相立超

（北京華福工程有限公司，北京 100015）

0 引言

巴類流量計是運用差壓式均速管的工作原理，插入式的安裝方法，設計出的一種流量傳感器。就工作原理而言，這是一種非標的節(jié)流裝置，其輸出是差壓信號；取壓是通過一直徑約為20mm的探頭，前后有兩排按規(guī)則分布的8mm的引壓孔。通過這兩排孔將管道迎流面至背流面的不同壓力在孔內(nèi)取平均，產(chǎn)生差壓值，進而通過產(chǎn)生的差壓值計算出質(zhì)量流量或體積流量[1]。

1 巴類流量計測量原理

巴類流量計算基本是按照 ISO 5167 標準指定的方法計算，具體應用計算公式為：

其中：

qm——質(zhì)量流量，單位kg/s；

ζ——探頭的阻力系數(shù)，無量綱；

d——管道的內(nèi)徑，單位為m；

Δp——差壓，單位kPa；

ρB——工況介質(zhì)密度，單位為kg/m3。

所以，根據(jù)差壓、管道內(nèi)徑、探頭計算書中的阻力系數(shù)和工況介質(zhì)密度就可以計算出工況瞬時質(zhì)量流量[2]。

2 設計計算書

DeltaCalc 8 Web軟件主要用于巴類流量計的設計計算，其軟件界面如圖1所示。主要包括：Medium（介質(zhì)物性參數(shù)）、dp-Element（巴類傳感器）、Flowdata（流量范圍）、Adres/Notes（地址信息）、Config Selection（參數(shù)配置）幾部分[3]。

圖1 DeltaCalc 8 Web界面Fig.1 Deltacalc 8 Web interface

2.1 介質(zhì)物性參數(shù)

巴類流量計所測量的流體介質(zhì)可以有兩種設置方式：通用設置和自定義設置。采用通用設置時，操作者只需選擇對應的流體類型，其對應的工況物性參數(shù)會自動計算出來；而選擇自定義設置時，用戶需要根據(jù)工程現(xiàn)場的流體物性針對性地輸入具體的物性參數(shù)值[4]。

1）通用設置的流體介質(zhì)類型包括：Air（空氣）、Superheated Steam（過熱蒸汽）、Saturated Steam（飽和蒸汽）、Water（水）、Nitrogen（氮氣）、Oxygen（氧氣）、Carbon Dioxide（二氧化碳）、Methane（甲烷）和Hydrogen（氫氣）。

2）Ideal gas eqution自定義理想氣體，需要輸入：Fluid Name（流體名稱）；Density@Process condition（工況密度）;Compressibility（壓縮系數(shù)）；Viscosity（粘度）；Isentropic coffizient（等熵指數(shù)）。

3）InCompressible liquid不可壓縮液體，需要輸入：Fluid Name（流體名稱）；Density@Process condition（工況密度）；Viscosity（粘度）。

4）Redlich-Kwong自定義氣體，需要輸入：Fluid Name（流體名稱）；Critical Temperature（臨界溫度單位：℃）；Critical pressure（臨界壓力單位：kPa）；Standard Density 0℃，1013mbar（標況氣體密度）；Viscosity（粘度）；Isentropic coffizient（等熵指數(shù)）。

2.2 巴類傳感器

Primary Element（差壓流量計類型）包括：DF8-2、DF10、DF25、DF25HDD3、DF32、DF44、DF50、other integr. Pitottube、Orifice with flange tappings、Orifice（D，D/2）、Orifice （Corner tappings）、Venturi nozzle、Class.Venturi pipe with ductile inlet、Venturi with machined inlet、Venturi with raw iro sheets。dp primary element data差壓類型包括：ImproveIT-Factor改進修正系數(shù)、Core Diameter內(nèi)徑（單位：mm）、Expansion factor@q = 100%流量滿量程的可膨脹系數(shù)、Expansion factor@q = 66.7%流量常用值的可膨脹系數(shù)。Pipe data管道參數(shù)包括：Inside diameter管道內(nèi)徑（單位：mm）和Wall chickness管道壁厚（單位：mm）[5]。

圖2 Config Selection界面Fig.2 Config Selection interface

2.3 流量范圍

流量計算除了需要輸入節(jié)流裝置的參數(shù)，工況溫度、壓力和流量范圍參數(shù)也是必不可少的。Pressure（abs）工況絕對壓力，單位：kPa、bar/abs、Pa、mbar/abs、psi；Temperature工況溫度，單位：℃、K、℉；q design設計瞬時流量，單位：Nm3/h、Nm3/s、kg/h、kg/s、t/h、m3/h、m3/s。除了可以指定單一的設計瞬時流量，還可以針對工況現(xiàn)場的流量范圍進行多參數(shù)輸入，依次填寫q max、q norm、q min即工況最大、常用、最小瞬時流量值。Unit of dp設置差壓單位可以為kPa、bar、Pa、mbar、psi、mmWs。

