(xie)應用,但(dan)由于壓(ya)力損大(da),不利于(yu)節能降(jiang)耗,工藝(yi)管路又(you)往往較(jiao)難獲得(de)測量所(suo)需的足(zu)夠長的(de)直管段(duan),不能在(zai)線拆裝(zhuang)檢修,加(jia)上要配(pei)套取壓(ya)管路和(he)差壓變(bian)送器,安(an)裝相對(dui)較麻煩(fan),壓力、溫(wen)度變動(dong)較大時(shi)若不采(cai)取自動(dong)補償則(ze)誤差很(hen)大,故後(hou)來采用(yong)得較少(shao)。對于大(da)口徑低(di)壓力風(feng)管流量(liang)測量更(geng)不宜采(cai)用。
從節(jie)能降耗(hao)的角度(du)考慮,建(jian)議盡量(liang)少選用(yong)标準節(jie)流孔闆(pan)等流量(liang)計,改選(xuan)壓力損(sun)失小的(de)其它新(xin)型流量(liang)計。
2渦街(jie)流量計(ji)
　　渦街流(liu)量計(旋(xuan)渦流量(liang)計)屬流(liu)體振動(dong)流量計(ji),基于Karman卡(ka)i門]渦街(jie)效應原(yuan)理。流體(ti)在非流(liu)線型阻(zu)擋物(旋(xuan)渦發生(sheng)體)後的(de)兩側會(hui)産生兩(liang)列交錯(cuo)排列的(de)旋渦。旋(xuan)渦分離(li)的頻率(lü)f與阻擋(dang)物側面(mian)的流速(su)V成正比(bi),與阻擋(dang)物的迎(ying)流面寬(kuan)度d成反(fan)比,遵從(cong)下列公(gong)式:
其中(zhong)st爲Strouhal斯特(te)勞哈爾(er)數,雷諾(nuo)數在一(yi)定區段(duan)範圍内(nei)s,是常數(shu)。
由壓電(dian)元件測(ce)得頻率(lü)f,便可測(ce)得工況(kuang)流速V,管(guan)道有效(xiao)截面積(ji)4已知,進(jin)而可獲(huo)得流體(ti)流量。
　　其(qi)測量是(shi)基于漩(xuan)渦頻率(lü),因而不(bu)存在零(ling)點和量(liang)程的漂(piao)移問題(ti);輸出與(yu)工況流(liu)量成正(zheng)比,不受(shou)流體密(mi)度、成分(fen)、壓力、溫(wen)度等影(ying)響,但若(ruo)轉換爲(wei)标況流(liu)量,則也(ye)要進行(hang)壓力、溫(wen)度修正(zheng)。已有一(yi)體化渦(wo)街質量(liang)流量計(ji)。 插入式(shi)渦街流(liu)量計 無(wu)須占用(yong)工藝管(guan)段。安裝(zhuang)簡單,維(wei)護使用(yong)方便,無(wu)堵塞之(zhi)慮。國内(nei)外在不(bu)少場合(he)用渦街(jie)流量計(ji)取代傳(chuan)統孔闆(pan)、 渦輪流(liu)量計 等(deng)。
　　渦街流(liu)量計量(liang)程比一(yi)般爲10:1,優(you)于孔闆(pan)等差壓(ya)式流量(liang)計,但不(bu)及熱式(shi)流量計(ji)。其測量(liang)下限值(zhi)取決于(yu)是否産(chan)生漩渦(wo)(流體黏(nian)度是主(zhu)内因)和(he)漩渦強(qiang)度是否(fou)足夠(流(liu)體密度(du)是主内(nei)因)。一般(ban)不适用(yong)于低流(liu)速流體(ti),有時不(bu)得不将(jiang)工藝管(guan)道縮管(guan),以提高(gao)流速。雙(shuang)發生體(ti)的渦街(jie)流量計(ji)可以測(ce)量雷諾(nuo)數較低(di)的流體(ti)。渦街流(liu)量計要(yao)求的直(zhi)管段長(zhang),不适合(he)低流速(su)測量，怕(pa)振動。在(zai)直管段(duan)足夠長(zhang)、流速足(zu)夠大、無(wu)較大振(zhen)動的場(chang)合可選(xuan)用。直管(guan)段足夠(gou)長時,最(zui)好采用(yong)平均流(liu)速點法(fa),插入深(shen)L=0.121D,測量精(jing)度幾乎(hu)不受雷(lei)諾數變(bian)化的影(ying)響;直管(guan)段較短(duan)時,一般(ban)采用中(zhong)心最大(da)流速點(dian)法,插入(ru)深L=0.5D.
