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工程設計中插入（rù）式煙氣流量計插入深度的選擇
點擊次（cì）數：2081 發布時（shí）間：2021-01-08 05:54:55
摘 要 ：描述插入式（shì）煙（yān）氣流量計的工作原理（lǐ），根據流體力學中**的“卡門渦街（jiē）”原理（lǐ）進行（háng）流量測量，同時根據（jù）被測（cè）介質流速分布情況，簡述渦旋發生體（非線性三角柱形體）以及探頭的（de）結構形式；經試驗（yàn）論證了插入式煙（yān）氣流（liú）量計在被測（cè）管道內正確的插入（rù）深度（主要是渦旋發生體和並聯方式的四片（piàn）壓（yā）電晶體與被測管道的相對位置），從（cóng）而確定（dìng）安裝現場的（de）通用原則和規範，當配合輔助工具（公司**產品：開孔器和推（tuī）進、啟拔器）還可實現現場不停（tíng）產安裝或更換，彌補了法蘭式煙氣流量計的體積大、整體重量過大、安裝不便（biàn）等不足現象，具有很高的性價比。
引言
煙氣流量計均以管道法（fǎ）蘭式結構形式在（zài）用戶（hù）中廣泛使用，但其相對價格（gé）較（jiào）高，且隻有在現場管線停產檢（jiǎn）修時才能進行（háng）安裝、維護。針對（duì）此種情況，研製了插入式渦街量計（jì），因其特殊的結（jié）構形式，配合（hé）自主研發的專用配套工具（公司**產品：開孔器和推進、啟拔器），可實現現場管道在不停產的狀（zhuàng）態下進行安裝或（huò）更換插入式煙氣流量計，該產品造價低廉、抗振性（xìng）強、無零（líng）點漂移、可靠性高。通過長時間對插入（rù）式煙氣流量計進行大量波形分析和頻譜分析（xī），設計出非（fēi）常好的的（de）探頭形狀、壁厚、高度、探頭杆（gǎn）直徑（jìng）、發（fā）生（shēng）體（tǐ）的幾何尺（chǐ）寸，和與之相配套采用並（bìng）聯方式的四片壓電晶體及插入式煙氣流量計插入管道的深度（dù），普遍（biàn）適用於大口（kǒu）徑工業管道安裝特點。采用先進的加工中心進行生產加工各個零部件，確保各個零部件的（de）同軸度和表（biǎo）麵粗糙度等加工精度，再配合熱處理工藝，從而*大限度地克服煙（yān）氣流量計存在的固有自振蕩頻率對信號的影響，其準確度等級能夠達到±1% FS 以（yǐ）上，本文主要通過優（yōu）化設計（jì）和試驗，確定其插入深度的正確選擇。
1 測量原理
插入式煙氣流量計實現流量測量的理論基礎是流（liú）體力學中**的“卡門渦街”原理，在流動的流體中裝置一個（gè）非線性三（sān）角柱形體，即渦旋發生（shēng）體（tǐ），如圖 1 所（suǒ）示。當流體沿渦旋發生（shēng）體繞流時（shí），會在渦旋發生體下遊產生兩列不對稱，但有規律交替地分離釋放出一係列漩渦束（shù），隻有當兩渦漩列之間的距離 h 和同列（liè）的兩渦（wō）漩之間的距離 L 之比（bǐ）滿足 h/L=0.281 時，所產生的渦街才是穩定的。
按國際標準化組織 IS07145（在環形截麵封閉管道中的流體流量測定--在截麵（miàn）一點的速度測量法），采用埋入（rù）壓電晶體的渦街測速探頭，插入大口徑工業管道內，將卡門旋渦頻率轉（zhuǎn）換為與流量（liàng）成正比的標準信號：（4 ～ 20）mA DC。
2 插入式煙氣流量計優化設計
根（gēn）據流體力學的相關知（zhī）識，從以下幾個方麵進行探討與研究（jiū）：
2.1 流體介質的密度
流體質量不隨外界條（tiáo）件（jiàn）變（biàn）化而變化，但流（liú）體體積與溫度和壓力密切（qiē）相關。也就是，流體密度是溫度和壓力的函數。
2.2 流（liú）體介質的（de）粘度
先（xiān）觀察河中水流動的現象（xiàng），可以看到河中央的水流速*快，越靠（kào）近岸邊的水流（liú）得越慢。同樣，當流體在管道（dào）中流動時，管（guǎn）道中心的流速*快，越（yuè）靠近管壁處的流速越慢，這是流體流（liú）動時，由於流體介（jiè）質的粘度和在管道內部產生摩擦的緣故。
