煙（yān）氣流量計（jì）的測（cè）量原理及實踐中遇到的問題分析處理
點擊次數：2003 發布時間：2020-11-06 09:25:13
摘（zhāi）要（yào） ：描（miáo）述煙氣流量計的工作原理，根據流體力學中**的“卡門渦街”原理進行流量測量，同時根據被測介質（zhì）流速分布（bù）情況，簡（jiǎn）述渦旋發生體（非線性三角柱形體）以及探頭（tóu）的結構形式；經試驗（yàn）論證了流量計在被測管道內正確的插入深度（主要是渦（wō）旋發生體和並聯方式的四片壓電晶體與被測管道的相對位置），從而確定安裝（zhuāng）現場的通用原則（zé）和規範，當配合輔助工具（公司（sī）**產品：開孔器和推（tuī）進、啟拔器）還（hái）可（kě）實現（xiàn）現場不停產安裝或更換，彌補了法蘭式流量計的（de）體積大、整體重量過大、安裝不（bú）便等（děng）不足現象，具有很高的性（xìng）價比。
引言
流量計均以管道法蘭式結構形式在用戶中廣（guǎng）泛使用，但其相對價格較高（gāo），且隻有在現場（chǎng）管（guǎn）線停產檢（jiǎn）修時才（cái）能進行安裝（zhuāng）、維護。針（zhēn）對此種情況，研製了插入式（shì）渦街量計，因其特殊的結構形式，配合自主研發的專用配套工具（jù）（公司（sī）**產（chǎn）品：開孔器和推進、啟拔器），可實現現場管道在不停產的狀態下進行安裝或更換流量計，該產品造價低廉、抗（kàng）振性強、無零點漂移、可靠性高。通過長時間對煙氣（qì）流量計進行大量波形分析和（hé）頻譜分（fèn）析，設計出非常好的的探頭形狀、壁厚、高度、探頭杆直徑、發生體的幾何尺寸，和與之相配套（tào）采用並聯方式的四片壓電（diàn）晶體及流量計插入管道的深度，普遍適用於（yú）大口（kǒu）徑工業管道安裝特點。采用（yòng）先進的加工中心進行（háng）生產加工各個零部件，確保各個零部件的同軸度和表麵粗糙度等加工（gōng）精度，再配合熱處理工藝，從而*大限度（dù）地（dì）克服流量計存在的固有自振蕩頻率（lǜ）對信號的影響，其準（zhǔn）確度等級能夠達到±1% FS 以上，本文主要通過優化設計和試驗，確定其（qí）插入深度（dù）的（de）正（zhèng）確（què）選（xuǎn）擇。
1 測量原理
煙氣流量計實現流量測量的理論基礎是流體力（lì）學中**的（de）“卡門渦街”原理，在流動的流體中裝置一個非線性（xìng）三角柱形體，即渦旋發生體，如圖 1 所示。當流體沿渦旋發生體繞流時，會在渦旋發生體下遊產生兩列不對稱（chēng），但有規律（lǜ）交替地（dì）分離釋放出一係列（liè）漩渦束，隻有（yǒu）當兩渦漩列之間的距（jù）離 h 和同列的兩渦漩之間的距離 L 之比滿足 h/L=0.281 時，所產生的渦街才是穩定的。
按國（guó）際標準化組織 IS07145（在環形截麵（miàn）封閉管道中（zhōng）的流體流量（liàng）測定--在截麵（miàn）一點的速（sù）度測量法），采用埋入壓電晶體的渦街測速探頭，插入大口徑工業管道內，將卡門旋渦頻率轉換為與流量成（chéng）正（zhèng）比的標準信號：（4 ～ 20）mA DC。
2 煙氣流量計（jì）優化設計
根據流體力學的相關知識，從以下幾個方麵進行（háng）探討與研究：
2.1 流體介質的密度
流體質量不隨外界條件變化而變化，但流體體積與（yǔ）溫度和壓力密切相關。也就是，流體密度是溫度和壓力的函數。
2.2 流體介質的粘度
先觀察（chá）河（hé）中水流動的（de）現象，可以看（kàn）到河中（zhōng）央的水流速*快，越靠近岸邊（biān）的水流得越慢。同樣，當流（liú）體在管道中流動時，管道中心的流速*快，越靠近管壁處的流速越慢，這是流體流動時，由於流體介質的粘（zhān）度和在管道內部產生（shēng）摩擦的緣故。