　　在浮(fu)法玻璃(li)生産線(xian)上,影響(xiang)其被選(xuan)用的主(zhu)要是現(xian)場沒有(you)測量所(suo)需的足(zu)夠長的(de)直管段(duan),環境振(zhen)動和測(ce)量下限(xian)值限制(zhi)等因素(su)。
3均速管(guan)流量計(ji)
　　屬差壓(ya)式流量(liang)計,由單(dan)點測速(su)的皮托(tuo)管演變(bian)發展而(er)來,基于(yu)流體力(li)學能量(liang)守衡原(yuan)理,遵從(cong)伯努利(li)定律。流(liu)體的全(quan)壓(總壓(ya)力)等于(yu)其動壓(ya)加靜壓(ya)，測得流(liu)體的平(ping)均全壓(ya)與平均(jun)靜壓之(zhi)差DP,就獲(huo)得流體(ti)的平均(jun)動壓值(zhi)。流體的(de)平均動(dong)壓即平(ping)均差壓(ya)DP與平均(jun)流速V間(jian)的關系(xi)爲:
V=K(20P/p)(6)
Q=AV(7)
式中(zhong):K爲均速(su)管流量(liang)系數;4爲(wei)管道有(you)效截面(mian)積。
　　均速(su)管流量(liang)計導緻(zhi)的流體(ti)壓力損(sun)失很小(xiao)，永久壓(ya)力損失(shi)僅是标(biao)準孔闆(pan)的5%以下(xia),均速管(guan)結構簡(jian)單,安裝(zhuang)維護比(bi)較方便(bian)(但比渦(wo)街流量(liang)計和熱(re)式質量(liang)流量計(ji)要增加(jia)取壓導(dao)壓管和(he)差壓變(bian)送器),大(da)口徑管(guan)路流量(liang)測量時(shi)優點突(tu)出。各公(gong)司标稱(cheng)的所需(xu)直管段(duan)差異很(hen)大,有的(de)小到2D,大(da)的卻要(yao)20D;價格差(cha)異也很(hen)大,不含(han)差壓變(bian)送器,便(bian)宜的一(yi)兩千元(yuan),貴的上(shang)萬元。
　　均(jun)速管流(liu)量計第(di)一代圓(yuan)型截面(mian)産品缺(que)點是互(hu)換性較(jiao)差,K值欠(qian)穩定,差(cha)壓信号(hao)小，取壓(ya)孔有堵(du)塞之慮(lü)。針對缺(que)點,近十(shi)幾年出(chu)現了第(di)二代(橢(tuo)圓型、扇(shan)型、菱型(xing)即寶石(shi)鑽石型(xing)、子彈型(xing)、機翼型(xing)等)和第(di)三代産(chan)品(T型)。EMERSON旗(qi)下的羅(luo)斯蒙特(te)推出的(de)T型專利(li)産品，具(ju)有本質(zhi)抗堵性(xing),信噪比(bi)大,K值穩(wen)定,測量(liang)精度較(jiao)高,對安(an)裝要求(qiu)降低。
一(yi)些玻璃(li)廠用戶(hu)反映,均(jun)速管風(feng)流量計(ji)安裝初(chu)期尚好(hao),後期檢(jian)測不正(zheng)常。可能(neng)原因無(wu)外乎以(yi)下幾點(dian):
①均速管(guan)正負檢(jian)測孔堵(du)塞;或均(jun)速管未(wei)固定安(an)裝好,正(zheng)壓檢測(ce)孔未正(zheng)對流體(ti)方向。
②取(qu)壓導壓(ya)管洩漏(lou)或堵塞(sai)(若洩漏(lou)不僅會(hui)直接影(ying)響測量(liang),還由于(yu)有含塵(chen)流體緩(huan)慢流動(dong),易導緻(zhi)均速管(guan)内積雜(za)塵,易堵(du)塞)。
③閥門(men)(含 三閥(fa)組 )堵塞(sai)或洩漏(lou)。
④差壓變(bian)送器異(yi)常。
排除(chu)以上故(gu)障後應(ying)可恢複(fu)正常工(gong)作,無須(xu)更換流(liu)量計。
