A+K平衡流量計(jì)的獨(dú)特性能教案

1、 HYPERLINK /A+K平衡流量計(jì)的獨(dú)特性能和典型應(yīng)用周人（上?？蒲罂萍歼M(jìn)展有限公司，上海 200120）摘要：A+K平衡流量計(jì)采納7孔63孔的多孔孔板使流體平衡節(jié)流，極大縮短了直管段，從而比標(biāo)準(zhǔn)孔板大大減少誤差，提高檢測精度。上?？蒲罂萍歼M(jìn)展有限公司為A+K技術(shù)實(shí)現(xiàn)國際領(lǐng)先作了多方努力。關(guān)鍵字：A+K平衡流量計(jì)，BFM（平衡流量計(jì)）Unique Characteristics and Typical Application of A+K Balanced Flow MeterZhou Ren (Shanghai Keyontechs Development Co., Ltd. Shan

2、ghai, 200120)Abstract: A+K Balanced Flow Meter makes fluid balanced and throttled by using multi-holes orifice of 763 holes. It greatly shortens the straight length, thus, it reduces much more errors than standard orifice and improves the accuracy of detection. Shanghai Keyontechs Development Co., L

3、td. has made all-round efforts to make A+K technology lead the International standard.Keywords: A+K Balanced Flow Meter; BFM(Balanced Flow Meter)A+K平衡流量計(jì)是新穎的差壓式節(jié)流裝置1.1 A+K平衡流量計(jì)的進(jìn)展A+K平衡流量計(jì)是美國A+FlowTek公司和上?？蒲罂萍歼M(jìn)展有限公司的合作產(chǎn)品。該產(chǎn)品采納美國馬歇爾航空飛行中心（NASA Marshall Space Flight Center）針對航天飛機(jī)的主發(fā)動機(jī)原料液氧測量而設(shè)計(jì)發(fā)明的一種新型差壓

4、式流量傳感器。該技術(shù)是采納使流體流過經(jīng)平衡優(yōu)化計(jì)算而分布的多孔節(jié)流孔后達(dá)到平衡節(jié)流，故稱為平衡流量計(jì)（BFM：Balanced Flow Meter）。上海科洋科技有限公司的每個傳感器都經(jīng)美國A+FlowTek公司的優(yōu)化計(jì)算確定和提供加工圖紙，此外，A+K平衡流量計(jì)已擁有美國和中國的專利證書。故上?？蒲罂萍歼M(jìn)展有限公司生產(chǎn)的A+K平衡流量計(jì)是美國在中國的唯一正宗技術(shù)合作伙伴和代理商。1.2 A+K平衡流量計(jì)的測量原理平衡流量節(jié)流裝置設(shè)計(jì)原理是基于伯努利能量守恒定律，實(shí)現(xiàn)等雷諾數(shù)、動量平衡。核心技術(shù)是通過一個專門優(yōu)化設(shè)計(jì)的多孔圓盤節(jié)流整流傳感器（平衡流量傳感器），與工況流場配合，來完成其優(yōu)越性能

5、的（見圖1）。平衡流量傳感器每個孔的形狀、尺寸和分布是基于獨(dú)特的等雷諾數(shù)、動量平衡公式和實(shí)流測試數(shù)據(jù)，通過流量仿真優(yōu)化技術(shù)（QMC/MIMT）定制，稱為函數(shù)孔（Function Hole）。當(dāng)流體穿過圓盤的函數(shù)孔時，流體將被平衡調(diào)整，渦流被最小化，形成圖2所示的理想流場，經(jīng)取壓裝置獲得穩(wěn)定差壓信號。圖1 圖1 A+K平衡流量計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖 圖2 標(biāo)準(zhǔn)孔板和平衡流量計(jì)流場示意圖A+K平衡流量計(jì)的計(jì)算公式平衡流量計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)孔板、文丘里一樣，依照伯努利方程計(jì)算體積流量和質(zhì)量流量。質(zhì)量流量計(jì)算公式如下： （1）式中， qm實(shí)測流量，kgs-1； C（BFM）流出系數(shù)；BFM氣體可膨脹系數(shù)； p實(shí)測差壓值，