由於流體介質的密度和粘度的關係（xì），一切流（liú）體介質（zhì）在流動時內部各個層麵的速度是（shì）不同的。在相鄰層的接觸麵上存在著一對等值（zhí）反向的（de）力，速（sù）度較快的（de）流層帶動（dòng）流層速度較慢的流層，使之加快速度；速度較慢的流層阻滯速度較快的（de）流層使（shǐ）之減（jiǎn）速，這（zhè）種阻滯力稱之為內摩擦力，流體（tǐ）之間的相互作用稱為流體內摩擦（即：牛頓（dùn）內摩擦定律），而粘度（dù）是內摩擦的量度，是流體（tǐ）反抗變形的能力。
2.3 雷諾數和流態
根據測量管道內流體（tǐ）的流動狀態和（hé）流速的分布情況，雷諾數是表征流體流（liú）動特性的一個（gè）重要參數。雷諾數表征了流體流動時慣性力（lì）和粘性力的無綱量參數，其（qí）比值如下式給（gěi）出：
Re=VD/γ（管道為圓管時）
式中：V-流動橫截麵的平均流（liú）速（sù），單位（wèi）：米 / 秒（m/s）。
D-流動的特（tè）性長度為管道直徑（jìng），單位：米（m）。
γ-流體的運動粘度，單位：平方（fāng）米 / 秒（m 2 /s）。
對於流動介質的斷麵為圓管時，有一個（gè）共同的臨界雷諾數 Rec，一（yī）般情況（kuàng）下（xià），Rec=2300。
當 Re ＜ Rec 時，管道（dào）內流體為層流（層流是流體流動時，如果（guǒ）流體質點的（de）軌跡隨初始空（kōng）間（jiān）坐標（biāo） x、y、z 和時間 t 而變，則是有規則的光滑曲線，*簡單的情形是直（zhí）線（xiàn）），如（rú）圖 2（a）所示。
當 Re ＞ Rec 時，管道內流體為湍流（湍流是流（liú）體的不規則運動，流場中各（gè）種量（liàng）**間和空間坐標發生紊亂地變化），如圖 2（b）所示。
根據以上各種參數的（de）分析，*終設計（jì）出探頭（tóu）部件，如圖 3 所示。
3 實踐當中遇到的實際難題
根（gēn）據中華人民共和國機械行業標準：JB/T9249-2015《煙氣流量計》進行插入式煙（yān）氣流量計的研製與設計。在試驗過程中，因為理論研究不充分，再加（jiā）上經驗不足，采用（yòng）插入（rù）深度是按照以往其它（tā）產品（插入式電（diàn）磁流量計）的經驗，以插入深度為（wéi）現場管道內徑的 12.5% 進行試驗，其對介質流量的檢測（cè）值與同種規格管道法蘭式結構的煙氣流量計進（jìn）行比較，偏差值較大、儀表準確度無法滿足設計要求。試驗安裝位置和（hé）安裝方法如圖（tú） 4 所示。
插（chā）入式煙氣（qì）流量計插入深度為現場管道內徑的 12.5%時，試驗數據如下（以 DN200 為例）：
插入式煙氣流量計標校原始記（jì）錄， 流量範圍 ：（90 ～ 400）m 3 /h；標定介（jiè）質：水；標（biāo）定溫度：20℃；標定壓力：1.0Mpa。
標定結論：*大儀表係數 ：2.45N/L ；*小（xiǎo）儀表係數 ：1.743N/L ；*終儀表係數 ：2.0965N/L ；線性（xìng）誤差 ：16.86% ；重複性誤差 ：0.20%。
對以上的試（shì）驗結果與相同規格、型號、量程（chéng）的法蘭式煙氣流量計相對比，其準（zhǔn）確（què）度無法相比。結論 ：插入深度有問題（tí），或插入式煙氣流量計的采集信號的探頭結構有問題。
經（jīng）過分（fèn）析、研究，插入（rù）式煙氣（qì）流量計的采集（jí）信號的探頭結構確定（dìng）沒有問題。
對（duì）插（chā）入式煙（yān）氣（qì）流量計和（hé）插入式電磁流量計的（de）結構（gòu）原（yuán）理進行分析，插入式電磁流量計的信號采集點在標校管（guǎn）道（dào）內12.5% 為宜，因它屬電磁類流量計，而煙氣流量計是根據“卡門渦街”原（yuán）理進行測量管道內流量，根（gēn）據標校管道內層流（liú）和湍流（liú）的分析，以及插入式煙氣流量計獨特的探頭結構（gòu）形式，確定插入式煙氣流量（liàng）計的（de）插入深度為標校管道內 50%，試驗安裝位置和安裝方法如圖 5 所示（shì）。
