文丘里管流量計

　　摘　要:本文介紹文丘里管的工作原理、結構、技術性能及優缺點。文丘里管(又稱環形錐管),是新一代差壓式流量測量儀表,是對傳統文丘里管做了改型的異型文丘里管,它集經典文丘里管、環形孔板和耐磨孔板計量性能優點于一體,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生產中用來測量氣體、液體和蒸汽流?的最常用的一種流?儀表。據調查統計,在整個工業流測量領域中,差壓式流量計占流量儀表總數的一半左右。因為結構簡單,安裝方式成本低等一系列優點,所以由節流裝置和差壓計組成的節流式流?計在工業領域中用的最多。但由于傳統的差壓流量計的流出系數不穩定,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,現場安裝條件高,要求的直管段過長等諸多缺陷,人們對產生差壓的節流裝置的優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流裝置,例如:耐磨孔板、環形孔板、V型錐式、MPA、文丘里管流量計等節流裝置。

　　2　產品結構

　　(1)測量管(2)特型芯體(6)前圓錐面(7)圓柱面

　　(3)后支承環(4)前支承環(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3、4定位,用制動件壓緊固定(小管徑產品,無前支撐軸,只用后軸由后支撐軸環定位固定)。支撐環是由具有同軸的環、外環和將外環連成一體的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場工藝管道相連接的標準法蘭。

　　3　結論

　　文丘里管(又稱環形綴管),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形過流縫隙。流體流經文丘?管的節流過程同流體流經經典文丘?管、環形孔板的節流過程基本相似。文丘里管的這種結構特點,使之在使用過程中?存在類似孔板節流件的銳緣磨蝕與積污問題,并能對節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?有效的流動調整(整流),從而實現了高準確度與高穩定性的流量測量。

　　4　性能特點

　　與孔板等標準節流件相比,文丘里的技術特點集中體現在以下幾個方面:

　　(1)測量準確度高,配置高準確度差壓變送器即可實現流量的準確測量。

　　(2)測量穩定性好,文丘里管節流部位無銳緣,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)適用雷諾數范圍寬,適用雷諾數下限低于標準節流體。

　　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,測取射孔瞬間動態壓力參數就具有重要意義。

　　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的附加測量不確度。

　　(7)壓損小,測量差壓的1/5左右,節約能源。

　　5　文丘里管流量計的應用

　　文丘里管的優異技術性能,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,將會發揮重要作用;對于那些目前不得不仍在使用著孔板等傳統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,能實現長期穩定、準確地在線計量,可以部分地取代振動式質量計量計、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以及非單相流的測量等計量場合也都具有獨特的計量優勢。

　　文丘里管產品自開發以來,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還必須實流標定,這給使用帶來一定的不便。