由於流體介質的密度和粘度的（de）關（guān）係，一切流體介質在流動時內部各個層麵的速度是不同的。在相（xiàng）鄰層的接觸麵（miàn）上存在著一對等值反向的力，速度較快的流層帶動流層速度較慢的流層，使之加快速度；速度較（jiào）慢的流層阻滯速度（dù）較快的流層使之減速，這種阻滯力稱之為（wéi）內摩擦力（lì），流（liú）體之間的相互（hù）作用稱為流體內摩擦（即：牛頓內摩擦定律），而粘度是（shì）內摩擦的量度，是流體反抗變形（xíng）的能力。
2.3 雷諾數（shù）和流態
根據測量管道內流體的（de）流動狀態（tài）和流速的分布情況，雷諾數是表征流體流動特性的一個重要參數。雷諾數表征（zhēng）了流體流動時慣性力（lì）和粘性力的無綱量（liàng）參數，其比值如下式給出：
Re=VD/γ（管道為圓管時）
式中：V-流動橫截麵的平均流速，單位：米 / 秒（m/s）。
D-流動（dòng）的特性長度為管（guǎn）道直徑，單位：米（m）。
γ-流體的（de）運動（dòng）粘度，單位：平方米 / 秒（m 2 /s）。
對於流動介質的斷麵為圓管時，有一個共同的（de）臨界（jiè）雷諾（nuò）數 Rec，一般情況下，Rec=2300。
當 Re ＜ Rec 時，管道內流體為層流（liú）（層流是流體流動時，如果流體質點的軌跡隨初始空間坐標 x、y、z 和時間（jiān） t 而變，則是有規則的光滑曲線，*簡單（dān）的情形是直線），如圖 2（a）所示。
當 Re ＞ Rec 時，管道內流體為湍流（湍流是流體的（de）不規則運動（dòng），流場中各種量**間（jiān）和空間坐標發生紊亂地變化），如圖 2（b）所示。
根據以上各種參數（shù）的分析（xī），*終（zhōng）設計出探頭部件，如圖 3 所示。
3 實踐當中遇（yù）到的實際難題
根據中華人民共和國機械（xiè）行業標準：JB/T9249-2015《流量計》進行煙氣流量計的研製與設計。在（zài）試驗（yàn）過程中，因為理論研究不充分（fèn），再加上經驗不足，采用插入深度是按照（zhào）以往其它（tā）產品（插入式電（diàn）磁流量計）的經驗，以插入深度為現場管道內徑的 12.5% 進行試（shì）驗，其對介（jiè）質流量的檢（jiǎn）測值與同種規格管道法蘭式結構的流量計進行（háng）比較，偏差值較大、儀表準確度無法滿足設計要（yào）求。試驗安裝位置和安（ān）裝方法如圖 4 所（suǒ）示。
煙氣流量（liàng）計插入（rù）深（shēn）度為現場管道內徑的（de） 12.5%時，試驗數據如下（以 DN200 為例）：
流量計標校原始記錄， 流量範圍 ：（90 ～ 400）m 3 /h；標定介質：水；標定溫度：20℃；標定壓力：1.0Mpa。
標定結論：*大儀表係數（shù） ：2.45N/L ；*小儀表係數 ：1.743N/L ；*終儀（yí）表係數 ：2.0965N/L ；線性誤差 ：16.86% ；重複（fù）性誤差 ：0.20%。
對以上的試驗結果與相同規格（gé）、型號、量程的法（fǎ）蘭式流（liú）量計（jì）相對比，其準確度無法相比。結論（lùn） ：插入深度（dù）有問題（tí），或流量計的采集信號的（de）探頭（tóu）結（jié）構有（yǒu）問題。
經過分析（xī）、研究，煙氣流量計的采集信號的探頭結構確定沒有（yǒu）問題。
對插入式渦街流量計和插入式電磁流量計的結構原理進行分析，插入式電磁流量計的信號采集點在標校管道內12.5% 為宜，因它屬電磁類流量計，而流量計是根（gēn）據“卡（kǎ）門渦街”原理進行測量管道內流量，根據標校管道內層（céng）流（liú）和湍流的分析，以（yǐ）及流量計獨特的探頭結構（gòu）形式，確定煙氣流（liú）量（liàng）計的插入深度為標校管道內 50%，試驗安裝位置和安裝方法如圖 5 所（suǒ）示。