6、Pa；1流體介質(zhì)密度，kgm-3 ； dBFM等效節(jié)流孔直徑，m；BFM等效徑比，是等效節(jié)流孔直徑與管道內(nèi)徑之比。體積流量按下式計(jì)算： （2）式中， 測量體積流量時溫度壓力下的流體密度，kgm-3。qv體積流量 m3s-12 平衡流量計(jì)典型應(yīng)用2.1 雙向測量A+K平衡流量節(jié)流裝置的上下游完全對稱，沒有標(biāo)準(zhǔn)孔板的下游斜角，因此可作為雙向流體測量，完全解決了專門工況時雙向流介質(zhì)的測量難題。見圖3。 圖圖3 雙向流量測量原理例如，Shell煤氣化爐的蒸汽流量測量，由于SCGP裝置采納共用汽包，在低負(fù)荷或高負(fù)荷時，出現(xiàn)兩側(cè)汽包液位相差過大，造成雙向流，為此，可采納雙向流流量測量裝置，既可測量正向時的

7、蒸汽流量，也可測量反向時的蒸汽流量，解決了多年困擾的雙向流流量測量問題。應(yīng)用時，正反向流量的測量可采納同一臺差壓變送器，也可依照正反向最大流量選用兩臺差壓變送器測量。下面是流量測量方法。用一臺變送器實(shí)現(xiàn)雙向流量測量。當(dāng)正反向最大流量相同時，可選用同一臺差壓變送器測量雙向流量。用兩臺變送器實(shí)現(xiàn)雙向流量測量。當(dāng)正反向流量不等，或需要用兩臺顯示儀表分不顯示正反向流量時，可采納兩臺差壓變送器，連接到同一取壓口。也可采納兩個取壓口和兩臺差壓變送器實(shí)現(xiàn)雙向流量測量。2.2 大量程比滿足用戶多種需要在一些應(yīng)用場合，常需要大量程比的流量測量。例如，石油化工工業(yè)過程中，一些流體流量的變化范圍專門大，常常大于3:

8、1，一些應(yīng)用可達(dá)6:1及以上；天然氣貿(mào)易結(jié)算時的量程比可達(dá)10:1或更高。采納常規(guī)流量儀表無法實(shí)現(xiàn)大量程比的測量要求。而標(biāo)準(zhǔn)孔板的量程比為3:1，與標(biāo)準(zhǔn)孔板比，平衡流量計(jì)由于寬雷諾數(shù)范圍和差不多量程比寬，能夠?qū)崿F(xiàn)大量程比精確測量。2.3 可在線更換節(jié)流元件實(shí)現(xiàn)多量程平衡流量計(jì)流量閥產(chǎn)品，類似孔板閥，可在線更換平衡流量傳感器，滿足首次檢定和周期性檢定要求，適合天然氣等不斷流介質(zhì)大量程計(jì)量，測量量程比可達(dá)100:1以上，一臺BFM相當(dāng)于兩臺標(biāo)準(zhǔn)孔板的量程，直管段比孔板短10倍，使用壽命為孔板的5倍。圖4 平衡流量計(jì)量閥2.4 低壓損降低能耗平衡流量計(jì)的多孔對稱平衡設(shè)計(jì)，減少渦流形成和降低流阻，大大

