摘要：V形錐流量計是一種差壓流量計，借助于V形錐體在流場中的節流效應，在對上下游壓差實施檢測后即可以實現對流量的測量。介紹銅陵泰富特種材料有限公司在煤氣、壓縮空氣、過熱蒸汽等場合使用V形錐流量計的情況，重點突出了V形錐流量計自整流（所需直管段短）、自清掃（耐臟污）、yongjiu壓損小（節能）的特點，為其的進一步推廣使用提供參考。

引言

       V形錐流量計屬于新型差壓類流量測量儀表，其基本原理和傳統差壓類儀表一樣，唯一的差別在于結構形式的不同，正因為結構形式的改變形成了其鮮明、獨有的優點。與傳統的流量測量儀表相比，V形錐流量計具有自整流、自混合、自清掃、自保護、量程比大、壓損小、精度高、重復性好等優點。

       銅陵泰富特種材料有限公司（以下簡稱“公司”）在建廠之初，通過參觀、學習逐步了解了V形錐流量計的各種實用優點，通過和其他各種流量計的綜合對比以及到V形錐流量計生產廠家的實地考察后，確定在焦爐煤氣、壓縮空氣、過熱蒸汽等場合使用V形錐流量計進行流量測量。公司在保證測量精度的前提下主要使用V形錐流量計的自整流（所需直管段短）、自清掃（耐臟污）、yongjiu壓損小（節能）等特點，通過一段時間的實際應用，V形錐流量計的優點得到體現，也得到了全公司計量人員的認可。

1、V形錐流量計幾何結構設計

       V形錐流量計流量測量公式與其他差壓式儀表有所類似，

但是在幾何結構方面差異較大，受到這一結構的影響，V形錐流量計具有傳統差壓流量計沒有的應用優勢。在很長管道中，若不存在阻擋物和干擾作用，出現流體則為充分發展流。若在管道截面上選取一條徑向線，線上各點流速均具有差異。和管壁緊貼的流體，因為受到摩擦力的影響，速度趨近于零，但是在此過程中中心處存在有非常大流速。若在管道中心懸掛一個V形錐體，則會對中心處流速產生迫使作用，降低流速，同時管壁附近流速會不斷加大，實現流速“勻化”。其他類型的差壓式流量計中心位置為空，無法出現流速“勻化”效果。因此在V形錐流量計中這是一個顯著優點，能夠保障在低流速情況下出現足夠的差壓，尤其是在流速逐漸降低過程中，這一作用更加顯著。但是如果采用的是傳統差壓儀表，在此情況下已經無法測量。

       傳統差壓流量計存在有“信號跳躍”（Signalbounce）現象。即為就算是在流動穩定情況下，也存在有信號脈動。由于流體在管道中流動，節流下游會出現旋渦，在差壓流量加檢測中節流件下游旋渦因為受到錐體下游的影響，出現高頻低幅且具有對稱性的小旋渦，孔板出現的是低頻高幅大漩渦。如果在某一工況中，V形錐流量計和孔板出現的均是1kPa差壓，孔板下游渦流高幅波動中可能會引發出現0.5kPa的干擾信號。簡而言之，在這一情況下孔板有效信號在噪聲信號中淹沒量可能達到50%，但是V形錐流量計干擾信號只有0.1kPa。從這一點可以看出，V形錐流量計的信號噪聲很低，就算是在流量和差壓較低情況下，也具有一定的測量精度和穩定性，因此在低密度和低流速氣體測量中非常適用。

2V形錐流量計特點的應用

2.1自整流、自清掃特點的應用

       焦爐煤氣自身的特點導致在測量方面存在兩個非常主要的難題：由于黏性導致固體物的堆積，從而引起截流件β值的改變，非常終引起測量誤差，不能進行連續的、長期的、有效的、精確的流量測量；造成差壓測量取壓孔的堵塞。考慮到V形錐流量計具有自清掃（耐臟污）的特點，決定在所有測量焦爐煤氣的場合全部采用V形錐流量計，在半年的現場運行過程中，讀數一直很穩定，和理論值的差別在誤差允許范圍之內。在停車例行檢修時，在V形錐流量計供應商的配合下，拆下一臺V形錐流量計進行了實際觀察，發現其邊緣無明顯磨損的痕跡，錐體和錐體部分的管道也無明顯的固體物堆積現象。

       公司焦爐煤氣的總輸出采用DN1600mm管道，如果采用孔板等傳統的測量儀表，受現場條件的限制，無法滿足SY/T6143—2004標準中關于孔板等流量計上下游直管段的規定和要求。考慮到V形錐流量計具有自整流，所需直管段短的特點（只需前三后一的直管段），結合現場實際情況，在焦爐煤氣的總出口處安裝了一臺DN1600mm的V形錐流量計。

       在運行過程中，這臺V形錐流量計的讀數指示和焦爐煤氣總流量的理論計算值非常接近。V形錐流量計在設計過程中，采用的是置于管道中心的V形錐體流線型節流結構，實施檢測之前也可以有效整流其不規則流體，即便不增加流體整流器也能實現對流體整流情況的有效處理。中心懸掛流體形錐體可以實現對流速曲線的重塑，在錐體上、下游較窄區域內（前0~3D，后0~1D），能夠實現對流速不規則液體的整流，從而轉變成為理想液體，有效滿足伯努利定理的要求，提升測量精度以及重復性。測量過程中不用設置很長的直管段整流，對于流量計安裝也具有重要意義。

