一、引言

    彎管流量計(jì)廣泛應(yīng)用于石油、化工、電力、冶金、鋼鐵等行業(yè)的液體、氣體、和蒸汽的流量測量，能在φ10～φ2000mm的大范圍管道中精確測量各種流體的流量，彎管傳感器可耐高溫、高壓、可在潮濕、粉塵、振動(dòng)等各種惡劣的環(huán)境中正常工作。它沒有插入件，無附加阻力損失，結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便。

二、彎管流量計(jì)的工作原理

1、原理

流體在管道中流動(dòng)，在流經(jīng)彎管時(shí)，流體類似于流過一個(gè)整流器，由于彎曲管壁的導(dǎo)流作用,在進(jìn)入彎管前2D左右流體內(nèi)側(cè)被加速，而流體外側(cè)被減速，直至進(jìn)入彎管流體的流速形式被整流成近似于自由旋流理論描述的梯形速度流動(dòng)模式，   且在彎管45°截面處達(dá)到最大，這個(gè)過程將持續(xù)在整個(gè)彎管中。在彎管出口處及下游2D范圍內(nèi)，流速模型的變化過程是進(jìn)口變化的反過程。彎管在45°截面各質(zhì)點(diǎn)流速分布如圖1所示。

其中：     
α(R．D)： 流量系數(shù)     
△P： 45°截面內(nèi)、外側(cè)壓差     
D： 彎管內(nèi)徑     
R： 彎管彎曲半徑     
ρ：流體密度

根據(jù)管道流體流速υ與流量Q的關(guān)系就可以得到以下流量計(jì)算公式：

Q=π/4D²υ. 3.6ρ    t/h

三、測量系統(tǒng)的組成

彎管流量計(jì)的基本組成除彎管傳感器和主機(jī)外，還需要配置差壓變送器、壓力變送器和溫度變送器，

1、  差壓變送器是用來檢測彎管傳感器產(chǎn)生的差壓值，因此它是彎管流量計(jì)測量系統(tǒng)必不可少的配件。

2、  系統(tǒng)是否配置壓力和溫度變送器，要根據(jù)具體的測量對象來決定，對于測量蒸汽或其它氣體介質(zhì)的系統(tǒng)，原則上必須配置溫度和壓力變送器，以便能對蒸汽或氣體進(jìn)行必要的實(shí)時(shí)溫、壓補(bǔ)償。見圖2

                                     圖2彎管流量計(jì)數(shù)學(xué)模型的框架結(jié)構(gòu)

四、測量系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)

1、傳感器結(jié)構(gòu)簡單

彎管傳感器利用管道系統(tǒng)彎頭作檢測元件，無附加壓損及專門安裝節(jié)流元件是其優(yōu)點(diǎn)，彎管取壓口開在45^o處，取壓口結(jié)構(gòu)與標(biāo)準(zhǔn)孔板相同，兩個(gè)平面內(nèi)的兩個(gè)取壓口對準(zhǔn)，使其能處于同一條直線上，如圖3，

      

                                                   圖3彎管流量傳感器

2、免維護(hù)的流量傳感器

彎管流量計(jì)在工作中不會(huì)磨損；在高速流體沖擊下不會(huì)變形、扭曲、震動(dòng)；對于環(huán)境中可能出現(xiàn)的震動(dòng)、粉塵、潮濕、電磁場干擾不敏感；經(jīng)過長周期運(yùn)行它的穩(wěn)定性、靈敏度、準(zhǔn)確性不會(huì)發(fā)生明顯變化；能在最大程度上防止傳感器被粘污、結(jié)疤、堵塞等等。保證了流量計(jì)長期高精度測量的工作狀態(tài)。而孔板流量計(jì)的節(jié)流口對微量磨損就十分敏感。規(guī)程規(guī)定，計(jì)量用孔板流量計(jì)的孔板每年必須進(jìn)行一次或一次以上的強(qiáng)制性磨損檢查，才能保證孔板流量計(jì)準(zhǔn)確計(jì)量。對于那些大管徑的孔板和蒸汽孔板，其拆裝難度之大，維修費(fèi)用之高，給使用者帶來了額外的負(fù)擔(dān)。
    彎管傳感器因耐磨損、免維護(hù)、長周期高精度運(yùn)行的特點(diǎn)，可滿足直接焊接安裝的技術(shù)條件，焊接法安裝解決了流量測量裝置現(xiàn)場跑、冒、滴、漏等令人頭痛的問題。