2.4 地址信息

地址信息與計算書中的其它參數(shù)不同，填寫的內(nèi)容只是作為計算書的標識，而不參與具體的運算。具體包括：Company1、Company2公司名稱，Name名字、Street街道、ZIP/City 郵編及城市、Phone/Fax電話傳真、Project工程名稱、Job number工程編號、TAG標識信息、Serial Number序列號、Certificates證書信息、Date日期、Notes備注信息。詳細填寫好上述信息有助于計算書的應用的查詢，以免造成混淆[6]。

2.5 參數(shù)配置

以DF150流量計為例，進行上述的填寫和選擇之后，根據(jù)現(xiàn)場的安裝條件，進一步有針對性的選擇流體類型、介質(zhì)流向、溫壓補償傳感器位置，依據(jù)工程標準等信息，軟件依據(jù)所輸入的信息自動更新出符合設計要求的巴類計算書，如圖2所示。

圖3 計算結(jié)論Fig.3 Calculation conclusions

3 計算結(jié)論

如圖3所示，以介質(zhì)水為例，deltacalc 8 web results計算結(jié)果包括：

1）fluid data（流體物性參數(shù)）：fluid name（流體名稱）；fluid properties model（流體計算數(shù)學模型IAPWS97）；standard density（標況密度），1.2929kg/Nm3；standard density temp（標況溫度），n.a.℃；process density（工況密度），895.1078 kg/m3；insentropic coefficient（等熵指數(shù)），1000000000.0000；viscosity（粘度），0.1663 cP；compressibility（壓縮系數(shù)），0.0000；standard density pressure（標況壓力），n.a. mBar；critical temperature（臨界溫度），374.0℃；critical pressure（臨界壓力），22000.0 kPa。

2）pipe data（管道數(shù)據(jù)）：inside diameter 20℃，（20℃時管道內(nèi)徑），154.1 mm；inside diameter @ process temp（工況溫度下管道內(nèi)徑），154.4 mm；wall thickness（管道厚度），7.10 mm；pipe shape（管道外形），round（圓的）。

3）primary element data（主節(jié)流件數(shù)據(jù)）包括：

primary element type（主要節(jié)流件）：deltaflow DF25、resistance factor Zeta（阻力系數(shù)），2.44651；K-number probe（節(jié)流件K系數(shù)），0.63933；discharge coeff. C（ISO）流出系數(shù)0.35910；diameter ration d/D beta (ISO)β值0.9096；core diameter d核心直徑140.440 mm；ImproveIT-factor（修正系數(shù)），1.00000；frequency probe（探頭頻率）；vortex frequency（旋渦頻率）；safety（安全）。

4）process data（流量數(shù)據(jù)）包括：absolute pressure（絕對壓力），135.000bar/abs、temperature（溫度），180.0℃；Flow（瞬時流量），345.94556t/h；expansion coefficient（可膨脹系數(shù)），1.0000；reynolds（雷諾數(shù)）477E+04；fluid velocity（平均速度），5.7340m/s；pressure loss（壓損），4.6206 kPa；differential pressure（差壓），36.0000 kPa。

圖4 計算書界面Fig.4 Calculation book interface

4 安裝及維護

4.1 測量原理

巴類流量計探頭的長度等于現(xiàn)場管道內(nèi)徑。探頭上的開孔直徑為8mm，不均勻分布在探頭兩側(cè)，前后兩排取壓孔分別為高壓孔和低壓孔。在安裝時，高壓孔始終為迎流方向[7]。

4.2 安裝及維護

巴類流量計的小孔徑會造成流體堵塞，為了避免其問題發(fā)生，可以使用在線吹掃裝置進行連續(xù)吹掃或者間隔吹掃操作，操作過程基本不影響瞬時流量的測量。此外，為了保證巴類流量計的測量準確度，需依照圖6所示的直管段安裝參數(shù)表進行安裝。

4.3 二次表設置

一個巴類流量計都具有唯一的計算書，上面標注了根據(jù)工況條件計算出的流體瞬時流量與差壓的對應值，巴類流量計所連接的差壓變送器需要經(jīng)過二次表處理才能轉(zhuǎn)換為瞬時流量值參與累加。選擇被測介質(zhì)，根據(jù)現(xiàn)場工況條件設置溫壓補償、壓力補償、溫度補償或無補償，這樣二次表積算儀可以根據(jù)實時采集到的工況溫度和壓力計算出實時密度、粘度、等熵指數(shù)等物性參數(shù)，進而參與后續(xù)的瞬時流量計算。在二次表中除了設置流量系數(shù)C之外，可以根據(jù)出廠標定表將非線性修正系數(shù)數(shù)組K值填寫到二次表中，以達到預期的測量效果。

圖5 巴類流量計測量示意圖Fig.5 Diagram of the measurement of the bar flowmeter

圖6 直管段安裝參數(shù)表Fig.6 Installation parameter table for straight pipe segment

5 結(jié)論

介紹了巴類流量計的測量原理，計算公式和安裝結(jié)構(gòu)，詳細闡述了巴類流量計應用DeltaCalc軟件進行計算的操作過程；而巴類流量計由于測量準確度高、重復性好、現(xiàn)場實用性強等諸多優(yōu)點，可以較好地實現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場的流量計量。