變（biàn）徑整流器在高爐煤氣流量計的流量測量中的作用及（jí）應用

一、概（gài）述
在管道類的（de）流量測量過程中，管路中液體流速分布不均（jun1）勻和旋混（hún）流的存（cún）在，是一些流量計(主要是速度式流量計) 測量精度（dù）、運行穩定性差的主要原因，尤其是高爐（lú）煤氣流量計，孔板流量計，差壓（yā）式流量計和（hé）旋進旋渦，對此（cǐ）因素對於（yú）流量計測量效果的影響*為嚴重（chóng），所以現在的旋進（jìn）旋（xuán）渦流量計都是自帶的整流器（qì），而引起管道 中液體流速不均和旋渦流的原（yuán）因，是由於流量計上遊管路存在諸如管線結構（gòu）、閥（fá）、泵 、接頭不同心或焊接毛邊、墊片突出管路內等其他障礙因素。為了克服（fú）管道中存（cún）在的 流速分布不均，並消除旋渦流，在上遊部分的管道內裝入一束導管組成(或其他元件) 整流器。這是（shì）安裝整流器的原因（yīn）。整（zhěng）流器也（yě）是流量計量係統中一個主要的附屬設備。
傳統的（de）流體整流器經長期的（de）研究與實踐已趨於（yú）成熟，它一般采用（yòng）阻隔體分隔流道來調整管（guǎn）道內的速度分（fèn）布，以達到整流的目的；這一類整流器主要用於實驗室和流量（liàng）標定（dìng）係統。但這種方法易引起（qǐ）汙物堵（dǔ）塞和增加阻力損失，所（suǒ）以在工（gōng）業管道上很少采用。
高（gāo）爐煤氣（qì）流量計由於其獨特的性能，一直受到人們重視，並己到了廣泛（fàn）的應用，但仍有兩個方麵的（de）問題困擾著人（rén）們，一是由於儀表上遊管道阻流件的幹擾，流場發生畸變，影響旋渦正常撥（bō）離。為了克服流（liú）場擾（rǎo）動，儀表前需要配裝較長直管道(一般為15~40倍的工藝管內（nèi）徑的長度)，而（ér）在實際現場是很難滿足（zú）的。二是，高爐煤氣流量計主（zhǔ）要特點之一（yī）是量程（chéng）寬，一般在10：1左右，應該說這樣寬（kuān）的測量範圍應屬比較優良的性（xìng）能，但（dàn）在實際工業應（yīng）用中，*大流量遠低（dī）於儀表的（de）上限值，*小流量又往往會低於儀表的下限（xiàn）值，一（yī）些（xiē）儀表經常工作在下限流量附近，造成儀表的計量準（zhǔn）確度下降，這時信號較弱，儀表（biǎo）的抗幹擾能力也下降。為（wéi）了測量小流量，人們往往采用內腔形狀為園台的傳統變徑管，經過縮徑提高測量處的流速。使高爐煤氣流量計工作在正常流速範（fàn）圍內，但這種（zhǒng）變徑方式，結（jié）構尺寸大(一般長度為工藝管內（nèi）徑的3~5倍)，同時，由於流體流經變徑管，在變徑處產生大量旋轉流團，增大局部阻力損失，也使流場發生畸變。所以必須在變徑管與儀表之間加裝大於15倍工藝管內徑（jìng）長度的（de）直管道進（jìn）行整流，且增加了沿（yán）程阻力（lì）損失（shī）(如圖1所示)，這種方法增加（jiā）施（shī）工成本（běn），也給加工、安裝帶來不便。