插入式煙氣流量計插入（rù）深度為現場管道內徑的50%時，試驗數據如下（以（yǐ） DN200 為例）：
插入式煙（yān）氣流量計標校原始記錄，流量範圍 ：（90 ～ 400）m 3 /h；標定介質：水；標定溫度：20℃；標定壓力：1.0MPa。
檢定結論：*大儀表係數：0.144N/L；*小儀表係數：0.143N/L ；*終儀表係數 ：0.143N/L ；線性誤差 ：0.23% ；
重複性誤差 ：0.20% ；儀表（biǎo）精度 ：0.31%。
4 結論
本文提出了一種插入式煙氣流量計（jì）在實際應（yīng）用過（guò）程中（zhōng），經過該儀表特（tè）殊結構分析和根據流體力學的特性，對探頭進行優化設計，以（yǐ）及插入深度的確定，確保提高其在現場運行過程中的穩定（dìng）性、準確度等級和抗幹擾能力，充分發揮插入式（shì）煙氣流量計自有優勢，對該產品質量的提升以（yǐ）及可操作性都具（jù）有實質性推動作用，同時配合輔助工（gōng）具（公司**產品 ：開孔器和推進、啟拔器）還可實現現場不停產安（ān）裝或（huò）更換，彌補了法蘭式煙氣流量計體積大、整體重量過大、安（ān）裝不便等現象，為用戶提供了方便，特別適用於大管道介質的測量，其性價比高、適用廣泛。
管道煙氣流量計 電廠煙氣（qì）流（liú）量計 脫硝煙氣流量（liàng）計,電廠煙氣流量計 脫硝（xiāo）煙氣流量計,不鏽鋼（gāng）煙氣流量計 靶式煙氣流量計,脫硝煙氣流量計 測煙氣流量計,脫硝煙氣（qì）流量（liàng）計 鍋爐煙氣（qì）流量計在（zài）測（cè）量飽（bǎo）和蒸汽中對於生產效（xiào）率的（de）提升 電廠煙氣流量計,管道煙氣流量計（jì） 脫（tuō）硝煙氣（qì）流（liú）量計在測量蒸汽時產生誤差的來源（yuán）及解決 電廠煙氣流量計,測量煙氣的流量計 有效增加火（huǒ）電廠煙（yān）氣流量（liàng）計使用壽命的日常維護方（fāng）法說明 管道煙（yān）氣流量計（jì）在氣田生產中（zhōng）使用情況（kuàng）與計量問題（tí）分析 煙氣流量計在測量（liàng）飽和蒸汽中對於生產效率的提升 煙氣流量（liàng）計在電廠脫硝係統蒸汽耗量過大（dà）問題中的分析 工程設計中插入式煙氣流（liú）量計插入深度的選擇 淺談煙氣流量計在工（gōng）業行業的應用 煙氣流量計的信號組成及處理與係統實現 對煙氣流量計製造過程（chéng）進行優化設計 淺析（xī）電廠（chǎng）煙氣（qì）流量計（jì）在鑽井檢測係（xì）統方麵的應用 淺析高（gāo）溫煙氣流（liú）量（liàng）計安全係統的開發與應用 關於熱式煙氣流量計（jì）的抗幹擾與電磁兼容特性分（fèn）析 脫硝煙氣流量計的原理選用及安裝維護與故（gù）障處理 脫硫煙氣流量計在電廠脫硝係統蒸汽耗量過大的問（wèn）題分析 鍋爐煙氣流量計的信號組成及處理與係統試驗分析 關於管道煙氣流量計在汽輪機改造中的應用及安（ān）裝調試 電廠煙氣流（liú）量計的原理工作流程與運行參數及常見問題（tí）處理（lǐ） 高（gāo）溫（wēn）煙氣（qì）流（liú）量計 高溫煙氣流量計選型 脫硫煙氣流量計（jì）,高溫煙氣流量（liàng）計 不鏽（xiù）鋼煙氣流量計,測煙氣流量用什麽流量計
引言
