HKVLB威力巴流量计在电厂中的应用

摘 要：介绍一种新型的流量测量元件（威力巴），解决了传统孔板、喷嘴存在的压损大、易堵塞、长期使用精度下降等缺点。

关键字：威力巴 流量测量 孔板 压损

    在火力发电厂的热力生产过程中，需连续检测水、汽、气和煤等介质的流量和总量，满足现场的经济核算及调节要求。随着电子技术的发展，变送器、积算器等二次仪表发生了质的飞跃，测量精度和灵敏度都达到了极高的水平。作为流量测量一次元件的标准节流装置却没有大的突破，成为影响流量测量精度的主要因素。传统孔板压损很大，易因流体冲刷引起边缘磨损而导致测量精度随时间的延长而迅速下降，需要进行定期维护、检测；而且加工精度和安装要求较高，安装费时费力；其量程较小，只有4:1。喷嘴的缺点是制造安装较难，工艺复杂，负压侧的取样孔因局部涡流的影响易堵塞。要提高差压式流量计的测量水平，关键是解决流量测量一次元件存在的问题。HKVLB威力巴流量计是美国VERIS公司推出的差压式、速率平均式流量传感器，其独特的结构与对传统流量理论K的突破，彻底解决了传统均速管存在的问题，其精度、重复精度、可靠性、防堵性及长期高精度已达到一个新的高度，是当今较为理想的插入式差压流量计。

    1 HKVLB威力巴流量计的特点

    1.1 测量原理

    HKVLB威力巴流量计与其他差压式流量计的测量原理都遵循伯努利方程：

    式中 Q— 管道内的体积流量；
         K— 流体系数；
         DP- 一次元件产生的差压；
         C— 流量常数。

    根据空气动力学理论、流体力学理论、边界层理论和实际流体测试数据，VERIS公司建立了威力巴流量探头的流体系数K的数学分析模型：

    式中 C_b— 探头尺寸；
         β_v— 探头截面与管道截面的面积比；
         C_∞- 取压孔位置。

    K主要取决于探头尺寸、取压孔位置和探头截面与管道截面的面积比，其变化与流体雷诺数变化无关，精度可达±0.5%，比其他流量计精确度要高。

    1.2 测量探头的形状及结构

    威力巴探头是由316不锈钢制成的单片双腔结构探头，其内部结构如图1所示。

    威力巴探头截面是根据空气动力学原理设计的子弹头形，这种形状的探头能产生精确的压力分布，能使流体与探头的分离点固定。其结构采用了完整的金属结构，避免了其他探头的三片式结构导致的腔室间的泄漏，保证了长期的测量精度并有助于提高探头的量程上限。

    低压取样孔在探头侧后两边，在探头与流体分离点之前，这种设计从本质上防止了堵塞，并且能产生一个非常稳定的低压信号，避免了涡流对低压孔的影响，测量更精确。探头的前部形成高压区，压力略高于管道静压，阻止了杂质进入取样孔内，有效地防止了取样孔的堵塞。

    威力巴探头表面经过粗糙处理，流体流经探头时在探头表面形成了一个稳定的紊流边界层，减少了流体牵引力和涡流脱落力，保证了低流速时的测量精度，延伸了探头量程下限。

    威力巴探头有多个取样孔，取样孔的间距是经过面积积分后取得的，探头通过管道中流体的整个剖面，所测得的信号是反映流体平均速度的真实信号，并降低了对直管段的要求。

    1.3 安装

    威力巴流量探头安装只需进行简单的焊接，焊接长度从几厘米到十几厘米不等，基本上与管道直径的大小无关，相比孔板需要一个2倍管道圆周的焊接所需的费用少很多。管径越大，威力巴安装节约的费用越多。另外，威力巴流量探头有一种在线安装方式，在运行中能快速插入和取出探头，而不影响生产运行。

    1.4 其他特点

    威力巴流量探头采用非压缩设计，只产生一个非常低的永久压力损耗，能保持长期的测量精度，不受磨损、污垢或油污的影响，其结构上没有可移动的部件，从设计上排除了堵塞现象的发生。威力巴流量测量探头在长期运行的情况下运行费用最低，减少了维护工作量。

    1.5 威力巴流量测量探头性能指标

    测量精度：±1.0%
    重复精度：±0.1%
    最高压力：lO~20MPa（通常）；40MPa（特殊）。
    适应温度：-100~500℃
    量程比：>10:1
    测量下限：以其输出的差压（Pa）为标准，气（汽）体为24.9；液体为249.2；蒸汽为373.8。
    测量上限：不同型号的强度不同，其上限也不同
    适用范围：方管、圆管
    管径（跨径）：38~14000mm
    介质：在满管条件下，圆管及方管的各种单相的气体、液体和蒸汽介质。

    1.6 电厂选型和安装应用时的注意事项

    a.威力巴测量探头安装形式有水平和垂直两种：水平方式应安装在水平管道上；垂直方式应安装在垂直管道上。在特殊情况下垂直方式可以安装在水平管道上，但水平方式不能安装在垂直管道上。
    b.用户选型应向厂家提供以下数据：控制点位号、名称、介质及成分、工作温度、工作压力、介质黏度、介质重度、最大流量（刻度流量）、正常流量、最小流量、管道外径X壁厚、介质流向等参数。
    c.因威力巴测量探头前后压差非常小，所以在选择差压变送器时目前最好选择国外进口精度高的变送器，国内的差压变送器因其精度不高，在使用时经常出现零漂及测量误差大等问题。
    d.威力巴测量探头在安装时，应使探头侧后两边低压孔的压力尽可能一致，这样探头测量更准确，误差更小。

    2 威力巴与孔板的压损比较

    节流式流量计的测量基础是在充满流体的管道中，固定放一个流通面积小于管道截面积的节流件，则管道内流体在通过该节流件时就会形成局部收缩，收缩处流速增加，静压力下降。这种流量计不可避免会在管道内产生永久压损，以孔板为例，其流体和损失的主要原因是孔板前后涡流的形成以及流体的沿程摩擦，使得流体具有的总机械能的一部分不可逆转地变成了热能，消失在流体内。

    孔板压损的经验公式：

    当β=O.6时，PPL_o=O.6×△P
    当β=O.7时，PPL_o=O.5×△P

    式中 β  — 孔板的孔径比；
         PPL_o— 孔板产生的压损；
         △P — 孔板产生的压差。

    威力巴的压损约为

    PPL_v=0.03×△P

    由于威力巴的差压△P比孔板的差压△P小一个数量级，而压损的比例又小一个数量级，所以威力巴的压损和孔板的压损相比微乎其微。

    节流件压损带来的能量损失：

    Hp'= （Q_m÷ρ）×PPL

    式中 Q_m — 流体质量流量；
         ρ  — 流体密度；
         PPL— 节流件产生的压损。

    假设为了弥补节流件带来的不可恢复的压损，在其后增加1台压力泵，泵的效率为η=80% ，则：

    Hp= （Hp'×C'）/η

    其中C'为修正系数。

    3 结束语

    HKVLB威力巴流量计除具有精度高、测量稳定和容易安装等特点外，还具有巨大的节能优势。随着威力巴测量装置在电厂中不断推广和应用，其降低施工及用户日常维护费用、提高经济效益、提高控制水平具有极其重要的意义。