橫截面流量計

一、概述
      隨著電廠自動化控制水平的進步，燃煤鍋爐的負荷、煤粉量及配風量需要實現在線監測和自動協調控制，使鍋爐一、二次配風合理，各風管內風速均勻，就可以保證鍋爐燃燒穩定，提高鍋爐效率，和經對于生產過程的技術分析濟核算等是十分必要的。
但是，迄今為止，存在風速的測量與標定都比較困難，測量的準確度比較底（達不到壓力和溫度的測量水平），流量計的通用性差等問題。引起這些問題的原因，主要有以下三個原因：
1、流體性質的多樣性：壓力與溫度參數的高低；流體中含塵量的多少；流體粘度的差別；單相流體與多相流體的區別，等等。這些物性會影響流體狀態，在流量測量中必須加以考慮，但又很難精確。
2、管路系統的多樣性：管道的直與彎的區別；圓截面與非圓截面的區別；直管段長短不一樣，等等。都會影響流動狀態，使流量測量復雜化。
3、流動狀態的多樣性：由于以上流體的物性和采用管道的不同，會影響到流體的流動狀態，諸如旋轉流和脈動流；層流、紊流；流動是否達到充分發展，等等。
以上三種影響流量測量的因數，要求我們必須針對被測對象的實際情況選擇合適的流量計。
 
眾所周知，由于火力發電廠鍋爐二次風管道的直管段極短，或者幾乎沒有；而且二次風的管道在極有限的距離內，分布有T形管道、L形管道、調節風門、變徑管等，使管道內二次風的流動狀態變化莫測，這就使得二次風的測量成為非常困難的事情。在許多場合就不測量了。
在必須測量的場合，不得不采用機翼型測量裝置，但這只是一個無奈之舉。因為機翼型測量裝置的主要缺點，就是要大大減少二次風的流通面積，一般要減少50%-60%左右。為了在減少一半以上流通面積的情況下，仍然要保持應有的風量，以維持正常的發電復核的要求，就必須提高風機的功率，增大能源消耗；即使如此，因機翼型結構仍比較長，在一些場合，仍然不能使用機翼型測量裝置；即使已安裝了機翼型測量裝置，因為前后直管道不滿足，無法保證測量精度。一般在使用機翼型測量裝置時，都要進行現場標定，但如果沒有直管段，標定也不會準的。因此，采用機翼型測量裝置測量二次風很難保證準確而穩定的測量。其他的裝置，比如皮托管、勻速管，更不可能實現對二次風的測量。還有一類測速裝置，比如葉輪的、渦街的、熱式的流量計，雖然沒有壓力損失，但其對測量管道的直管段也一定的要求，否則也無法保證有準確的測量。
 
橫截面式流量計是唯一可以完美的實現對二次風測量的流量計。它有四方面的優點：
1.它可以滿足任何一個二次風管道的安裝要求，只要有250-300mm長的安裝位置，就可以安裝。
2. 不需要進行現場標定（該流量計不需要流量系數，而且工業現場的標定也是基于橫截面式流量計的原理），就能夠保證足夠高的測量準確性；
3.不受不規則流體、甚至是多向旋轉氣流的影響；
4.壓力損失很小。
 

 

 
二、工作原理
由于沒有足夠的直管段，通過管道橫截面上各點的流速不一樣，很難找到一個能代表平均流速的一個點。如果管道內的流速是穩定、確切的形式，則在管道中流速分布是自管壁等于零連續變化到管道中心的最大流速。因此在中間的變化過程中總可以找出一個點，在這個點上所測的流速即是平均流速。以上的敘述是在有充足直管道中氣流與分布一定規律的前提下。這在實際工作現場是很難做到的，特別是二次風，極無規律。在這種情況下，如果利用測點速的裝置（S型皮托管），測某一直線的線速度（勻速管、阿紐巴、威力巴）來推算出該截面的平均速度，簡直無準確精度可言。
由于管道中的流速不等于常數，實際風速分布也沒有一定的規律可遵循，但可以將測量流速的截面分割為許多小的單元面積A。假設每個單元面積內的流速為V，則總的流量就等于流過多個所有小單元面積的流量之和。即：
                                                     
此方法稱之為速度面積法。國際標準化組織已肯定了這種方法，并制定了相應的測量規范。當單元面積分割的越多，所測的流量應越準確。橫截面式流量計，就是基于這個原理而設計出來的，并在實際應用中得到了證實。
 

 

 
 
