楔形流量计选型探讨

高嗣晟

楔形流量计选型探讨

高嗣晟

(中国石油集团东北炼化工程有限公司 葫芦岛设计院，辽宁 葫芦岛 125000)

介绍了楔形流量计的原理及应用范围，探讨了楔形流量计对介质雷诺数下限的要求；介绍了楔形流量计差压值的确定方法；以实际案例为例，采用Preso FlowCal软件对楔形流量计差压值及压损进行计算。结合工程经验，对与楔形流量计配套使用的差压变送器进行选型，根据不同的工况，给出建议的安装方式。

楔形 流量计 差压变送器 计算软件

在石化装置中，存在一些易结晶、黏稠、脏污、磨蚀、低雷诺数、含有悬浮物、高温等工况的介质，如原油、泥浆、煤焦油、废水、沥青、氯气等，常用的流量计如孔板、涡街、电磁等流量计无法克服堵塞、低雷诺数、磨损、腐蚀等问题，故给设计选型带来一些困扰。楔形流量计能够有效克服上述恶劣工况，提供高性能的流量解决方案，取得了满意的测量效果。

1 原理及应用范围

楔形流量计结构如图1所示。当流体流经V形节流块时，流通面积减小，流速增大，静压减小，从而产生静压差，而压差的平方根与流量成正比，测得差压即可测得管道中的流量[1]。楔形流量计采用“V”型体节流件，当流体中含有杂质或者固体时，容易从楔形下部流过，不会产生滞留，从而防止堵塞现象[2]。

图1 楔形流量计结构

楔形流量计通常口径范围为DN15～DN600，特殊口径可至DN1 200，压力等级高至PN420，测量精度为±0.5%FS，可测量黏度高至3Pa·s的介质。

楔形流量计对介质雷诺数下限的要求，HG/T 20507—2014《自动化仪表选型设计规范》6.2.4条规定：“含悬浮物的高黏度易结晶液体的流量、要求永久的压力损失小、雷诺数小于500时，宜选用楔形流量计”[3]；已作废的HG/T 20507—2000《自动化仪表选型设计规定》3.2.1条规定：“含悬浮物的高黏度液体、蒸汽、气体的流量测量、雷诺数大于500时可选用楔形流量计”；SH/T 3005—2016《石油化工自动化仪表选型设计规范》中规定：“当测量高黏度、低雷诺数(最低至500)的流体时，可选用楔形流量计”；已作废的SH/T 3005—1999《石油化工自动化仪表选型设计规范》中规定：“测量高黏度、低雷诺数(低至100)的流体，如原油、油浆、渣油、沥青等，可选用楔式流量计”。

上述4个前后版本中关于楔形流量计对介质最低雷诺数的说法不一致，其中HG/T 20507—2014与SH/T 3005—2015对雷诺数的要求相悖。查看厂家样本资料，如ABB的FPD470系列、Badger Meter的Preso楔形流量计要求雷诺数下限值为500，大韩DHWM系列、捷达WM系列楔形流量计要求雷诺数下限值为300，当雷诺数再低时流量系数发生变化，流体流量和差压不再遵循平方根的关系，会影响测量准确度。综合上述产品信息，楔形流量计雷诺数下限取500。

2 差压值的计算

楔形流量计差压值与流量的关系如下式所示：

(1)

式中： Δp——差压值，kPa；qV——介质工况下体积流量， m3/h；C——流量常数。

1) 对于测量液体介质，流量常数C见下式所示：

(2)

式中：N——单位转换系数，N=0.126 4；Kp——流量系数；D——楔形流量计内径， mm；Fa——材料热膨胀系数， mm2/mm2；ρ——介质密度， kg/m3。

楔形流量计的流量系数Kp和流量计的口径及楔块比(H/D)有关，计算时可参考表1中Preso楔形流量计数据。

表1 Preso楔形流量计流量系数

续 表1

在实际使用过程中，因楔形流量计为非标仪表，出厂时每台仪表需经过实际流体标定，从而得出实际的流量系数，对原有计算时的差压值进行调整[4]。

2) 对于测量气体介质，流量常数C见下式所示：

(3)

式中：Y——气体热膨胀系数。

3) 楔形流量计也可以测量蒸汽，但对于蒸汽介质，建议采用喷嘴、涡街等其他形式的流量计进行测量。

3 压损的计算

楔形流量计比孔板、V锥、喷嘴的压力损失小，相同β值情况下几种流量计压损比较[5]如图2所示。

将楔形流量计H/D换算成孔板流量计的β值，如楔形流量计H/D=0.5与孔板β=0.707 0的节流面积比是一样的[6]，详见表2所列。

表2 楔形流量计H/D与孔板β值换算[7]

将换算完后的β值代入下式[6]中，即可得出楔形流量计的永久压力损失。

ppl=(1-β1.9)Δp

(4)

式中：ppl——永久压力损失， kPa。

图2 相同β值情况下几种流量计压损比较示意

4 应用案例

某工况介质为原料油，管道为DN250，壁厚为SH80，材质为碳钢，正常温度为50℃，正常压力为2.08 MPa，最大流量为196.4 t/h，正常流量为178.6 t/h，最小流量为125 t/h，动力黏度为0.295 Pa·s，介质密度为943 kg/m3，允许压降为30 kPa。

