文丘里管流量計

　　摘　要:本文介紹文丘里管的工作原理、結構、技術性能及優(yōu)缺點。文丘里管(又稱環(huán)形錐管),是新一代差壓式流量測量儀表,是對傳統(tǒng)文丘里管做了改型的異型文丘里管,它集經(jīng)典文丘里管、環(huán)形孔板和耐磨孔板計量性能優(yōu)點于一體,并且在能源計量工作中已取得良好的使用效果。

　　1　引言

　　差壓式流量計是目前工業(yè)生產(chǎn)中用來測量氣體、液體和蒸汽流?的最常用的一種流?儀表。據(jù)調(diào)查統(tǒng)計,在整個工業(yè)流測量領域中,差壓式流量計占流量儀表總數(shù)的一半左右。因為結構簡單,安裝方式成本低等一系列優(yōu)點,所以由節(jié)流裝置和差壓計組成的節(jié)流式流?計在工業(yè)領域中用的最多。但由于傳統(tǒng)的差壓流量計的流出系數(shù)不穩(wěn)定,線性差,重復性不好,準確度因受諸多因素影響也不高,易被磨損,壓損較大,量程比(范圍度)小,現(xiàn)場安裝條件高,要求的直管段過長等諸多缺陷,人們對產(chǎn)生差壓的節(jié)流裝置的優(yōu)化改進一直沒有中斷。這種完善、改進工作一直都沒有停止,并有了很大的飛越,研制出了一些適應不同流體的節(jié)流裝置,例如:耐磨孔板、環(huán)形孔板、V型錐式、MPA、文丘里管流量計等節(jié)流裝置。

　　2　產(chǎn)品結構

　　(1)測量管(2)特型芯體(6)前圓錐面(7)圓柱面

　　(3)后支承環(huán)(4)前支承環(huán)(8)后院錐面(9)后支承軸

　　(5)取壓接頭(10)前支承軸

　　文丘里管由圓形測量管1和置于測量管的特型芯體2所構成(參見圖1和圖2)。特型芯體是一個與測量管同軸的旋轉體,其母線是一假想管壁為無限薄的經(jīng)典截尾文丘里管的管壁軸向截面,即旋轉體的徑向外表面由前段圓錐面6、中段圓柱面7、尾段圓錐面8三部分構成。特型芯體靠其支撐軸9、10和與測?管同軸的支撐環(huán)3、4定位,用制動件壓緊固定(小管徑產(chǎn)品,無前支撐軸,只用后軸由后支撐軸環(huán)定位固定)。支撐環(huán)是由具有同軸的環(huán)、外環(huán)和將外環(huán)連成一體的3-4個支撐肋構成。在測量管管壁的特定位置上設有取壓接頭5(或遠傳法蘭取壓接口),測量管兩端是用于和現(xiàn)場工藝管道相連接的標準法蘭。

　　3　結論

　　文丘里管(又稱環(huán)形綴管),其基本測量原理與標準孔板相同,即以能量守恒定律-伯努利方程和流動連續(xù)性方程為基礎的流量測量方法。文丘里管由一圓形測量管和置入測量管并與測?管同軸的特型芯體所構成。特型芯體的徑向外表面具有與經(jīng)典文丘里管表面相似的幾何廓形,并與測量管表面之間構成一個異徑環(huán)形過流縫隙。流體流經(jīng)文丘?管的節(jié)流過程同流體流經(jīng)經(jīng)典文丘?管、環(huán)形孔板的節(jié)流過程基本相似。文丘里管的這種結構特點,使之在使用過程中?存在類似孔板節(jié)流件的銳緣磨蝕與積污問題,并能對節(jié)流前管流體速度分布梯度及可能存在的各種非軸對稱速度分布進?有效的流動調(diào)整(整流),從而實現(xiàn)了高準確度與高穩(wěn)定性的流量測量。

　　4　性能特點

　　與孔板等標準節(jié)流件相比,文丘里的技術特點集中體現(xiàn)在以下幾個方面:

　　(1)測量準確度高,配置高準確度差壓變送器即可實現(xiàn)流量的準確測量。

　　(2)測量穩(wěn)定性好,文丘里管節(jié)流部位無銳緣,也不存在積污條件。因而在使用過程中流出系數(shù)能長期保持恒定。

　　(3)測?范圍度寬,?用二次表軟件修正即可達20∶1以上。

　　(4)對介質(zhì)適應能力強,能測量高壓、低壓流體,高含濕氣體及各種臟污的流體。

　　(5)適用雷諾數(shù)范圍寬,適用雷諾數(shù)下限低于標準節(jié)流體。

　　在測試儀下井工程中,殼體所受壓力慢慢增加,當下井到一定的深度處于射孔段位,此時所受的是靜態(tài)均勻壓力;在射孔過程中,由于壓?陡增,對殼體的抗壓要求很高,測取射孔瞬間動態(tài)壓力參數(shù)就具有重要意義。

　　測試儀在3000m深處靜壓是30Mpa,射孔過程取011S,最大射孔瞬間動態(tài)壓力為60MPa,其在射孔過程中壓?隨時間變化曲線如圖2所示,利用COS2MOSWorks的非線性分析得出VonMises應力分布云圖和應變分布云圖,分別如圖3和圖4所示。

　　3　結論

　　由于石油井下P-T測試儀外殼材料采用35CrMnSi高強度鋼,它的屈服強度max為1275MPa,而在應力分布云圖上最大的應力為1166MPa,小于屈服強度,并且最大應力max出現(xiàn)在頂絲額螺紋孔,剛好這個地方是應力集中處,端蓋與外筒連接處由于有O型圈,壁較薄弱,在此處應力較大,從圖4可以看出,但是應力也在700MPa左右,小于s;在應變分布云圖上,最大應變max為01002952,小于015%。因此,石油井下P-T測試儀的機械結構設計安全可靠。

　　(6)對安裝直管段要求低,上游3D,下游1D。能有效避免或減少流量測量系統(tǒng)的附加測量不確度。

　　(7)壓損小,測量差壓的1/5左右,節(jié)約能源。

　　5　文丘里管流量計的應用

　　文丘里管的優(yōu)異技術性能,對解決目前公認的所謂大流量、低壓力、高含濕氣體的計量難題和煤氣、非潔凈天然氣等臟污流體的計量難題,將會發(fā)揮重要作用;對于那些目前不得不仍在使用著孔板等傳統(tǒng)差壓式儀表但又非常需要提高測量精度、改善計量效果的計量場合,文丘里管將成其理想的換代產(chǎn)品;文丘里管配之以精密型差壓變送器和智能型二次儀表,能實現(xiàn)長期穩(wěn)定、準確地在線計量,可以部分地取代振動式質(zhì)量計量計、氣體超聲流量計等高價位流?儀表。此外,文丘里管對于現(xiàn)場?具備長的直管段安裝條件,特殊的高溫、高壓,強腐蝕性和臟污介質(zhì)以及非單相流的測量等計量場合也都具有獨特的計量優(yōu)勢。

　　文丘里管產(chǎn)品自開發(fā)以來,已成功地適用于計量高含濕天然氣,低壓臟污沼氣,焦爐煤氣,瓦斯氣,水蒸氣、熱水,高溫熱煤油等,實際應用范圍正在迅速擴大。

　　目前文丘里管得準確流出系數(shù)還必須實流標定,這給使用帶來一定的不便。