1.2 大口径管路液体流量测量

1    的特点

①     管路口径大要求压损越小越好。一般不允许用局部缩径的方法提高流速。

②     流速一般都很高。新设计安装的管路，一般均选择经济流速。因为流速太低，势必增加管路的投资，流速太高，会造成动力损耗大幅度增加，导致运行成本上升，都是不经济的。但有些老管路，由于增产的需要而提高了流速。

③     由于流速较低，流体中的污垢、淤泥等极易在管道内壁沉积。作系统设计时应考虑仪表与流体接触部分的清洗。

④     测量范围度要求大。有些水管夜间和日间、冬季和夏季流量相差悬殊，多达10～20倍，有些空调用水，到一定季节干脆就停用，因此，这些水的流量计，就要求范围度特别大。

⑤     防护等级要求高。大口径管路大多埋地敷设，为的是节省空间，在北方，也是防冻的需要。因此流量传感器大多被安装在仪表井内管段上。由于雨水、井壁渗漏和管路外漏等原因常常引起井内水位上升而淹没流量传感器，所以设计时就应估计到这种情况，选用防持续浸水影响的流量传感器，例如IP68的防护等级。

（2） 仪表选型

① 电磁流量计。电磁流量计在大口径水流量测量中占有极其重要的地位，这是因为该种仪表具有下列特点。

a.       无可动部件，可靠性高，长期稳定性好。

b.       无附加阻力。这一点对大口径流量计有特别重要的意义。

c.       测量度高。典型产品在 1m/s时，度可达到±0.3％R。

d.       范围度大。保证度的范围度一般可达40∶1，可测范围可达200∶1，例如IFM系列产品，在v＝0.06m/s时，基本误差仍可小于±2％R。

e.       直管段要求相对较低。对于大口径管路，这一点也很重要。有多种流量计要求前后直管达到30D，对于管径1m以上的管路，就意味着须具备30m以上的直管段，这在多数情况下难以满足。

f.        有大口径产品。大提供DN3000的产品，从而能满足大口径水流量测量的需要。

g.       品种齐全。有防浸水型IP68产品。

h.       其不足之处是大口径产品价格高，而且口径越大价格增长得越快。尽管如此，像水厂、成品水和源水等计量，因牵涉到贸易结算，对计量度要求高，还是愿意花较多的钱选用电磁流量计。

②超声流量计。超声流量计在大口径管路的流量测量中占有重要地位，原因如下。

a.       超声流量计的夹装式，其价格与口径无关，用来测量大口径管路流量，投资较省。

b.       超声流量计能得到的测量度同管径有关,管径越大，有可能得到的度越高。有的供应商能提供带测量管的多声道时差式超声流量计，度zui高可达0.15级，但价格也相应升高。

c.       既可测量导电液体，如水等，也可测量不导电液体。

现在有很多单位添置数台携带式（时差法）超声流量计用于现场较大口径液体流量计比对，一般都收到较好的效果。在DN≥150mm、v≥0.3m/s时，度可达±2％R。

③插入式流量计。上述电磁流量计用在大口径管道上，固然很好，但价格较贵，因此，在测量度要求不高的场合，插入式流量计就成为受欢迎的方法。

   插入式流量计的价格只及满管流量计的几分之一到十几分之一，是流量计的一种补充。另外，重量轻，压损小，易于安装和维修,是这种流量计的另一优点。

在大口径管路流量计中，由于流速普遍较低，泥沙、污垢等容易在仪表表面沉积，因此，插入式流量计常常带配套球阀，实现在不断流情况下拆下仪表维护和检查，从而提高测量系统的可靠性。

a.插入式流量计的结构。插入式仪表有点流速计型。其中插入式涡街、涡轮、电磁流量传感器以及皮托管等属点流速计型。差压式均速管流量传感器、热式均速管流量传感器等为径流速型。

  插入式流量表的原理虽多种多样，但其结构却大同小异。图3.73所示为点流速计型结构。图3.74为径流速计型结构。

图3.73点流速计型插入式流量传感器        图3.74差压式均速管流量传感器

点流速计型传感器由测量头、插入杆、插入机构、转换器和仪表表体五部分组成。

测量头：其结构实际上就是一台流量传感器，不过这里作为局部流速测量的流速计使用。

插入杆：支撑测量头的一根支杆。支杆内可将测量头的信号电缆引至仪表表体外部。

插入机构：由连接法兰、插入杆提升机构及球阀组成。可在不断流的情况下将测量头由管道内提升到表体外，以便检查维修。

转换器：测量头信号输出转换的电子部件。

仪表表体：对于大口径一般都不带仪表表体，而是利用工艺管道的一段作为测量管。

差压式均速管流量传感器包括检测件（均速管）、阀、插入机构和取压装置等部件。

b.点流速计型工作原理。测量头插于管道中特定位置（一般为管道轴线或管道平均流速处），测量该局部流速，然后根据管道内流速分布和传感器的几何尺寸等推算管道内的流量。其流量计算式如下[34]。

  脉冲－频率型测量头（涡轮、涡街等）计算式为

                qv=f/K                                   3.102

式中  qv——体积流量，m3/s；

f——流量计的频率信号，Hz；

K——流量计的仪表系数，P/m3，K=

K0——测量头的仪表系数，P/m；

——流速分布系数；

——阻塞系数；

——干扰系数；

A——仪表表体（测量管道）横截面面积，m2。

差压式测量头（皮托管等）计算式为

      qv=                             （3.103）

令 K＝ ，则

         qv=KA

式中 Kv——测量头流速仪表系数；

    ——流体密度，kg/m3；

   ——流量计差压信号，Pa；

  其余符号同前。

电磁测量头计算式为

    qv=                                  （3.104）

式中E——测量头感应电动式，V；

  其余符号同上。

 c. 、 、 、A的确定方法

速度分布系数 的确定。速度分布系数定义：管道平均流速与测量头所处位置局部流速的比值。

测量头插于管道轴线处

－1                （3.105）

式中 ——流速分布系数；

    ReD——管道雷诺数；

   D——管道内径，mm；

  ——管壁粗糙度，mm。

测量头插于管道平均流速处

            ＝1                              （3.106）

管道平均流速处

     y=0.242                          3.107

式中 y——平均流速处至管壁的距离；

    R——管道半径。

  由式（3.105）可见，流速分布系数 为管壁相对粗糙与管道雷诺数的函数，测量时流量大小的变化将引起 的变化。设 /D＝0.001， ReD从2 104变到3 105， 约变化2.8％；反之，设管道雷诺数为3 105，而管道粗糙度从0.001变到0.002，则 约变化1.4％。

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