应用PRESO软件实现非标节流件的设计选型

于金泽

（山东普洛得邦医药有限公司，山东 潍坊 262737）

0 引言

PRESO FLOWCALC是BADGER-METER公司开发的工程软件，可用于楔形、V锥、文丘里和皮托管流量计的设计计算[1]。软件可以根据工况条件设置温度压力值，计算出各种流体的物性参数值，并根据所选的非标节流件类型计算出瞬时质量流量（或体积流量）与实时差压值之间的对应关系。

1 PRESO软件

PRESO FLOWCALC软件主要包括3大功能：1）非标节流计算；2）PDF计算书预览；3）PDF计算书比较。

1.1 非标节流计算

非标节流计算是软件的核心功能，其主界面包括项目信息、流体信息、差压流量计信息、管道信息、瞬时流量信息和计算结论[2]。

项目信息由节流装置报价、工作编号和标识号构成，用户根据现场的应用信息报告填写工程的基本信息，这些信息并不参与计算。流体信息包括流体类型和具体流体名称，如果选择液体，则对应的流体内容包括：水、海水、笨、乙醇、乙二醇、液化天然气、汞、甲醇、苯和苯烯，如果选择其它则需要填写液体对应的物性参数值，如密度和粘度值，并输入液体名称。如果选择水蒸汽，则对应的流体内容包括：饱和水蒸汽和过热水蒸汽。饱和水蒸汽只需要输入工况温度值或者工况压力值，就可以自动计算出其它参数，过热水蒸汽则需要同时输入工况温度值和工况压力值才能进行计算。如果流体类型选择气体，则对应的流体内容包括：氢气、氧气、二氧化碳等多种选项，如果选择其它则需要填写气体对应的物性参数值，如密度、粘度、等熵指数和压缩系数值，并输入气体名称[3]。

图1 PRESO FLOWCALC软件界面图Fig.1 Preso flowcalc software interface diagram

差压流量计信息包括流量计类型、系列型号和Beta值。流量计类型包括文丘里、皮托管、楔形和V锥。针对文丘里包括CPL、SSL、SSM、CV和V-Brass几种类型。针对皮托管包括椭圆开孔、圆形开孔和其它开孔几种类型，具体的型号又有不同的开孔直径可以选择。楔形流量计有标准取压和法兰远程密封取压两种，Beta值有0.2、0.3、0.4、0.5、0.6和0.7可以选择。V锥流量计Beta值可以填写0.4、0.5、0.6、0.7、0.8和自定义几种。管道信息既可以填写标准的管路参数也可以自定义输入，以获得准确的管道内径参与后面的节流计算。由于节流件和管道的机械尺寸随着温度发生变化，还需要选择机械材料类型[4]。

瞬时流量信息包括瞬时流量（质量流量或体积流量）、工况压力（绝对压力或表压）、工况温度。需要注意的是，为了更好地满足现场工况需求，达到更为准确的计算结论，流量信息同时需要输入最小值、常用值和最大值以覆盖整个工况范围。如果用户选择的流体类型不是自定义，软件可以自动计算出相应的密度、粘度、等熵指数、比热容比和分质量。计算结论部分包括雷诺数、差压值、流量系数和Beta值。设计者正确填写流量范围和流体类型就能准确地计算出对应的差压值，给现场的差压变送器选型提供了理论依据，同时针对所选择的非标节流装置类型，可以准确地计算出雷诺数范围，以判断是否符合所选节流装置的雷诺数范围要求[5]。

1.2 PDF计算书预览

上述完成非标节流计算以后，在PRESO FLOWCALC主界面上点击VIEW就跳转到PDF VIEW页。计算书除了将前页的信息打印输出外，如图2所示，列出基本公式便于二次表应用计算。

图2 节流装置计算书Fig.2 Calculation book of throttling device

式中，N——单位转换系数；

D——管道内径（mm）；

Q——瞬时流量（m3/h）；

P——压力；

T——输入温度；

μ——粘度；

ρ——密度；

SG——比重；

Fa——热膨胀系数；

Kp——PRESO K系数（流量系数）。

计算书大大简化了应用难度，用户只需要知道C值就可以了解瞬时流量与差压值之间的计算关系。由于现场工况压力和工况温度变化不大，即流体的密度变化不大，多数情况下可以作为固定值参与二次表的计算，作为C值的一部分，便于后续计算。如果需要对物性参数做实时修正则将密度移出，做进一步地计算处理[6]。