煙氣流量計均以管道法（fǎ）蘭式結構形式在（zài）用戶（hù）中廣泛使用，但其相對價格（gé）較（jiào）高，且隻有在現場管線停產檢（jiǎn）修時才能進行（háng）安裝、維護。針對（duì）此種情況，研製了插入式渦街量計（jì），因其特殊的結（jié）構形式，配合（hé）自主研發的專用配套工具（公司**產品：開孔器和推進、啟拔器），可實現現場管道在不停產的狀（zhuàng）態下進行安裝或（huò）更換插入式煙氣流量計，該產品造價低廉、抗振性（xìng）強、無零（líng）點漂移、可靠性高。通過長時間對插入（rù）式煙氣流量計進行大量波形分析和頻譜分析（xī），設計出非（fēi）常好的的（de）探頭形狀、壁厚、高度、探頭杆（gǎn）直徑（jìng）、發（fā）生（shēng）體（tǐ）的幾何尺（chǐ）寸，和與之相配套采用並（bìng）聯方式的四片壓電晶體及插入式煙氣流量計插入管道的深度（dù），普遍（biàn）適用於大口（kǒu）徑工業管道安裝特點。采用先進的加工中心進行生產加工各個零部件，確保各個零部件的（de）同軸度和表（biǎo）麵粗糙度等加工精度，再配合熱處理工藝，從而*大限度地克服煙（yān）氣流量計存在的固有自振蕩頻率對信號的影響，其準確度等級能夠達到±1% FS 以（yǐ）上，本文主要通過優（yōu）化設計（jì）和試驗，確定其插入深度的正確選擇。
1 測量原理
插入式煙氣流量計實現流量測量的理論基礎是流（liú）體力學中**的“卡門渦街”原理，在流動的流體中裝置一個（gè）非線性三（sān）角柱形體，即渦旋發生（shēng）體（tǐ），如圖 1 所（suǒ）示。當流體沿渦旋發生（shēng）體繞流時（shí），會在渦旋發生體下遊產生兩列不對稱，但有規律交替地分離釋放出一係列漩渦束（shù），隻有當兩渦漩列之間的距離 h 和同列（liè）的兩渦（wō）漩之間的距離 L 之比（bǐ）滿足 h/L=0.281 時，所產生的渦街才是穩定的。
按國際標準化組織 IS07145（在環形截麵封閉管道中的流體流量測定--在截麵（miàn）一點的速度測量法），采用埋入（rù）壓電晶體的渦街測速探頭，插入大口徑工業管道內，將卡門旋渦頻率轉（zhuǎn）換為與流量（liàng）成正比的標準信號：（4 ～ 20）mA DC。
2 插入式煙氣流量計優化設計
根（gēn）據流體力學的相關知（zhī）識，從以下幾個方麵進行探討與研究（jiū）：
2.1 流體介質的密度
流體質量不隨外界條（tiáo）件（jiàn）變（biàn）化而變化，但流（liú）體體積與溫度和壓力密切（qiē）相關。也就是，流體密度是溫度和壓力的函數。
2.2 流（liú）體介質的（de）粘度
先（xiān）觀察河中水流動的現象（xiàng），可以看到河中央的水流速*快，越靠（kào）近岸邊的水流（liú）得越慢。同樣，當流體在管道（dào）中流動時，管（guǎn）道中心的流速*快，越（yuè）靠近管壁處的流速越慢，這是流體流（liú）動時，由於流體介（jiè）質的粘度和在管道內部產生摩擦的緣故。
由於流體介質的密度和粘度的關係（xì），一切流（liú）體介質（zhì）在流動時內部各個層麵的速度是（shì）不同的。在相鄰層的接觸麵上存在著一對等值（zhí）反向的（de）力，速（sù）度較快的（de）流層帶動（dòng）流層速度較慢的流層，使之加快速度；速度較慢的流層阻滯速度較快的（de）流層使（shǐ）之減（jiǎn）速，這（zhè）種阻滯力稱之為內摩擦力，流體（tǐ）之間的相互作用稱為流體內摩擦（即：牛頓（dùn）內摩擦定律），而粘度（dù）是內摩擦的量度，是流體（tǐ）反抗變形的能力。
2.3 雷諾數和流態
根據測量管道內流體（tǐ）的流動狀態和（hé）流速的分布情況，雷諾數是表征流體流（liú）動特性的一個（gè）重要參數。雷諾數表征了流體流動時慣性力（lì）和粘性力的無綱量參數，其（qí）比值如下式給（gěi）出：
Re=VD/γ（管道為圓管時）
式中：V-流動橫截麵的平均流（liú）速（sù），單位（wèi）：米 / 秒（m/s）。
D-流動的特（tè）性長度為管道直徑（jìng），單位：米（m）。
γ-流體的運動粘度，單位：平方（fāng）米 / 秒（m 2 /s）。
對於流動介質的斷麵為圓管時，有一個（gè）共同的臨界雷諾數 Rec，一（yī）般情況（kuàng）下（xià），Rec=2300。
當 Re ＜ Rec 時，管道（dào）內流體為層流（層流是流體流動時，如果（guǒ）流體質點的（de）軌跡隨初始空（kōng）間（jiān）坐標（biāo） x、y、z 和時間 t 而變，則是有規則的光滑曲線，*簡單的情形是直（zhí）線（xiàn）），如（rú）圖 2（a）所示。