3、無任何附加節(jié)流件或插入件，無附加壓力損失，節(jié)約能源
    對孔扳流量計(jì)來說，流體在孔板上的壓力損失是不可恢復(fù)的，其損失可達(dá)孔板在該流量下產(chǎn)生的差壓值的60%~80%，為了提高其測量精度，設(shè)計(jì)人員在選定孔板流量計(jì)的工作差壓值時(shí)一般都取高值，使該壓力損失成為不可忽視的數(shù)值。
    彎管流量計(jì)則不存在管道附加阻力損失的問題，孔板的節(jié)流損耗可簡單地看作是彎管流量計(jì)的節(jié)能效果，這對于那些大系統(tǒng)、大管徑、大流量、低壓力的測量對象好處更加明顯。

 
4、可測量容易臟污、易堵塞傳感器的流體
    循環(huán)水水質(zhì)較差，對流量測量裝置的污染較大。孔板流量計(jì)的節(jié)流件或渦街流量計(jì)的插入件極易被循環(huán)水玷污或堵塞，尤其是孔板節(jié)流口的直角部分，即使是輕微的玷污也會(huì)對測量精度造成極大的影響。彎管傳感器對于類似循環(huán)水這樣的介質(zhì)（如裂解產(chǎn)生的高溫裂解氣等）其適應(yīng)性是不用懷疑的，即使是長期的運(yùn)行也能保證彎管流量計(jì)的正常工作，保證其足夠的測量精度。

5、適應(yīng)性強(qiáng)，量程范圍寬、直管段要求不嚴(yán)格
   只要是能用孔板、渦街，均速管等流量計(jì)進(jìn)行測量的流體都可用彎管流量計(jì)來進(jìn)行流量測量，且在耐高溫、耐高壓、耐沖擊、耐震動(dòng)、耐潮濕、耐粉塵等方面，彎管流量計(jì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于這些常用的流量計(jì)。
    高溫、高壓、沖擊、震動(dòng)使渦街流量計(jì)適用范圍十分有限，這與它的測量原理有關(guān)。震動(dòng)、沖擊對彎管傳感器的正常工作幾乎沒有影響，而高溫、高壓對于彎管傳感器來說只要采用與工藝管道相同材質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)彎頭，就可以得到解決。
    量程范圍寬，一方面是指彎管流量計(jì)對于其測量介質(zhì)的流速適用范圍寬。如蒸汽或其它氣體介質(zhì)，流速范圍為5～70m/s；液體介質(zhì)流速范圍為0.3～5m/s。有足夠精度的微差壓變送器相配合，則流體流速的低限可取得很小。高質(zhì)量微差壓變送器的應(yīng)用使彎管流量計(jì)能夠適應(yīng)低流速、小信號(hào)測量的要求。總之，彎管流量計(jì)的量程范圍完全可以滿足不同對象的流量測量的要求。
    量程范圍寬的另一方面是指彎管傳感器的幾何尺寸沒有限制，管徑可從十幾毫米到一米甚至兩米以上。

6、測量精度高

實(shí)驗(yàn)證明，彎管流量計(jì)的測量準(zhǔn)確度可達(dá)到1.0%。

7、測量數(shù)據(jù)可直接接入DCS系統(tǒng)

    測量數(shù)據(jù)可引入DCS，它可實(shí)現(xiàn)溫壓補(bǔ)償?shù)冗\(yùn)算功能，可實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)量、累計(jì)量、報(bào)表、打印等功能

8、可以實(shí)現(xiàn)雙向計(jì)量

五、使用中注意事項(xiàng)

 彎管流量計(jì)是一種差壓式流量計(jì)，針對常用流體，其產(chǎn)生的差壓值介于100Pa~60KPa之間，比孔板流量計(jì)產(chǎn)生的差壓值要小，一些安裝中的不正確，均會(huì)給測量帶來較大的誤差，