煙氣流量計插入（rù）深（shēn）度（dù）為現（xiàn）場管道內徑的50%時，試驗數據如下（xià）（以 DN200 為例）：
流量計標校原始記錄，流量範圍 ：（90 ～ 400）m 3 /h；標定介質：水（shuǐ）；標定溫度（dù）：20℃；標定壓力：1.0MPa。
檢定結論：*大儀表係數：0.144N/L；*小儀表係數：0.143N/L ；*終儀表係（xì）數 ：0.143N/L ；線性誤差 ：0.23% ；
重複性誤差 ：0.20% ；儀表精度 ：0.31%。
4 結論
本文提（tí）出（chū）了一種煙氣流量計在實際應用過程中，經過該儀表特殊結構分析（xī）和根據流體力學的特性，對探頭進行優（yōu）化設計，以及插入深度的確（què）定，確保提高其（qí）在現場運行過程中的（de）穩定性、準（zhǔn）確度等級和抗幹（gàn）擾能力，充分發揮流量計自有優勢，對該產品質量的提升以及可操作性都（dōu）具有實質（zhì）性推動作（zuò）用，同時配合輔助工具（公司**產（chǎn）品 ：開孔（kǒng）器和推進、啟拔器）還可實現現場（chǎng）不停產安裝或更換，彌補了法蘭式流量計體積大、整體重量過（guò）大、安裝不（bú）便（biàn）等現象，為（wéi）用戶提供了方便，特（tè）別適（shì）用於大管道介（jiè）質的測量，其性價（jià）比高（gāo）、適用廣（guǎng）泛。
管道煙氣流量計 電廠（chǎng）煙氣流量計 脫硝煙氣流量計,電廠煙氣（qì）流量計 脫硝煙氣流量計,不鏽鋼煙氣流量計 靶式煙氣流量計（jì）,脫硝煙氣流量（liàng）計 測煙氣（qì）流量計,脫硝煙氣流量計 鍋爐煙氣（qì）流量計在測量飽和蒸汽中對於生產效率的（de）提升 電廠煙氣流量計,管道煙氣流量（liàng）計（jì） 脫硝煙氣流量計在測量蒸汽時產生誤差的來源及解決 電廠煙氣流量計,測量煙氣的流量計（jì） 有效增（zēng）加火電廠煙氣流量計使用壽命（mìng）的日常維護（hù）方法說（shuō）明 管道煙氣流（liú）量計在氣田（tián）生（shēng）產（chǎn）中使用情況（kuàng）與計量問題（tí）分析 煙氣流量計在測量飽和蒸汽中（zhōng）對於（yú）生產（chǎn）效率的提（tí）升（shēng） 煙氣流量計（jì）在電廠脫硝係統蒸汽耗量過大問題中的分析 工程設計中插入式煙氣（qì）流量計插入（rù）深度的（de）選擇 淺談煙氣流量計在工（gōng）業行業的應用 煙氣流量計的信號組成及處理與係統實現 對煙氣流量（liàng）計製造過程進行優化設計（jì） 淺析電（diàn）廠煙氣流量計在鑽（zuàn）井檢測係統方麵的應用 淺（qiǎn）析高溫煙氣（qì）流量計安全係統的開發與應用 關於熱式煙氣流量計的抗幹擾與（yǔ）電磁兼容特性分析 脫硝煙氣流量計的原理選用及安（ān）裝維（wéi）護與故障處理 脫硫煙氣流量計在電（diàn）廠脫硝係統蒸（zhēng）汽耗量過大的（de）問題分析 鍋（guō）爐（lú）煙氣流量計的信號組成及處（chù）理與係統試驗分析 關於管道煙（yān）氣流量（liàng）計（jì）在汽輪機改造中的應用及安裝調試 電廠煙氣（qì）流量計的原理工作流程（chéng）與運行參數及常見（jiàn）問題處理 高溫煙氣流量計 高溫煙氣流量計（jì）選型 脫硫煙氣（qì）流量計,高溫煙氣流（liú）量計 不（bú）鏽鋼煙（yān）氣流量計,測煙氣流量用什麽流（liú）量計
引言