       綜合分支管道的流量讀數指示和總流量讀數指示對比，它們之間存在接受范圍之內的誤差。對造成這種誤差的原因進行分析，認為是由于現場各種復雜工況條件的共同作用造成的，這種誤差并不影響正常生產和各個環節的能源計量。之前采用的是孔板流量計以及均速管流量計，煤氣中存在的雜質比較多，例如焦油、氨水等，因此需要對孔板或均速管定期進行清洗或者蒸汽吹掃，否則會導致上下游端面、上游側直角入口邊緣出現污染，進而會引發出現儀表導壓管堵塞等，影響測量精度；孔板前后直管段積水，也會降低管道流通面積，提升流速以及差壓，在測量中流量顯示值會出現明顯提升，嚴重時可能會導致出現導壓管堵塞、變送器停止使用。為確保儀表穩定與性能，則需要定期對其實施維護，工作量非常大。V形錐流量計本身存在有自吹掃式結構，在設計過程中沒有滯留死區。在通過錐體的時候介質會出現加速，正壓取壓孔、錐體外壁和錐體附近管壁會受到不斷沖刷，一小段不流動介質也會對負壓取壓孔造成隔離作用，從而阻止臟污雜質進入，所以V形錐流量計在應用中無論是雜質還是易結晶臟污介質中均適用，特別是在焦爐煤氣、爐煤氣等介質中更加適用。公司自采用V形錐流量計以來，目前已經使用多年，未對其進行過維護，同時對其檢查也未發現流量計中存在有節流裝置污染、管道積水等情況，顯著降低了儀表應用的維護工作量，對于提升測量準確性和可靠性具有重要作用。

2.2yongjiu壓損小（節能）特點的應用

       節能減排已經深入到人們生活的各個方面，焦化行業是一個高耗能的行業，節能減排不僅是積極相應國家政策和號召，而且可以在無形之中為企業節省大筆的資金支出，節省的資金支出也就是企業多增加的利潤空間。

       V形錐流量計和其他流量計相比有一個非常顯著的優點就是yongjiu壓損小，yongjiu壓損小也就意味著節能。在孫延祚教授的論文中已經很詳細地論述了如何理解V形錐流量計yongjiu壓損小并且列出了V形錐流量計和其他9種流量計yongjiu壓損的對比。在公司的空氣管網設計之初計劃采用孔板流量計進行測量，通過與V形錐流量計的對比，從長遠來看，使用V形錐流量計是更經濟更合算的計量方法。

      列舉一例，流體為壓縮空氣，其他工藝條件見表1。

       （1）選用孔板測量，計算結果如下：孔板的β=0.5146，常用流量下的差壓值ΔP=27.396kPa。

       （2）選用V形錐流量計進行測量，計算結果如下：V形錐的β=0.5577，常用流量下的差壓值ΔP=10.904kPa。孔板的壓損：Δω=（1-β1.9）×ΔP或Δω=（1-0.24β-0.52β2-0.16β3）×ΔPV形錐流量計的壓損：Δω=（1.3-1.25βv）×ΔP

       根據上面的計算公式，常用流量下孔板的yongjiu壓損為19.61kPa，常用流量下V形錐的yongjiu壓損為6.57kPa。

       所以，常用流量下yongjiu壓損的差值Δω=19.61-6.57=13.04kPa。

       在常用流量下，使用V形錐流量計比使用孔板流量計少消耗的功率為：

       W=（ΔωQkph）/（3.6ηρfl）

       式中W———能耗值，WΔω———yongjiu壓損值，kPaQkph———質量流量，kg/hη———泵和電機的效率，通常取η=0.8

ρfl———在工況下，在上游取壓孔處，流動液體或氣體（蒸氣）的密度，kg/m3

       把上面的計算結果代入功率公式得W=21733.3W。所以，用V形錐代替孔板，每年可節約的耗能費=（W/1000）（每年的運行時數）（電費）。在常用流量下，年節省耗能費=21733.3/1000×24×365×1=190383.7元。也就是說，用V形錐流量計代替孔板測量壓縮空氣后，每年可節省的耗能費為19萬元左右。

       在過熱蒸汽測量方面，采用同樣的計算方法可以得出每年節省的耗能費。同時，V形錐流量計在應用中也非常適合應用在低壓、低流速介質流程測量中。在應用均速管流量計實施測量過程中，如果管道中煤氣流速較低，差壓信號較小情況下，則會直接降低系統檢測精度。均速管流量計檢測中的非常大差壓為120Pa，正常情況下為2~5Pa，相對來講系統精度偏低。如果差壓信號比較小，則會對變送器校驗以及適用精度造成影響。也會直接導致孔板出現污染、儀表導壓管不暢等問題，直接影響測量精度。V形錐流量計在設計中采用的是類似孔板的節流件，和均速管流量計相比差壓值明顯偏高，和孔板相比因為管道邊緣出現一定的收縮，降低了阻力損失，所以就算是在阻力損失一致情況下，設計中采用存在有較大差壓值的V形錐形流量計，和孔板測量時的差壓值相比也明顯偏大，對于差壓信號具有顯著提升作用，也便于進行變送器校驗，進而提升系統測量精度。公司壓縮空氣和過熱蒸汽的測量點有數十個，隨著企業的發展和規模的擴大，測量點還會逐步增多，如果全部使用V形錐流量計進行測量，則每年的節能費將非常可觀，同時也為企業自身創造了更多的經濟效益和社會效益。

3結束語

       隨著在各種不同工礦條件下的廣泛應用，V形錐流量計的各種優點得到了明顯的體現。更多的從事計量方面的人員認識并認可了V形錐流量計。自從公司使用V形錐流量計以來，大大減少了維護人員的維護量，而且保證了各種介質計量的準確性和運行的穩定性。隨著國家節能減排政策的逐步深入，V形錐流量計將會有更加廣闊的發展空間。