1、在含水量較高的氣體測量中，避免水進(jìn)入導(dǎo)壓系統(tǒng)，造成系統(tǒng)無法測量。
　　在壓縮空氣、燃料氣、裂解氣等很多氣體流體中均含有大量的水份，基本是處于飽和狀態(tài)，有的在管道的下方形成水層，采用常規(guī)安裝方式，水會(huì)流入彎管傳感器內(nèi)側(cè)取壓口，進(jìn)入導(dǎo)壓系統(tǒng)，外側(cè)也會(huì)有少量的凝結(jié)水進(jìn)入，正負(fù)壓導(dǎo)管中進(jìn)水量不等，給差壓的測量帶來不可確定的附加誤差，應(yīng)使彎管傳感器的兩側(cè)取壓體均向上傾斜，并向上引導(dǎo)壓管，連接差壓變送器，即避免了管道中的水進(jìn)入導(dǎo)壓系統(tǒng)，又可以使導(dǎo)壓系統(tǒng)中凝結(jié)的水順利流回管道中，不會(huì)影響計(jì)量。

    如果考慮差壓變送器維護(hù)的方便等原因，要求差壓變送器必須裝在管道下方，可采用取壓體及導(dǎo)壓管先向上，再向下，避免大量的水流入導(dǎo)壓系統(tǒng)，并在導(dǎo)壓系統(tǒng)的最低點(diǎn)加裝集液罐，使得導(dǎo)壓系統(tǒng)凝結(jié)的水流入集液罐中，定期排水，可以保證正常計(jì)量。

2、 蒸汽流量測量中，導(dǎo)壓系統(tǒng)用于導(dǎo)壓的介質(zhì)為水，常溫水的密度為998kg/m3(20℃時(shí))，1mm水柱產(chǎn)生的壓力約為9.8 Pa，如采用傳統(tǒng)的冷凝罐作為液位平衡器，管道中溫度壓力的突變會(huì)打破冷凝罐中的平衡狀態(tài)，造成液位波動(dòng)，對于孔板流量計(jì)（產(chǎn)生的壓力差約為10-100KPa）影響很小，但對于彎管流量計(jì)在小流量測量中則可能產(chǎn)生較大的影響。
　　彎管流量計(jì)選用盤式冷凝器作為液位平衡器，安裝時(shí)只要保證盤面水平，汽、液分界面在同一水平面前后移動(dòng)，液位高度始終處于同一水平面，起到了良好的液位平衡作用，儀表投用后，遇到蒸汽停止輸送時(shí)，對差壓變送器進(jìn)行零點(diǎn)遷移，可解決液位不平衡造成的零點(diǎn)誤差。

3、任何流量計(jì)均存在著小流量問題。彎管流量計(jì)雖然相對其它流量計(jì)性能良好，但依然存在著一個(gè)下限指標(biāo)（流速≥5m/s），在申請安裝流量表時(shí)，如果對彎管流量計(jì)的工作原理和性能不了解，報(bào)的儀表用量量程一般都偏高很多，造成和實(shí)際達(dá)到的用量嚴(yán)重不符，往往選擇流量計(jì)口徑偏大，流速低于5m/s，測量誤差偏大。所以在選擇彎管傳感器口徑時(shí)，一定保證最低流速大于5m/s，即使實(shí)際流量偏高，彎管流量計(jì)在高達(dá)120m/s流速情況下，依然保證測量精度（調(diào)整差壓變送器量程即可實(shí)現(xiàn)）。

六、投用效果

我廠于2004年4月，采用彎管流量計(jì)測量蒸汽流量，投用了共計(jì)14套彎管流量計(jì)，其中4套是蒸汽外網(wǎng)互供能源，用于貿(mào)易計(jì)量結(jié)算，其余用于本廠內(nèi)蒸汽平衡、計(jì)量與控制。投用至今，與外廠蒸汽計(jì)量表的瞬時(shí)量、累計(jì)量進(jìn)行了比對，完全滿足精度要求。

參考文獻(xiàn)：
1. 孫淮清、王建中編著：“流量測量、節(jié)流裝置設(shè)計(jì)手冊”， 北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2000.6 P168～169。
2. 宋建華、李志合編：“彎管傳感器彎徑比的測量方法”，《計(jì)量技術(shù)》1997年第12期P22～25。