流量計均以管道法蘭式結構形式在用戶中廣（guǎng）泛使用，但其相對價格較高（gāo），且隻有在現場（chǎng）管（guǎn）線停產檢（jiǎn）修時才（cái）能進行安裝（zhuāng）、維護。針（zhēn）對此種情況，研製了插入式（shì）渦街量計，因其特殊的結構形式，配合自主研發的專用配套工具（jù）（公司（sī）**產（chǎn）品：開孔器和推進、啟拔器），可實現現場管道在不停產的狀態下進行安裝或更換流量計，該產品造價低廉、抗（kàng）振性強、無零點漂移、可靠性高。通過長時間對煙氣（qì）流量計進行大量波形分析和（hé）頻譜分（fèn）析，設計出非常好的的探頭形狀、壁厚、高度、探頭杆直徑、發生體的幾何尺寸，和與之相配套（tào）采用並聯方式的四片壓電（diàn）晶體及流量計插入管道的深度，普遍適用於（yú）大口（kǒu）徑工業管道安裝特點。采用（yòng）先進的加工中心進行（háng）生產加工各個零部件，確保各個零部件的同軸度和表麵粗糙度等加工（gōng）精度，再配合熱處理工藝，從而*大限度（dù）地（dì）克服流量計存在的固有自振蕩頻率（lǜ）對信號的影響，其準（zhǔn）確度等級能夠達到±1% FS 以上，本文主要通過優化設計和試驗，確定其（qí）插入深度（dù）的（de）正（zhèng）確（què）選（xuǎn）擇。
1 測量原理
煙氣流量計實現流量測量的理論基礎是流體力（lì）學中**的（de）“卡門渦街”原理，在流動的流體中裝置一個非線性（xìng）三角柱形體，即渦旋發生體，如圖 1 所示。當流體沿渦旋發生體繞流時，會在渦旋發生體下遊產生兩列不對稱（chēng），但有規律（lǜ）交替地（dì）分離釋放出一係列（liè）漩渦束，隻有（yǒu）當兩渦漩列之間的距（jù）離 h 和同列的兩渦漩之間的距離 L 之比滿足 h/L=0.281 時，所產生的渦街才是穩定的。
按國（guó）際標準化組織 IS07145（在環形截麵（miàn）封閉管道中（zhōng）的流體流量（liàng）測定--在截麵（miàn）一點的速（sù）度測量法），采用埋入壓電晶體的渦街測速探頭，插入大口徑工業管道內，將卡門旋渦頻率轉換為與流量成（chéng）正（zhèng）比的標準信號：（4 ～ 20）mA DC。
2 煙氣流量計（jì）優化設計
根據流體力學的相關知識，從以下幾個方麵進行（háng）探討與研究：
2.1 流體介質的密度
流體質量不隨外界條件變化而變化，但流體體積與（yǔ）溫度和壓力密切相關。也就是，流體密度是溫度和壓力的函數。
2.2 流體介質的粘度
先觀察（chá）河（hé）中水流動的（de）現象，可以看（kàn）到河中（zhōng）央的水流速*快，越靠近岸邊（biān）的水流得越慢。同樣，當流（liú）體在管道中流動時，管道中心的流速*快，越靠近管壁處的流速越慢，這是流體流動時，由於流體介質的粘（zhān）度和在管道內部產生（shēng）摩擦的緣故。
由於流體介質的密度和粘度的（de）關（guān）係，一切流體介質在流動時內部各個層麵的速度是不同的。在相（xiàng）鄰層的接觸麵（miàn）上存在著一對等值反向的力，速度較快的流層帶動流層速度較慢的流層，使之加快速度；速度較（jiào）慢的流層阻滯速度（dù）較快的流層使之減速，這種阻滯力稱之為（wéi）內摩擦力（lì），流（liú）體之間的相互（hù）作用稱為流體內摩擦（即：牛頓內摩擦定律），而粘度是（shì）內摩擦的量度，是流體反抗變形（xíng）的能力。
2.3 雷諾數（shù）和流態
根據測量管道內流體的（de）流動狀態（tài）和流速的分布情況，雷諾數是表征流體流動特性的一個重要參數。雷諾數表征（zhēng）了流體流動時慣性力（lì）和粘性力的無綱量（liàng）參數，其比值如下式給出：
Re=VD/γ（管道為圓管時）
式中：V-流動橫截麵的平均流速，單位：米 / 秒（m/s）。
D-流動（dòng）的特性長度為管（guǎn）道直徑，單位：米（m）。
γ-流體的（de）運動（dòng）粘度，單位：平方米 / 秒（m 2 /s）。
對於流動介質的斷麵為圓管時，有一個共同的（de）臨界（jiè）雷諾（nuò）數 Rec，一般情況下，Rec=2300。
當 Re ＜ Rec 時，管道內流體為層流（liú）（層流是流體流動時，如果流體質點的軌跡隨初始空間坐標 x、y、z 和時間（jiān） t 而變，則是有規則的光滑曲線，*簡單（dān）的情形是直線），如圖 2（a）所示。