因介质黏稠，综合比较各类型流量计后选用楔形流量计进行测量，最大流量不超过满量程的90%，因而圆整后最大量程选用220 t/h，楔形流量计材质选用316不锈钢。使用Badger Meter的Preso FlowCalc V5.36软件对此工况下的楔形流量计差压值及压损进行计算。通过调整H/D的值得到合适的差压值，确定H/D的值后即可确定等效的β值，得出永久压力损失值。

该案例中的楔形流量计H/D选用0.3，流量系数Kp为0.185 4，在满刻度220 t/h的流量下差压值为25.53 kPa，等效的β值为0.502 3，在满刻度流量下的永久压力损失为11.99 kPa，满足工艺的30 kPa压力损失限制要求。

上述均为基于经验值的计算，可供设计选型参考，实际的流量系数仍需要经过标定后才可确定。

5 楔形流量计的安装

楔形流量计多用于介质高黏度或者强腐蚀性等场合，常与毛细管式法兰膜片密封式差压变送器配套使用，差压变送器与楔形流量计之间配备法兰式切断阀方便检维修，对于高黏度的介质还需配备冲洗环。

若仪表订货是在基础工程设计阶段时，建议带隔离装置的毛细管差压变送器与楔形流量计成套订货，并采用一体式的安装形式，将差压变送器固定在楔形流量计上，避免过长的毛细管的长度影响测量精度或过短的毛细管长度影响安装。在详细工程设计阶段时，需提相关安装条件给配管专业，将楔形流量计安装在便于维护的场合。

罗斯蒙特1199远传膜片装置采用D.C.704高温硅油时介质温度上限是315℃[8]，EJA118系列隔膜密封装置允许介质温度上限是300℃[9]，当介质温度过高采用上述带毛细管远传膜片式差压变送器与楔形流量计配套使用时容易造成测量误差。当介质高黏度且高温时，楔形流量计的接管长度可选150 mm，利用盲肠效应进行降温，避免高温伤及仪表及堵塞发生。

6 结 论

掌握楔形流量计差压值的计算有利于指导设计选型，流量计直管段的要求与楔块比有关系，根据确定的楔块比提出流量计安装要求；设计过程中应根据具体工况选择合适的安装方式。楔形流量计在使用过程中运行稳定，维护量少，价格便宜[10]，有很大的应用前景。

[1] 戴祯建.楔形流量计在脏污流体测量中的应用[J].自动化仪表，2007(28)： 74-76.

[2] 肖玲，刘连景.煤粉气化装置中黑水流量计的选型及应用[J].自动化应用，2011(12)： 71-72.

[3] 王雪梅，张悦崑，安铁夫，等. HG/T 20507—2014 自动化仪表选型设计规范[S].北京： 中国计划出版社，2014.

[4] 戴祯建.圆缺孔板、楔形流量计在脏污流体计量中的应用[J].中国计量，2010(10)： 121-123.

[5] 温州市捷达石化仪表有限公司.WM WEDGE FLOWMETER Series Produts WM楔式流量计系列产品样本[DB/OL].[2016-10-11].http： //www.wzjd.com/ch/product.asp?id=2.

[6] 王发明.楔形流量计在石化行业的节能应用[J].石油化工自动化，2009，45(01)： 64-67.

[7] Badger Meter. PRESO楔式流量计产品选型样本[DB/OL].[2016-10-11].https： //www.badgermeter.com/brands/preso/transcoin/?sizeunitid=d86d4cfa2b9b4d83 af417427f 1443512&sizeminvalue=&sizemaxvalue=&temperature unitid=c344f37a39594cc7b4ef058c270dab9f&temperature minvalue=&temperaturemaxvalue=&pressureunitid=6f9100fd3479400fac45d4ddc080545e&pressureminvalue=& pressuremaxvalue=&page=2.

[8] Rosement.罗斯蒙特1199远传膜片系统产品选型样本[DB/OL].[2016-10-11].http： //www2.emersonprocess.com/zh-cn/brands/rosemount/level/differential-pressure-level/1199-remote-seals/pages/index.aspx.

[9] YOKOGAWA.EJA118W，EJA118N和EJA118Y型隔膜密封式差压变送器样本[DB/OL]. [2016-10-11].http： //www.yokogawa.com/cn/fld/pressure/EJA/fld-eja_group-zh.htm.

[10] 朱小本，孟祥生.楔型流量计在黏稠介质计量中的应用[J].油气田地面工程，2005，24(06)： 29.

Discussion on Wedge Flow-meter Type Selection

Gao Sisheng

(Hu Ludao Design Institute， PetroChina Northeast Refining & Chemicals Engineering Co.Ltd.， Huludao，125000，China)

s: The principle and application scope of wedge flow-meter is introduced. Lower Reynolds number limit requirement of wedge flow-meter is discussed. The method to determine differential pressure of wedge flow-meter is introduced. Differential pressure and pressure loss is calculated with Preso Flow Cal software with actual case as example. Combing with engineering experience， type of differential pressure transmitter to match with wedge flow-meter is selected. According to different working conditions， suggestions on installation are put forward.

wedge; flow-meter; DP transmitter; calculation software

高嗣晟(1979—)，男，辽宁葫芦岛人，2004年毕业于辽宁石油化工大学测控技术与仪器专业，获学士学位，现就职于中国石油集团东北炼化工程有限公司葫芦岛设计院，从事自控设计工作，任工程师。

TH814

B

1007-7324(2017)02-0054-03

稿件收到日期： 2016-10-11，修改稿收到日期： 2016-12-26。