9、降低動能損失。在同樣工況下，選用同樣差壓值，與標(biāo)準(zhǔn)孔板比較，平衡流量計(jì)可降低1/21/3永久壓力損失，從而節(jié)約運(yùn)行能量成本。因此，平衡流量計(jì)是典型的節(jié)能型儀表。2.5 提高儀表精度及節(jié)能降耗計(jì)算平衡流量計(jì)的多孔結(jié)構(gòu)使流型平衡，流出系數(shù)穩(wěn)定，降低了渦流、振動和信號，使計(jì)量精度大大提高。經(jīng)上海工業(yè)自動化儀表研究院實(shí)測，A+K平衡流量計(jì)的準(zhǔn)確度為0.3%0.5%（標(biāo)準(zhǔn)孔板為1%）。關(guān)于流量儀表，提高其精度是節(jié)能減排降耗的重要措施。那個地點(diǎn)舉兩個節(jié)能降耗的具體計(jì)算：【例一】 DN200的蒸汽管道，壓力p=1MPa(表壓)，蒸汽流速v=31.6m/s，蒸汽單價設(shè)為 0.15元/kg。依照流速v=31.6

10、m/s，管道內(nèi)徑和蒸汽在1MPa（表壓）下的密度，可計(jì)算得到蒸汽質(zhì)量流量為19767kg/h。假如測量精度提高0.7%，以300天/年計(jì)算，則因精度提高可少支付費(fèi)用為：19767*0.007*24*300*0.15=149439元/每年。上述計(jì)算表明由于采納高精度的流量計(jì)，該系統(tǒng)每年就可降耗近15萬元，也減少了不必要的蒸汽白費(fèi)。【例二】DN200的廢水排放管，當(dāng)流速v=1.5m/s，流量Q=169341kg/h假如將計(jì)量儀表的精度從1%提高到0.5%，每年（按300天計(jì)算）可減少廢水排放6000噸，計(jì)算如下：169341*0.5%*24*300=6069276（kg/年）=6069.3（t/年

11、）。2.6 短直管段長度條件下仍有高的測量精度 在工程應(yīng)用中，滿足節(jié)流裝置直管段長度要求才能保證測量精度，如標(biāo)準(zhǔn)孔板一般要求前20D/后6D，現(xiàn)在能保證1%精度。如具體現(xiàn)場只有前10D/后3D，誤差要增加0.5%，則精度變成1.5%。采納平衡流量計(jì)只要求直管段長度為前2D/后2D，則在短直管段時仍能保證測量精度為0.3%0.5%。2.7 短直管段減少貴金屬的應(yīng)用關(guān)于價格昂貴的工藝管道，設(shè)計(jì)時應(yīng)盡量縮短工藝管路。因此，工藝管道上流量計(jì)的直管段往往專門短，如高溫高壓強(qiáng)酸用的鋯材、哈氏合金，高溫高壓蒸汽用的鉻鉬合金鋼，高流速純氧氣用的蒙乃爾和英科奈爾合金，高溫高壓強(qiáng)酸強(qiáng)堿性的煙氣、合成氣、含硫尾氣等

12、用的雙相鋼。采納標(biāo)準(zhǔn)孔板由于工藝直管段短而阻礙測量精度。假如采納A+K平衡流量計(jì)則不僅可在前2D/后2D的情況下保證測量精度，還可大大節(jié)約貴金屬管道材料。已在上海焦化廠鋯材管路，采納減少自控直管段節(jié)約貴金屬的成功應(yīng)用案例。2.8 A+K平衡流量計(jì)是蒸汽流量測量的最佳選擇關(guān)于蒸汽流量中的凝水，會凝聚在標(biāo)準(zhǔn)孔板前，阻礙計(jì)量準(zhǔn)確性，而當(dāng)開停車時，有壓力的蒸汽沖擊在凝水上會產(chǎn)生水錘發(fā)出沖擊聲，嚴(yán)峻的會將標(biāo)準(zhǔn)孔板沖擊變形。A+K平衡流量計(jì)由于四周有孔，凝水會從下部孔流過（見圖一），幸免了凝水，亦避防止了水錘現(xiàn)象發(fā)生，更幸免了彎曲變形。且A+K平衡流量計(jì)精度0.3%0.5%，比標(biāo)準(zhǔn)孔板的1%高。類似地，對

