楔式流量计的设计计算及检定

【摘要】 楔式流量计是近年来开始广泛应用的一种新型节流装置，在国外石油、化工等行业中已得到大量的应用。它的问世并被广泛应用是由于它的独特性能——在极宽的雷诺数范围内，流量和差压始终保持方根关系。

【关键词】 楔式流量计;设计计算;检定

【DOI编码】 10.3969/j.issn.1674-4977.2020.01.002

Abstract： Wedge flowmeter is a new type of throttling device which has been highly applied in recent years. It has been widely used in petroleum and chemical industries abroad. Its appearance and wide application are attributed to its unique performance-the square root relationship between flow rate and differential pressure is always maintained in a wide range of Reynolds numbers.

Key words： wedge flowmeter;design calculation;verification

以往使用的節流装置如孔板、喷嘴和文丘里管等，当雷诺数低至10000时，它们所测得的流量与差压的方根关系会出现重大的偏差，而且随着雷诺数的降低，偏差会越来越大，致使测量精度受到严重的影响，而楔式流量计在雷诺数从500到数百万的范围内，流量和差压始终保持方根关系，流量系数呈线性状态。楔式流量计分为管嘴取压（图1）和法兰取压（图2）两种结构形式。

理论和实践证明，楔式流量计非常适用于低雷诺数流体流量的测量，尤其在测量高粘度流体、含固体颗粒流体、浆状流体时，更具有其它节流装置无法比拟的优越性。

楔式流量计产品目前还没有国际标准和国家标准，经过多次检定和多年的设计经验总结，本文将对楔式流量计的设计计算与检定进行详细的分析。

1 楔式流量计原理及设计计算分析

1.1 基本原理

首先介绍一下楔式流量计的测量原理（图3），与其它节流式流量仪表一样，它也是根据伯努利方程，利用流体在流动过程中遵守能量守恒定律（即动能和静压能之和不变），流体通过起节流作用的楔块时流通面积减少，流速增大，静压降低，从而在楔形块两侧产生压力差。流体流量与差压平方根成正比关系，因此测得压差即可测得管道中的流量。

1.2 楔式流量计基本公式

1）体积流量

2）质量流量

通过楔式流量计的原理可以得出以下结论，楔形比（h/D）确定以后，节流面积比m就可以计算出来，通过水流量装置标定出流出系数C，就可以通过公式计算出流量值Q所对应的差压值ΔP，选择出适当量程的差压变送器。

2 楔式流量计的检定

楔式流量计是非标准节流装置，产品设计出厂前需要进行实流标定校准，现对流量计检定过程进行详细说明。

2.1 试验设备和试验条件

2.1.1 试验设备

a）楔式流量测量节流装置用水流量标准装置标定;

b）流量标准装置的不确定度应小于或等于楔式流量测量节流装置基本误差的1/3;

c）装置累积时间内的流量稳定性应优于0.2%;

d）配检定合格的差压变送器，法兰取压楔式流量计配双法兰差压变送器，差压变送器精度优于0.2级;

e）检定时要求前直管段满足5D，后直管段满足2D。

2.1.2 试验条件

a）一般试验大气条件：

环境温度：5～35 ℃;

相对湿度：35%～85%;

大气压力：86～106 KPa。

b）其它环境条件：

机械振动应小到忽略不计。

c）试验介质：

水/其它液体。

当标定用介质的密度、粘度不同于工况下的介质密度、粘度时，应按等雷诺数原则，对标定用流量进行换算。

2.2 基本误差和重复性误差

2.2.1 试验方法

楔式流量测量节流装置安装在流量标准装置水平试验管段上，在流量上限值下预运行一段时间（5分钟以上），使管道介质温度均匀，流场稳定，然后开始进行试验，按5个标定点qmin、0.3qmax、0.4qmax、0.7qmax、1.0qmax进行标定分别测出标准流量值、与之对应的差压值及密度值，计算流出系数。对口径大于等于300 mm的楔式流量测量节流装置qmax允许设在上限值的80%左右。上述标定点如果小于qmin则该点可以取消。

2.2.2 流出系数的计算

用水流量装置标定时，流出系数按下式计算：

第i个标定点的平均流出系数为：

装置的平均流出系数为：

2.2.3 流出系数线性度误差计算

流出系数线性度误差为：

2.2.4 流出系数重复性误差计算

第i个标定点的流出系数重复性误差为：

楔式流量测量节流装置的重复性误差为：

2.2.5 楔式流量测量节流装置的基本误差的计算

楔式流量测量节流装置基本误差为：

经实流标定后楔式流量测量节流装置的基本误差应不超过表1中的规定，重复性误差应不超过表2中的规定。通常楔式流量计检定精度可以达到0.5级。

3 结语

楔式流量计适合于高粘度流体、含固体颗粒液体、浆状流体、如燃料油、渣油、油浆、废水等的流量测量。常见的应用有：

1）延迟焦化装置，常减压装置中渣油，重油等介质流量测量;

2）炼油厂蒸馏渣油外放量，丙烷脱沥青，氧化沥青装置，酮苯脱腊装置原料流量检测;

3）重钢焦化厂工业萘初塔循环流量，一段、二段焦油流量测量;

4）钢铁厂高炉煤气测量;

5）污水测量。

楔式流量计是非标准节流装置，以上的设计计算分析实际上是构建了楔式流量计的理论计算模型，检定过程是产品计量精度的保证，对流量计生产企业的设计和生产提供了理论支持和计算依据，对于用户的应用分析都有很强的指导意义。

【参考文献】

[1] 差压式流量计：JJG 640-2016[S].

[2] 孙淮清，王建中.流量测量节流装置设计手册（第2版）[M].北京：化学工业出版社，2005.

[3] 梁国伟，蔡武昌.流量测量技术及仪表[M].北京：机械工业出版社，2002.

【作者简介】

张弦（1985-），男，工程师，硕士，研究方向为流量检测。