縱端麵（miàn）采用特殊形線的變（biàn）徑整流器(己（jǐ）申（shēn）報****)，具有整流，提高流速及改變流速分布的多重作用，其結構尺寸小，長度僅為工藝管內徑的1/3，可以直接卡裝在（zài）儀表的兩端，不僅不（bú）需要另外附加直管道，而且可以降（jiàng）低儀表對上遊（yóu）直（zhí）管道的要求。實驗表明：儀表（biǎo）上（shàng）遊阻力（lì）件為一個平麵內的兩（liǎng）個（gè）90°彎頭 在一般情況下，高爐煤氣流量計上遊側應加裝大於20倍管（guǎn）道內徑長度的直管道，而高爐煤氣流（liú）量計加裝了變徑（jìng）整流器大（dà）大降低了對（duì）上遊測直管道長度的要求，其阻力遠遠小於傳統的變徑（jìng）管（guǎn）。更主要的是，可（kě）使下限流速降為（wéi）原來的1/3，量程（chéng）比提高到15：1以上。
二、原理及分析
*先應該指出，傳統的變徑管可以經過縮徑，並配以較小口徑的流量計來（lái）達到測量小（xiǎo）流量的目的，但是這種方法不可能擴大儀表的量程比，因為它並末改變（biàn）管道的流速分布狀態。我們知道，高（gāo）爐煤氣（qì）流量（liàng）計的理論及推導是基於在無窮大的均勻（yún）流場中得到的，而在實際封閉圓管中，卻是非均勻流場，橫斷麵的流速分布是一回轉拋物麵，雖然選擇（zé）合理的柱（zhù）型，使柱體兩側弓形麵的流速分布均勻，但實際上，工藝管道上回（huí）轉拋物麵的流速分布的影響是（shì）客觀存在的。實驗表明（míng）在比較大的（de）流（liú）量時，這個（gè）影響較小，或說這（zhè）個影響（xiǎng）在（zài）允許的範圍內；但隨著流（liú）量的下降（jiàng），這個影響越來越大，從大量標定數據看，儀表常數總是隨著流量的減小而增大。這說明取樣點的流速與平均流速差異越來越大。
采用了變徑整（zhěng）流器後（見圖2），由於縮經斷麵的流速在逐（zhú）漸增大，在（zài）斷麵上（shàng）各點流速的增加是不一樣的，靠近中心流速增加小，而靠近喉徑邊沿處流速增加大（dà）。
設整流器進（jìn）口處壓力為P1，平均流速為V1，某點上的速度不均勻度為U1，出口處壓力為P2，平均流速為V2，通過進口處某點同**線，在出口處（chù）的速度不均勻度為U2，沿該（gāi）流線，由（yóu）伯努利方程得（dé）：


由式（shì）（6）可見，收縮比對出口處流速均勻度的影響，即對於一定的進口速度不均勻度，
出口處的速度不均勻度將縮（suō）小n2倍。因（yīn）此（cǐ）出口處流速趨於均勻，更接近高（gāo）爐（lú）煤氣流量計（jì）理論的均勻流場的條件，不僅使漩渦趨於穩（wěn）定，且提高了儀表的測量範（fàn）圍。另外，這種變徑整流器，在流體動能的（de）轉換過程中有效的抑製了幹擾。
三、實驗驗正
例1：一台口徑為40mm的高爐煤氣流量計安裝在φ40的工藝管道上，標定滿（mǎn）足精度1%的（de）量程比為8：1，當安裝（zhuāng）在φ50工藝管道上，並在儀表兩側安裝變徑整流（liú）器，在15：1的範圍內精度為1.0%。
例2：二台口徑為50mm和40mm高爐（lú）煤氣流量計配裝整流器後，分別安裝在口徑為80mm工藝管道上，進（jìn）行水標定。實（shí）驗數據見表1。

工藝管內徑（jìng）/整流器（qì）喉部直徑（mm）	儀表常數	重（chóng）複性	非線性	量程	*小流（liú）速（米/秒）
80/50	17452	0.05%	0.95%	15:1	0.1
80/40	10197	0.04%	0.78%	15:1	0.16

再將兩台口徑為（wéi）φ50mm和φ40mm高爐煤氣流量計配裝整（zhěng）流器後，分別（bié）安裝在φ80mm工以管道上，且儀表上遊尉為一個平麵（miàn）內兩個90°彎頭，變徑整流器前端與*二個90°彎頭距離為3倍工藝管內徑長段（duàn），進行水標定，工藝圖（tú）如圖3，實驗數據見表2

工藝管內徑/整流器喉（hóu）部直徑（mm）	儀表常數	重複性	非線性	量程	*小流速（米/秒）
80/50	17266	0.02%	0.9%	16:1	0.1
80/40	10278	0.15%	0.08%	15:1	0.15