　　需(xu)要提示(shi)的是,若(ruo)直管段(duan)不夠長(zhang),會引入(ru)測量誤(wu)差。另外(wai),若沒有(you)采用溫(wen)、壓自動(dong)補償,而(er)實際.運(yun)行工藝(yi)參數(尤(you)其是壓(ya)力)偏離(li)均速管(guan)選用設(she)計值較(jiao)大時,将(jiang)引入較(jiao)大的測(ce)量誤差(cha),在助燃(ran)風等普(pu)遍采用(yong)變頻調(diao)速控制(zhi)的情況(kuang)下此問(wen)題較突(tu)出,建議(yi)應采用(yong)溫、壓自(zi)動補償(chang)。
4熱式質(zhi)量流量(liang)計
　　 熱式(shi)質量流(liu)量計基(ji)于熱傳(chuan)遞原理(li)。傳感元(yuan)件是封(feng)裝于不(bu)鏽鋼套(tao)管内的(de)2個精密(mi)熱電阻(zu)RTD(一般爲(wei)鉑電阻(zu))，其一是(shi)流體介(jie)質溫度(du)傳感元(yuan)件，另一(yi)爲加熱(re)兼傳感(gan)元件，由(you)它們組(zu)成惠斯(si)登電橋(qiao)的兩個(ge)橋臂，控(kong)制加熱(re)傳感器(qi)的加熱(re)功率，以(yi)使加熱(re)傳感器(qi)和參比(bi)溫度傳(chuan)感器間(jian)保持恒(heng)定溫差(cha)Δt=t,-t.=常數。流(liu)體流過(guo)加熱傳(chuan)感器所(suo)帶走的(de)熱量和(he)流體的(de)流速與(yu)密度之(zhi)積ρV的m次(ci)方成正(zheng)比，即與(yu)流體的(de)質量流(liu)量的m次(ci)方成正(zheng)比。流體(ti)的質量(liang)流量變(bian)化時，必(bi)須同時(shi)相應改(gai)變加熱(re)傳感器(qi)的加熱(re)功率，才(cai)能保持(chi)Δt不變，故(gu)測得加(jia)熱功率(lü)就間接(jie)地測得(de)流體的(de)質量流(liu)量。檢測(ce)元件總(zong)熱損失(shi)E與質量(liang)流速ρV、質(zhi)量流量(liang)M間的函(han)數關系(xi)式如下(xia):

　　式中:k爲(wei)流體導(dao)熱系數(shu);A,爲被加(jia)熱元件(jian)面積;B爲(wei)傳感器(qi)支撐件(jian)的自然(ran)對流、熱(re)輻射和(he)熱傳導(dao)總的熱(re)傳遞常(chang)數(相對(dui)于介質(zhi)的強制(zhi)對流，傳(chuan)感器的(de)自然對(dui)流、熱輻(fu)射和熱(re)傳導影(ying)響極小(xiao));C爲.常數(shu);d爲傳感(gan)器直徑(jing);μ爲流體(ti)黏度;m爲(wei)系數(一(yi)般m≥0.3);T,爲元(yuan)件表面(mian)溫度;T爲(wei)介質溫(wen)度;A爲管(guan)道有效(xiao)截面積(ji)。
　　熱式工(gong)作原理(li)的質量(liang)流量計(ji)幾十年(nian)前就有(you)，但獲得(de)推廣應(ying)用是近(jin)十幾年(nian)的事。遺(yi)憾的是(shi)目前國(guo)内售價(jia)仍太高(gao)，其實測(ce)量原理(li)和制造(zao)工藝并(bing)不太複(fu)雜。相信(xin)随着制(zhi)造商的(de)增加和(he)競争的(de)引入，其(qi)價格可(ke)望逐漸(jian)降至與(yu)渦街流(liu)量計相(xiang)當。
　　熱式(shi)質量流(liu)量計有(you)許多優(you)點:一體(ti)化結構(gou)，安裝方(fang)便，直接(jie)測得質(zhi)量流量(liang)，不受溫(wen)、壓等波(bo)動影響(xiang)，量程比(bi)大，壓力(li)損小，直(zhi)管段要(yao)求也比(bi)較低，“能(neng)适應較(jiao)惡劣環(huan)境，響應(ying)速度快(kuai)(可達1s)等(deng)。尤其突(tu)出的是(shi)高量程(cheng)比，一般(ban)100:1以上，甚(shen)至可達(da)300:1,特别是(shi)在量程(cheng)低端也(ye)有極高(gao)的靈敏(min)度和精(jing)度，這在(zai)工況參(can)數事先(xian)不能确(que)知的場(chang)合是很(hen)可貴的(de)。缺點是(shi)目前價(jia)仍較高(gao)(進口産(chan)品約2萬(wan))，并且長(zhang)期使用(yong)也會在(zai)傳感元(yuan)件處黏(nian)附粉塵(chen)雜質，影(ying)響測量(liang)，需及時(shi)清潔。對(dui)于天然(ran)氣、液化(hua)氣、氧、氫(qing)等非空(kong)氣流體(ti)(氮氣接(jie)近空氣(qi)，誤差較(jiao)小)，應要(yao)求供應(ying)商按實(shi)氣标定(ding)，否則誤(wu)差較大(da)。