單元面積劃分的原則
1、矩形管道：將矩形管道的長邊和短邊分別按等長度的原則，將矩形管道的橫截面平均分成若干個面積相同的小單元。測量每個小單元中心點的流速，在將所有小單元的流速之和平均，即是整個大橫截的平均流速。
2、圓形管道：將圓形管道截面分割成若干個面積相等的同心圓環（中央為圓），測出每個圓環的流速，然后再將所有圓環（包括中央圓）的流速平均化，即得到該圓截面的平均流速。
 
 
三、優勢
橫截面式流量計有兩個最突出的優勢，也是其它所有流量計不能與之相比的。
優勢之一：無需任何直管段。只要有250—300mm的安裝位置，就能保證準確的測量。優勢之二：無需現場標定。一般的流量計，因為使用條件與標定條件不一樣，為了
使 測量結果更符合實際情況，通常在安裝以后，還要進行現場標定，以最后確定系數K。而橫截面式流量計，則完全不需要現場標定。原因之一，是它與其他所有流量計有著不同的測壓孔的開孔方式，這種開孔的技術已在美國獲得專利批準。這種特殊的開孔方式不需要流量系數，即：
                             V=(2△P/p)
由公式可以看出，流速V只與△P和密度p有關，與流量系數K無關；原因之二，由于二次風管道的復雜性和流體狀態的無規律性，做為標準使用的流量計，在這種場合也失去了其作為標準的條件，以點代面或以線代面的標定推算，其標定出的結果誤差很大；原因之三，就是橫截面的測量結構原理，使得其測量精度高于標準流量計標定的精度。任何標準流量計和任何標定方式在橫截面流量計的面前都顯得遜色了。
 
四、 性能指標
1．測量介質：空氣。
2．管道形狀：矩形和圓形。
3．不需要前后直管段，只要有250-300mm長的安裝位置即可。
4．可以測量30°角的氣流，不受不規則流體、甚至是多向旋轉氣流的影響。
5．精度：2-3%。
6．不需要現場標定，即流量系數K=1。
7.正壓孔與靜壓孔都為迎流方向，可以降低堵塞的可能性。
8.壓力損失很小。
  
五、結構原理
綜上所述，要使風量傳感器能夠達到在任何流體條件下都能準確測量的目的，橫截面式流量計在結構功能上必須要滿足四個條件：
 
1、通過管道橫截面上的各個點的流速雖然不是等速的，但要求它是穩定的。
上述求面積法理論是在將每個小單元面積的流速視為規則的前提下提出的。如何實現每個小單元面積的流速為規則的呢？在實際應用中，采用了流動調整器，安放在測速裝置的上游。其作用是在相等的長度內，將不穩定的流體變成一束束穩定的流體。
在管道中的空氣流動截面上設置的任何機械結構都會阻礙空氣流動。阻力的大小取決于該結構的大小及形狀，以及從結構中通過的空氣數量。流動調整器的目的是利用特制的平行柵格狀結構，把結構對空氣流的阻力降至最小程度。該結構具有96%以上的流通截面積。流動調整器具有基本的調節功能，即對氣流進行整流和均衡分布的作用。
 流動調整器平行柵格狀結構為焊接方法制成的，兼具空氣鎮流器和均衡器的作用。其96%以上的自由流通截面減少了結構對空氣流造成的壓降。每個柵格通道的側面積與截面面
 
積的比為12：1.這一比值對流通空氣產生少量的阻力，而使流速降低較大；而較低的流速受到較小的阻力，速度卻相對提高。這就是均衡器的原理。以下圖示中的箭頭表示空氣在經過均衡斷面后的流速的大小。

 

  空氣整流過程消除了氣流中旋轉的湍流，并且引導氣流的方向，使其有序化，但不會明顯地改變流過柵格的空氣流速分布。消除旋轉的、方向雜亂的氣流，對于氣流總壓和靜壓力的分離及精確測定具有至關重要的意義。
 
  2、由于通過管道橫截面上的各點的流速不是相等的，要求傳感器測出的數值盡可能接近平均值。再接勾上要產生各點流速之和的平均值。檢測探頭依照多點自動均衡皮托管工作原理，來檢測氣流總壓和靜壓。
 