當 Re ＞ Rec 時，管道內流體為湍流（湍流是流（liú）體的不規則運動，流場中各（gè）種量（liàng）**間和空間坐標發生紊亂地變化），如圖 2（b）所示。
根據以上各種參數的（de）分析，*終設計（jì）出探頭（tóu）部件，如圖 3 所示。
3 實踐當中遇到的實際難題
根（gēn）據中華人民共和國機械行業標準：JB/T9249-2015《煙氣流量計》進行插入式煙（yān）氣流量計的研製與設計。在試驗過程中，因為理論研究不充分，再加（jiā）上經驗不足，采用（yòng）插入（rù）深度是按照以往其它（tā）產品（插入式電（diàn）磁流量計）的經驗，以插入深度為（wéi）現場管道內徑的 12.5% 進行試驗，其對介質流量的檢測（cè）值與同種規格管道法蘭式結構的煙氣流量計進（jìn）行比較，偏差值較大、儀表準確度無法滿足設計要求。試驗安裝位置和（hé）安裝方法如圖（tú） 4 所示。
插（chā）入式煙氣（qì）流量計插入深度為現場管道內徑的 12.5%時，試驗數據如下（以 DN200 為例）：
插入式煙氣流量計標校原始記（jì）錄， 流量範圍 ：（90 ～ 400）m 3 /h；標定介（jiè）質：水；標（biāo）定溫度：20℃；標定壓力：1.0Mpa。
標定結論：*大儀表係數 ：2.45N/L ；*小（xiǎo）儀表係數 ：1.743N/L ；*終儀表係數 ：2.0965N/L ；線性（xìng）誤差 ：16.86% ；重複性誤差 ：0.20%。
對以上的試（shì）驗結果與相同規格、型號、量程（chéng）的法蘭式煙氣流量計相對比，其準（zhǔn）確（què）度無法相比。結論 ：插入深度有問題（tí），或插入式煙氣流量計的采集信號的探頭結構有問題。
經（jīng）過分（fèn）析、研究，插入（rù）式煙氣（qì）流量計的采集（jí）信號的探頭結構確定（dìng）沒有問題。
對（duì）插（chā）入式煙（yān）氣（qì）流量計和（hé）插入式電磁流量計的（de）結構（gòu）原（yuán）理進行分析，插入式電磁流量計的信號采集點在標校管（guǎn）道（dào）內12.5% 為宜，因它屬電磁類流量計，而煙氣流量計是根據“卡門渦街”原（yuán）理進行測量管道內流量，根（gēn）據標校管道內層流（liú）和湍流（liú）的分析，以及插入式煙氣流量計獨特的探頭結構（gòu）形式，確定插入式煙氣流量（liàng）計的（de）插入深度為標校管道內 50%，試驗安裝位置和安裝方法如圖 5 所示（shì）。
插入式煙氣流量計插入（rù）深度為現場管道內徑的50%時，試驗數據如下（以（yǐ） DN200 為例）：
插入式煙（yān）氣流量計標校原始記錄，流量範圍 ：（90 ～ 400）m 3 /h；標定介質：水；標定溫度：20℃；標定壓力：1.0MPa。
檢定結論：*大儀表係數：0.144N/L；*小儀表係數：0.143N/L ；*終儀表係數 ：0.143N/L ；線性誤差 ：0.23% ；
重複性誤差 ：0.20% ；儀表（biǎo）精度 ：0.31%。
4 結論
本文提出了一種插入式煙氣流量計（jì）在實際應（yīng）用過（guò）程中（zhōng），經過該儀表特（tè）殊結構分析和根據流體力學的特性，對探頭進行優化設計，以（yǐ）及插入深度的確定，確保提高其在現場運行過程中的穩定（dìng）性、準確度等級和抗幹擾能力，充分發揮插入式（shì）煙氣流量計自有優勢，對該產品質量的提升以（yǐ）及可操作性都具（jù）有實質性推動作用，同時配合輔助工（gōng）具（公司**產品 ：開孔器和推進、啟拔器）還可實現現場不停產安（ān）裝或（huò）更換，彌補了法蘭式煙氣流量計體積大、整體重量過大、安（ān）裝不便等現象，為用戶提供了方便，特別適用於大管道介質的測量，其性價比高、適用廣泛。
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