引 言

長期以來,孔板流量計由于其技術成熟、標準化程度高、結構簡單、維護方便等特點而被廣泛地應用。在海洋石油工程中也常常會用到孔板流量計。以采油平臺的測試分離器氣體出口測量為例,由于該介質為氣體,一般壓力較高,介質成分較復雜,流量范圍隨著年份變化較大等特點,決定了該場合應用孔板流量計最為合適。尤其近年出現的可更換孔板更是解決了原有孔板流量計的低量程比的缺點而被廣泛地應用。但是可更換的孔板價格昂貴,一般至少為同管徑孔板流量計價格的5倍以上。那么有沒有更好的產品來代替它,我們認為V錐流量計就是代替它的首選產品。

一、V錐流量計的優(yōu)點

V錐流量計是從2000年左右才在中國國內出現的流量計。其工作原理和孔板流量計相同。介質通過V錐時,由于阻流件V錐的存在,使得流體的流過面積發(fā)生變化,流速發(fā)生變化,根據伯努利方程,流速變化引起了壓力的變化,該壓力的變化與流速之間有一定的關系。通過測量該壓力差達到測量流量的目的。雖然與孔板原理一樣,但是最本質的區(qū)別在于孔板為中心收縮型節(jié)流裝置,而V錐為邊壁收縮型節(jié)流裝置。

眾所周知,測量范圍窄是制約孔板使用的主要原因。測量范圍窄的主要原因是:孔板的流量系數隨雷諾數的變化而變化較大,孔板的突然節(jié)流導致孔板后發(fā)生比較大的漩渦,該漩渦的存在直接導致信號噪聲比較大,從而限制了它的測量范圍。而V錐流量計克服了以上缺點。

如圖1所示,V錐流量傳感器是由與管道同軸的內部節(jié)流件V錐和取壓裝置組成的,流體經過時并不是像孔板那樣突然改變流體的流動狀態(tài),而是介質隨著錐體的方向向邊壁收縮,該錐體起到了調整介質流動狀態(tài)的作用,重塑了流束曲線,使流體的流動更加穩(wěn)定。而且由于慣性力的存在,介質經過V錐的邊緣時并不直接沖刷錐體邊緣,因此V錐的　如圖1所示,V錐流量傳感器是由與管道同軸的內部節(jié)流件V錐和取壓裝置組成的,流體經過時并不是像孔板那樣突然改變流體的流動狀態(tài),而是介質隨著錐體的方向向邊壁收縮,該錐體起到了調整介質流動狀態(tài)的作用,重塑了流束曲線,使流體的流動更加穩(wěn)定。而且由于慣性力的存在,介質經過V錐的邊緣時并不直接沖刷錐體邊緣,因此V錐的源。即使不考慮整流器,在同一流量下,V錐的壓力損失一般也只有孔板的1 /2～1 /3。

1. 4　精度高

由于V錐結構無可動部件,使得V錐具有很好的重復性,一般小于0. 1%。由于量程比寬,即它的線性度好, 從而使其精度較高。根據GB17167 -2006《用能單位能源計量器具配備和管理通則》規(guī)定,用于能源計量的流量計準確度等級要求為:煤氣和天然氣為2. 0級。所以在測試分離器出口的氣體測量中,在10∶1的量程范圍內, V錐加上差壓變送器及二次表的總體誤差不會低于1. 5級,完全能滿足計量要求。

1. 5　長期性能好

由于錐體的輪廓形狀限制了介質的流動,流體沿著錐體形成了邊界層,這意味著錐體的邊緣不容易受不清潔的流體磨損,從而使開孔比β保持不變,使得流量計可以在很長時間內保持精度而不必校驗。

二、V錐流量計的缺點

雖然V錐流量計有很多的優(yōu)點,但是它還是存在一些不足之處。

2. 1　需要標定

孔板是唯一通過保證幾何尺寸就可以保證其測量精度的流量計。而V錐屬于新型的流量計,雖然眾多的廠家及科研人員做了大量的實驗,但迄今為止V錐流量計可依據的國家標準有限,而且由于機密性和專利的限制,現已公布的有關V錐流量計結構設計的可利用的文獻較為缺乏。各個生產廠商依據企標來生產,可以說產品魚龍混雜,并不是每個廠商的產品都可靠。由于試驗數據不充分,使得每臺V錐流量計出廠時都必須經過嚴格的標定。從而也增加其費用。

2. 2　售價較高

同種規(guī)格的V 錐流量計的價格要高于孔板流量計,但低于可更換孔板流量計。由于V錐的用料多、加工工藝復雜、標定費用高,使得其售價較高。但是在考慮流量計時,初次購買價及安裝費用、儀表的可靠性、長期維護費用、永久壓力損失等綜合因素的總評才是選取流量計的依據,只有綜合考慮并權衡了以上這些重要因素,才能做到合理選型。如前所述,V錐流量計除了在初次購買費用上高于孔板流量計外,其他的費用應該與孔板流量計持平或低于孔板流量計。尤其是在補償壓力損失所需要的耗能方面,V錐流量計遠遠優(yōu)于孔板流量計。所以從長遠考慮,使用V錐流量計的綜合費用要低于孔板流量計。

使用可更換孔板的目的就是為了提高孔板的量程比。但是其價格昂貴。如果給V錐流量計配兩臺不同量程的變送器（壓力變送器、差壓變送器）,那么其量程比的擴展要遠大于可更換孔板流量計,而其價格要遠低于可更換孔板。

2. 3　差壓較低

由于V錐流量計的流出系數要大于孔板流量計的流出系數,使得相同流量時孔板的差壓值要高于V錐的差壓值。孔板流量計的變送器一般都是用中差壓表,V錐流量計一般用低差壓表。

三、結論

綜上所述可知,在很多場合用V錐流量計代替孔板流量計,應該是利大于弊。對于文中開頭例舉的海洋平臺測試分離器出口的氣體測量,我們認為選擇孔板流量計或可更換孔板流量計并不是最佳選擇。V錐流量計應該更適合于該工況。當然對于其他工況還需要具體問題具體分析,不能一概而論。謝謝