  3、總壓取壓孔的進口經過破口加工，以便消除空氣的方向效應。取壓口位于探頭的正前面上，檢測迎面吹來的氣流的全壓力Pt。成對的靜壓傳感口呈一理想角度，倆倆相對地布置在探頭表面，以降低經直流器整定后的氣流對靜壓測量產生的誤差作用。當流體方向偏離正常方向時，一個靜壓傳感器測孔受到較高壓力（Ps+部分Pt）的作用，而另一個靜壓傳感器受到同樣大小的壓力（Ps-部分Pt）的作用，于是全壓Pt的不良影響得以抵消。正是這種偏置靜壓及坡口行的總壓傳感器的獨特設計，使得橫截面式流量計探頭對于迎面吹來的多向旋轉氣流很不敏感（這種氣流的迎角及傾角可偏離正向流體30°，甚至更多），因此即使在上游不安裝氣流整流器的情況下，探頭仍能保證氣流速度的精確計量，這種檢測探頭由于其獨特設計，已在美國獲得專利。
  4、為了“免標定”，必須使流量系數K=1。根據流量檢測的基礎理論，一個與氣流方向垂直的管狀探頭插入氣流之后，在探頭表面形成一種與流體流動方向緊密相關的壓力分布;探頭管上迎著氣流方向的那一部分區域為正壓區；正壓區兩側緊靠正壓區的表面為靜壓區；探頭管表面的其它部分為負壓區。兩排靜壓檢測孔分別開在正壓區和負壓區之間的靜壓區。靜壓區與流體方向成一定規律的角度。按此角度加工出來的探頭，其流量系數就是1，既可以不定標
 
          
 

橫截面式平均流量傳感器在結構設計上完全實現了上述四個要求。見下圖，橫截面式平均流量傳感器在結構上分為圓形和矩形管道。整體為不銹鋼結構
 
1、 矩形風管道橫截面流量計：
 

 

 
 
2、 圓形風管道橫截面流量計：
 

 

 
由圖可以看出，該裝置不管管道截面積多大，其長度都在250-300mm之間。在該裝置的入口端是布滿整個截面積的直流器，擾動的氣流經過直流器的整流，變成平穩的氣流。在直流器之后，裝有在管道橫截面上按一定規律排列的橫截面速度取壓管，將流速不相同的動壓經裝置變成較平穩的信號。
六、 安裝方法
   橫截面式平均流量傳感器為風道型的，即它的外形及尺寸與風道管完全一樣，其兩端為圓形或矩形法蘭，可以通過法蘭與管道連接。

 

 
全壓與靜壓接頭的外螺紋規格是G1/2英寸。
 
 
七、 定貨須知
（一）橫截面式流量計的標準結構
1.外殼：采用厚度為5㎜的不銹鋼板，連續焊接，外殼深度為250-300㎜.
2.法蘭：矩形：45㎜寬，5㎜厚不銹鋼板，90°角矩形法蘭。
    圓形：45㎜寬，5㎜厚不銹鋼板，焊接制造。
3.空氣直流器: 1英寸正方形平行柵格均衡器/整流器，70㎜深度。采用0.5㎜厚度的不銹鋼板。
4.全壓傳感器管和匯管：所有傳感器管和匯管都用1Gr18Ni9Ti不銹鋼制成，焊接結構有防熱脹的作用。
矩形：外徑為Φ12㎜的全壓管，與外徑為Φ28㎜的均壓匯管焊接。
圓形：外徑為Φ12㎜的全壓管，連接在一個外徑尺寸為1/2″-1″(根據檢測裝置直徑確定)的匯管上，進行信號均值檢測。
5.靜壓傳感器管：所有傳感器管用1Gr18Ni9Ti不銹鋼制成，焊接結構。
6.全壓、靜壓輸出接頭螺紋為G1/2英寸。
7.部件表面：所有內外不銹鋼部件均未經任何特殊的表面處理。
8.包裝：整臺裝置使用膠合板箱包裝，膠合板箱使用木條加固。
 
(二)選購結構件
1.人工吹掃：每個總壓和靜壓匯管的支管伸出機殼直至一個帶螺紋的管頭，擰開絲堵后可使用壓縮空氣或鋼絲刷對匯管內側進行清理。
2.自動吹掃裝置：是一個自動高壓空氣吹掃系統，有閥門、定時器、電動閥、氣控閥等部件組成。該裝置能夠自動啟動壓縮空氣系統，按照預先設定的時間間隔對橫截面探頭進行吹掃。該系統工作時切斷動壓變送器輸入信號管路，鎖定變送器輸出信號，即最后一次檢測到的信號值。然后接通氣源，經由管路向探頭匯管輸送大流量高壓空氣，清除積聚在傳感器孔中的灰塵及污物，并且把積聚在探頭匯管中的固體沉積物吹出。
為了獲得自動空氣吹掃的最大效果，吹掃應該按次序進行（一次一個）
3.溫度傳感器：流量計內可安裝熱電偶或電阻溫度計探頭，以便干溫度顯示及流體溫度調節。溫度探頭的類型、尺寸、工作范圍，由客戶根據具體使用要求確定。
4.所有部件（整機）經滲氮工藝處理，增加耐磨性。
 
注：我們可根據要求提供非常規尺寸，特種結構的流量計，如深度不等的外殼，大尺寸法蘭，以及不同的結構材料。需要特種結構請與生產廠家聯系。