實驗結果表明：
1、在管道流速較低（dī）時，采用變徑整流器，使儀表特性（xìng）總體保持良（liáng）好狀態；
2、采用變徑整流（liú）器，在儀表上遊阻流件形式為（wéi）一個（gè）平麵內2個90°彎頭，直管道很短（3D）的情況（kuàng）下，儀（yí）表（biǎo）常數的偏移（yí）在0.7%左右，說明整流器具有良好的流（liú）動調整性能。（與實驗（yàn）相同的上遊阻流件形式在不（bú）裝整流器（qì）條件下，儀表（biǎo）上遊直管道（dào）長（zhǎng）段為8倍工（gōng）藝管內徑時，儀表常數偏移為2.0%！）
3、在（zài）儀表前（qián）加（jiā）裝變徑整流（liú）器，投展了儀表的測量範圍。
這與理論分析是相吻合的（de）。
四、阻力計算
設工藝管道直（zhí）徑（jìng）為D1, 介質的密（mì）度為ρ，流速為V1高爐煤氣流量計（jì）的壓力損失為（wéi）?ω1， 整流器壓力損失為?ω3， 總壓力（lì）損失為?ω。
?ω1=0.3ρV2 1(Pa)
采用整流器後，儀表口徑為D2，則高爐煤氣流量計處的流速（sù）為V2壓損為?ω2。
?ω2=1.3ρV2 2=(V2/V1)2·?ω1=(D1/D2)4·?ω1
整流器（qì）的壓損，取決於縮徑比D2/D1，之值一（yī）般都在0.8以上，則整流器的壓損：
?ω3=0.12?ω2
所以總的壓損?ω為：?ω=1.12?ω2=1.12（D1/D2）4×1.3ρV2 1（Pa）
例：管（guǎn）徑為D1=100mm的水計量係統，采用高爐煤（méi）氣流量計（jì）作為流量計量儀表，其*大流速Vmax為1m/s，其*小（xiǎo）流速Vmin為0.3m/s，擬采用100/80整流器計算各相關參數：
縮徑後流速為V2：V2max=(100/80)2×1=1.56m/s
V2min=0.47m/s
?ωmax=1.12(D1/D2)41.3ρV2 1
=1.12(100/80)4×1.3×998×1=3547(Pa)
五、應用舉例
加裝變（biàn）徑整流器滿管式高爐煤氣流量計已大量用於（yú）氣體、水、蒸氣等介質的測量，其實例枚不勝舉，均收到了令人滿意的效果。
更值得一（yī）提的是，將變徑整（zhěng）流器與插入（rù）式（shì）高爐（lú）煤氣流（liú）量計配套使用(見圖4)，用於（yú）大（dà）口徑（jìng）煤氣測量，成功地解決了大口徑煤氣介（jiè）質髒，流速（sù）低、流量變化大，允許（xǔ）壓損小等者大難問（wèn）題。
在冶金行業中，測量大口徑煤氣一般采用孔板流星計，由於其自身的局限性，很難滿足實際測量要（yào）求，其問題是：①煤氣中含有粉塵和各種雜質，經一段時（shí）間運行，大（dà）量（liàng）粉塵堆積在孔板的上遊側，各種雜（zá）質附著在測量元件表麵，就孔板來說，已無準確度可言，同時又經常發生（shēng）導管堵塞的問題。由於生（shēng）產的連續性，不可能停氣清洗或更換孔板。②由於介質
流速低，為獲得（dé）較大（dà）的差（chà）壓，孔板的開孔徑一般都比較小，造（zào）成壓損大，當流量（liàng）增大（dà）時，孔
板卻起不了限（xiàn）流作用，遇到此類情況，有些（xiē）企業不得不拆除孔板來滿足生產。③普通孔板流量計（jì）的量（liàng）程近為3：1，往（wǎng）往不能滿足實際工況的需要。
已投入實際運行的變徑整流器（qì）與插入式高爐煤氣流量計所構成煤（méi）氣流量計量（liàng）係統：①變徑整流器入（rù）口處為光滑曲線，介質流經時，有自清洗的效果，不會造成粉（fěn）塵堆積。②變徑處流速提升可滿足插入式渦銜流量（liàng）計下（xià）限流速的要求，且高爐煤氣流量計量程比為10：1，完全滿足煤氣測量範（fàn）圍的要求。③插入式（shì）高爐煤氣流量計可在管道不斷流的情況下拆出測（cè）頭進行定（dìng）期或（huò）不定期清洗。滿足連續生（shēng）產的要求。④壓損小，插入式高爐煤氣流量計測頭部分（fèn）在大口徑管道內的流阻很小（xiǎo）可忽略不計，變徑部分的變徑比一般都大於0.7，管（guǎn）道*大（dà）流速按25米（mǐ）/秒計算，壓損僅在200Pa以內。
上述表明，此種方法是解決大口徑煤氣計量的行之有效的方法。
六（liù）、結束語
高爐煤氣流量計與變（biàn）徑整（zhěng）流器配套使用，形成了一種（zhǒng）新的流量測量係統（tǒng），可使流量測量下限（xiàn）為下（xià）降（為原來的1/3），測量範圍擴大(15：1以上)，並可（kě）以（yǐ）大大降低儀表對上遊直管道長（zhǎng）度（dù）的（de）要求。這對一個流量計來講無疑是一個不（bú）小的進步，它拓寬了（le）高爐煤氣流量（liàng）計的應用範（fàn）圍，在燃氣、 城市（shì）煤氣、水、熱水、蒸汽、油品、奶液、藥液、化工產品（pǐn）(上述介質一般要求下限流速（sù）低，測（cè）量範圍寬（kuān）)的（de）流量測量中將發揮突出（chū）優勢。變徑整流器在工業（yè）用戶中實際應用情況還表（biǎo）明，變徑整流器簡化了儀表安（ān）裝工（gōng）藝，並（bìng）且大大降低了工程造價。
變徑整（zhěng）流器研究與應（yīng）用是流量應用技術研（yán）究的典型實例（lì），它本身的研究還有待於進一步的深入，同時我們還應進一步關注其它（tā）與流量（liàng）鋇幢相關的應用技術（shù）研究（jiū），充分利利用現有的技術設（shè）備資（zī）源，真正解決一些流量測量的難點問題。

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