13、含有氣泡的液體可從A+K平衡流量計(jì)的上部孔通過。故在這兩種情況下，A+K平衡流量計(jì)均為最佳選擇。2.9 A+K平衡流量計(jì)比文丘里管在工程上更合適在標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置中，文丘里管所要求的上、下游直管段最短，永久壓力損失最小。它的性能穩(wěn)定、可靠性高，且能耗小。因此，對壓損低、大管徑、低流速蒸汽及各類氣體的流量測量，通常選用文丘里管。然而文丘里管體積大、笨重，工程上加工及安裝較困難。A+K平衡流量計(jì)比文丘里管更適合在這些高要求的場合應(yīng)用，其體積和重量約為文丘里管的1/5，價格相當(dāng)，故在原來選用文丘里管的應(yīng)用場合，可選用A+K平衡流量計(jì)。表1是文丘里管和A+K平衡流量計(jì)要緊性能的比較。表1 文丘里管和A+K

14、平衡流量計(jì)要緊性能比較文丘里管A+K平衡流量計(jì)直管道前4D后4D前2D后2D精度0.7%1.5%0.3%0.5%裝置長度（DN400）約2255mm428mm重量笨重中范圍度3:110:130:1雷諾數(shù)范圍7.510420010000000壓力損失10%30%差壓10%30%差壓使用介質(zhì)及應(yīng)用特點(diǎn)液、氣、蒸汽都從中間孔通過液體中的氣泡從上部孔通過，蒸汽及氣體中的氣泡從下部孔通過。管徑范圍501200mm153000mm3 為A+K平衡流量計(jì)領(lǐng)先世界作努力3.1 A+K平衡流量計(jì)的獨(dú)創(chuàng)結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)孔板假如機(jī)械加工裝配偏差和現(xiàn)場安裝焊接及墊片、螺栓的尺寸裝配不符合ISO5167/GB2624.1標(biāo)準(zhǔn)，

15、往往帶來專門大的附加測量誤差（可達(dá)3%5%），為彌補(bǔ)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的不足，上?？蒲罂萍歼M(jìn)展有限公司通過引進(jìn)消化汲取創(chuàng)新，將BFM結(jié)構(gòu)采納獨(dú)創(chuàng)的無應(yīng)力加工和裝配技術(shù)，鎖定節(jié)流元件和取壓裝置的相對位置，最大限度消除加工裝配偏差、應(yīng)力形變和現(xiàn)場安裝偏差，能保證BFM在現(xiàn)場安裝條件下，再現(xiàn)工廠和實(shí)驗(yàn)室精確度。3.2 與華東理工大學(xué)建立聯(lián)合流體實(shí)驗(yàn)室隨著行業(yè)對現(xiàn)場安裝阻礙量的日益重視，需要告知用戶流量儀表對現(xiàn)場安裝各種干擾條件下的誤差修正指標(biāo)。業(yè)內(nèi)公認(rèn)的美國最新測試標(biāo)準(zhǔn)為API22.2，在API5.7基礎(chǔ)上增加了閥門干擾和旋轉(zhuǎn)流等測試項(xiàng)目。為更精準(zhǔn)測試BFM性能，上海科洋科技進(jìn)展有限公司和華東理工大學(xué)建立

16、聯(lián)合流體實(shí)驗(yàn)室，并依照API22.2的要求，進(jìn)行針對BFM的性能測試，爭取早日公布，為A+K平衡流量計(jì)進(jìn)入行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)打下基礎(chǔ)。參考文獻(xiàn)：3 Banlanced flow meter by A+Flowtek, PPR-501-1，內(nèi)部資料 20064 Report of BFM Testing in 2004 Feb 05，NASA/MSFC/A+FLOWTEK5 GB/T 2624-2006. 用安裝在圓形截面管道中的差壓裝置測量滿管流體流量. 2006.6 Quality Monitoring and Control. Thermodynamic and Transport analysis of a Bernoulli flow meter system for any real fluid for NASA Marsh