图3 楔形COIN流量计实物图Fig.3 The physical diagram of the wedge-shaped coin flowmeter

图4 楔形COIN流量计多种流体状态图Fig.4 Multi-fluid state diagram of wedge-shaped coin flowmeter

2 楔形COIN流量计

2.1 功能

PRESO楔形流量计可以实现复杂工况下多种流体的计量，其精度高、性能可靠、坚固耐用、操作简单，瞬时流量和工况压差之间的平方根关系也便于二次表采集计算。可以测量的介质包括如下几大类：清洁的液体、高粘度流体、蒸汽、泥浆、腐蚀流体和气体/空气。粘度达到3000mPaS的流体也不影响楔形的测量准确度。流量系数保持较高的重复性，在雷诺数情况下，依旧可以进行测量。这使得楔形流量计非常适合传统计量上难以实现的应用，如燃油、废料水、煤焦油、铁矿、石油等[7]。

2.2 计算公式

根据伯努利定理（能量平衡和连续性方程），工况压差等效瞬时质量或体积流量，为计量不同的流量范围，制定了不同的高度（H）/直径（D）比。楔形流量计可以解决最困难的流量测量应用，以得到精确、可靠的测量结果。操作简单，适用于任何液体；长寿命，无需维护；不堵塞；上下游直管段要求低；压力损失小。

图5 楔形COIN流量计多种流体状态图Fig.5 Multi-fluid state diagram of wedge-shaped coin flowmeter

楔形适用于磨损及腐蚀流体，多相流、高粘度污染流体，以及清洁的液体、水蒸汽和气体。PRESO FLOWCALC给出了楔形流量的经验公式如下：

1）液体：

2）气体：

3）水蒸汽：

式中，ΔP——差压值；

GPM——瞬时流量每分钟加仑数；

SCFM——瞬时流量标准立方英尺每分钟；

ACFM——瞬时流量实际立方英尺每分钟；

Lbs/Hr——磅每小时；

C1——流量系数；

K——流量修正系数；

Di——管道内径英寸；

Fa——可膨胀系数；

图6 节流装置压损对比图Fig.6 Comparison diagram of pressure loss of throttle device

Tf——流体温度；

Pf——流体压力磅/平方英寸；

SGF——工况比重；

SGS——标况比重。

以楔形流量计计算为例，针对不同流体，不同管径，不同Beta值参与计算，可以得到上述的经验表格，这样大大方便了使用者的选型，如流体介质为空气，管径6inch，选择COIN-3 H/D值为0.4，则差压典型值为6400（单位为：100H2O）。

2.3 压损计算

差压式流量装置计算过程中，压力损失的大小是一项很重要的技术指标，直接关系着差压节流件的选型。开孔过小，瞬时流量对应差压值增大，提高测量精度，但压力损失增加，造成能源的浪费；开孔过大，压力损失减小，但瞬时流量对应的差压值减小，影响流量计的实时测量准确度。不同类型的差压节流件类型也各有不同，以适应不同的工况需求。如图6所示，等效Beta值下，孔板压损＞V锥压损＞喷嘴压损＞楔形压损。显而易见，COIN楔形流量计的压损是最小的，相同情况下，其现场应用的能效比是最高的。

PRESO FLOWCALC软件给出了COIN楔形流量计压损的经验计算公式：

1）液体：

2）气体：

3）水蒸汽：

3 结论

PRESO FLOWCALC软件可以用于工程的非标节流件设计，软件可以自动更新版本，支持楔形、V锥、文丘里和皮托管4种差压流量计的设计计算，可以实现PDF格式计算书的导出和导入，根据设计的流量范围计算出对应的差压范围，便于选型和设计；同时，软件可以计算出雷诺数范围，压力损失，当设计输入的参数超量程时，会根据具体情况作出告警或错误原因提示，设计过的计算书可以作为例子供以后的应用参考。