當 Re ＞ Rec 時，管道內流體為湍流（湍流是流體的（de）不規則運動（dòng），流場中各種量**間（jiān）和空間坐標發生紊亂地變化），如圖 2（b）所示。
根據以上各種參數（shù）的分析（xī），*終（zhōng）設計出探頭部件，如圖 3 所示。
3 實踐當中遇（yù）到的實際難題
根據中華人民共和國機械（xiè）行業標準：JB/T9249-2015《流量計》進行煙氣流量計的研製與設計。在（zài）試驗（yàn）過程中，因為理論研究不充分（fèn），再加上經驗不足，采用插入深度是按照（zhào）以往其它（tā）產品（插入式電（diàn）磁流量計）的經驗，以插入深度為現場管道內徑的 12.5% 進行試（shì）驗，其對介（jiè）質流量的檢（jiǎn）測值與同種規格管道法蘭式結構的流量計進行（háng）比較，偏差值較大、儀表準確度無法滿足設計要（yào）求。試驗安裝位置和安（ān）裝方法如圖 4 所（suǒ）示。
煙氣流量（liàng）計插入（rù）深（shēn）度為現場管道內徑的（de） 12.5%時，試驗數據如下（以 DN200 為例）：
流量計標校原始記錄， 流量範圍 ：（90 ～ 400）m 3 /h；標定介質：水；標定溫度：20℃；標定壓力：1.0Mpa。
標定結論：*大儀表係數（shù） ：2.45N/L ；*小儀表係數 ：1.743N/L ；*終儀（yí）表係數 ：2.0965N/L ；線性誤差 ：16.86% ；重複（fù）性誤差 ：0.20%。
對以上的試驗結果與相同規格（gé）、型號、量程的法（fǎ）蘭式流（liú）量計（jì）相對比，其準確度無法相比。結論（lùn） ：插入深度（dù）有問題（tí），或流量計的采集信號的（de）探頭（tóu）結（jié）構有（yǒu）問題。
經過分析（xī）、研究，煙氣流量計的采集信號的探頭結構確定沒有（yǒu）問題。
對插入式渦街流量計和插入式電磁流量計的結構原理進行分析，插入式電磁流量計的信號采集點在標校管道內12.5% 為宜，因它屬電磁類流量計，而流量計是根（gēn）據“卡（kǎ）門渦街”原理進行測量管道內流量，根據標校管道內層（céng）流（liú）和湍流的分析，以（yǐ）及流量計獨特的探頭結構（gòu）形式，確定煙氣流（liú）量（liàng）計的插入深度為標校管道內 50%，試驗安裝位置和安裝方法如圖 5 所（suǒ）示。
煙氣流量計插入（rù）深（shēn）度（dù）為現（xiàn）場管道內徑的50%時，試驗數據如下（xià）（以 DN200 為例）：
流量計標校原始記錄，流量範圍 ：（90 ～ 400）m 3 /h；標定介質：水（shuǐ）；標定溫度（dù）：20℃；標定壓力：1.0MPa。
檢定結論：*大儀表係數：0.144N/L；*小儀表係數：0.143N/L ；*終儀表係（xì）數 ：0.143N/L ；線性誤差 ：0.23% ；
重複性誤差 ：0.20% ；儀表精度 ：0.31%。
4 結論
本文提（tí）出（chū）了一種煙氣流量計在實際應用過程中，經過該儀表特殊結構分析（xī）和根據流體力學的特性，對探頭進行優（yōu）化設計，以及插入深度的確（què）定，確保提高其（qí）在現場運行過程中的（de）穩定性、準（zhǔn）確度等級和抗幹（gàn）擾能力，充分發揮流量計自有優勢，對該產品質量的提升以及可操作性都（dōu）具有實質（zhì）性推動作（zuò）用，同時配合輔助工具（公司**產（chǎn）品 ：開孔（kǒng）器和推進、啟拔器）還可實現現場（chǎng）不停產安裝或更換，彌補了法蘭式流量計體積大、整體重量過（guò）大、安裝不（bú）便（biàn）等現象，為（wéi）用戶提供了方便，特（tè）別適（shì）用於大管道介（jiè）質的測量，其性價（jià）比高（gāo）、適用廣（guǎng）泛。
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