熱式質(zhi)量流量(liang)計在浮(fu)法玻璃(li)線上獲(huo)得了廣(guang)泛應用(yong)。
5多函數(shu)孔孔闆(pan)平衡式(shi)流量計(ji)
　　标準節(jie)流孔闆(pan)、文丘裏(li)管等傳(chuan)統節流(liu)差壓式(shi)流量計(ji)永久壓(ya)力損大(da)(由于死(si)區和大(da)量渦流(liu))，量程比(bi)小，要求(qiu)直管段(duan)長，尤其(qi)不适合(he)允許壓(ya)力損小(xiao)、直管段(duan)短和大(da)口徑管(guan)路的測(ce)量。
　　新型(xing)的A+K多函(han)數孔圓(yuan)盤式平(ping)衡流量(liang)計BFM(BalancedFlowMeter)，是美(mei)國航空(kong)航天局(ju)、馬歇爾(er)航空飛(fei)行中心(xin)深人研(yan)究、大量(liang)試驗的(de)成果，巧(qiao)妙地将(jiang)傳統整(zheng)流器和(he)節流件(jian)一體化(hua)、創新化(hua)，雖然原(yuan)理類同(tong)标準孔(kong)闆等節(jie)流式差(cha)壓流量(liang)計，同樣(yang)遵從伯(bo)努利定(ding)律，但由(you)于圓盤(pan)具有多(duo)個獨特(te)的函數(shu)孔，在節(jie)流同時(shi)還對流(liu)體進行(hang)整流和(he)平衡調(diao)整，因此(ci)在減小(xiao)直管段(duan)要求(最(zui)短0.5D)，減小(xiao)永久壓(ya)力損(是(shi)傳統的(de)1/3),提高量(liang)程比(>10:1)、測(ce)量精度(du)(優于0.5%)、穩(wen)定性(噪(zao)聲是傳(chuan)統的1/15)、耐(nai)污堵等(deng)方面均(jun)有極大(da)改善。還(hai)可測雙(shuang)向流、氣(qi)液兩相(xiang)流、漿料(liao)甚至固(gu)體顆粒(li)流，幾乎(hu)适用于(yu)所有流(liu)體。
　　缺點(dian)是由于(yu)專有技(ji)術、前期(qi)開發等(deng)因素，目(mu)前售價(jia)比較高(gao)，相信總(zong)趨勢将(jiang)逐漸向(xiang)标準節(jie)流件價(jia)格靠攏(long);此外，雖(sui)然永久(jiu)壓力損(sun)比傳統(tong)标準節(jie)流件小(xiao)很多，但(dan)仍比熱(re)式、均速(su)管等流(liu)量計壓(ya)力損大(da)，特别是(shi)用于低(di)壓流體(ti)時，其永(yong)久壓力(li)損往往(wang)高于總(zong)壓力的(de)10%以上;另(ling)外，與标(biao)準節流(liu)件一樣(yang)，要配套(tao)取壓管(guan)路和差(cha)壓變送(song)器，壓力(li)、溫度變(bian)動較大(da)時要采(cai)取自動(dong)補償;大(da)口徑管(guan)路流量(liang)測量時(shi)，無論是(shi)性1價比(bi)還是安(an)裝方面(mian)考慮均(jun)無優勢(shi)。
　　多孔平(ping)衡式流(liu)量計将(jiang)逐漸取(qu)代原來(lai)傳統的(de)标準差(cha)壓式節(jie)流裝置(zhi)，随着價(jia)格的逐(zhu)漸下降(jiang)和節能(neng)降耗事(shi)業的深(shen)入發展(zhan)，其在流(liu)量測量(liang)領域将(jiang)有較廣(guang)闊的應(ying)用前景(jing)。

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