針對(duì)高粘度介質(zhì)、漿料、臟污流及雙向流等傳統(tǒng)流量計(jì)難以準(zhǔn)確測(cè)量的流體工況，提出了楔式 流量計(jì)的選型解決方案。介紹了楔式流量計(jì)的測(cè)量原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、主要技術(shù)參數(shù)和設(shè)計(jì)選型，并說(shuō)明 了儀表的安裝要求。

在石油、化工行業(yè)的工藝流程檢測(cè)過(guò)程中，有 時(shí)會(huì)遇到原油、黑水及漿液等介質(zhì)流量測(cè)量問(wèn)題， 這類(lèi)介質(zhì)具有粘度大、易結(jié)晶及固體顆粒易磨損 等特點(diǎn),導(dǎo)致傳統(tǒng)的孔板流量計(jì)、靶式流量計(jì)等不 僅測(cè)量精度低、安裝維護(hù)工作量大,而且很難保證 儀表的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。針對(duì)上述問(wèn)題，一種新型 差壓式流量測(cè)量?jī)x表一楔式流量計(jì)應(yīng)運(yùn)而生, 并在業(yè)內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用。

1.測(cè)量原理

楔式流量計(jì)的測(cè)量原理是基于伯努利方程 (能量守恒和連續(xù)性方程）的。通過(guò)在管段中設(shè) 置一個(gè)V形楔塊節(jié)流件，當(dāng)流體流經(jīng)此楔塊時(shí), 流通面積減小、流速增大,在楔塊前后產(chǎn)生一個(gè)靜 壓差，該壓差的開(kāi)方與質(zhì)量流量或體積流量成正 比,從而實(shí)現(xiàn)流量的測(cè)量。測(cè)量管的流量系數(shù)與 楔塊比（H/D)相關(guān)，即流量測(cè)量范圍可通過(guò)H/D 來(lái)調(diào)整。

工程設(shè)計(jì)中不同介質(zhì)的常用流量計(jì)算式如下：

2.流量計(jì)結(jié)構(gòu)

楔式流量計(jì)（圖1)主要由測(cè)量管和流量差壓 變送器組成。

按照測(cè)量管與工藝管道的連接方式,楔式流 量計(jì)可分為對(duì)夾式、螺紋式、對(duì)焊式和法蘭式連接 結(jié)構(gòu)形式。對(duì)夾式和螺紋式適用于管道口徑為 1/2 ~3" ( 1英寸=25. 4mm)、壓力等級(jí)不大于 CL300的低壓管線；對(duì)焊式適用于管道口徑為1/2 ~48"、壓力等級(jí)為CL900或更高的管線;法蘭 式適用于管道口徑為1 /2 ~ 48"、壓力等級(jí)為 CL900或更高的管線。

按照測(cè)量管取壓方式的不同，楔式流量計(jì)又 可分為螺紋取壓、法蘭遠(yuǎn)傳式（隔膜密封式）取壓 和化學(xué)T取壓。螺紋取壓適用于測(cè)量氣體、蒸汽 或潔凈液體,通常采用1 /2"NPT (F)配合終端接頭 與變送器測(cè)壓管線進(jìn)行連接。法蘭遠(yuǎn)傳式取壓適 用于測(cè)量容易堵塞的漿料、臟物流和強(qiáng)腐蝕性介 質(zhì)。此外,對(duì)于有毒有害介質(zhì)的測(cè)量和介質(zhì)溫度 超過(guò)傳統(tǒng)變送器可直接接觸溫度限定值的情況, 亦可采用法蘭遠(yuǎn)傳式進(jìn)行取壓測(cè)量。化學(xué)T取壓 適用于測(cè)量容易堵塞的漿料和易結(jié)晶介質(zhì)，該方 式與法蘭遠(yuǎn)傳式相比,具有更大的取壓口，且沒(méi)有 突出段取壓短管，取壓法蘭安裝后膜片基本能與 測(cè)量管內(nèi)徑平齊，不容易引發(fā)堵塞,但需要注意的 是，該方式只適用于壓力等級(jí)為CL300以下的管 線。另外,變送器一體式和自帶溫度補(bǔ)償?shù)膬x表, 可以減小不必要的安裝誤差，現(xiàn)場(chǎng)使用方便,但需 要注意安裝空間。

3.特點(diǎn)與主要技術(shù)參數(shù)

楔式流量計(jì)測(cè)量原理簡(jiǎn)單，可滿(mǎn)足大多數(shù)流 體的測(cè)量要求，且使用范圍廣。除了可以應(yīng)用于 —般的氣體、液體和蒸汽測(cè)量外,還特別適用于高 粘度、高腐蝕性、易結(jié)晶、含懸浮顆粒的液體和含 塵量高的氣體的流量測(cè)量。楔式流量計(jì)管徑范圍 1/2 ~48";壓力等級(jí)可達(dá)CL900或更高；雷諾數(shù)最 低可達(dá)300,最高可達(dá)106;粘度最高可達(dá)3Pa- s, 且不會(huì)影響楔式流量計(jì)的測(cè)量精度；量程比可達(dá) 10： 1 ;所測(cè)介質(zhì)的最低流速可達(dá)0. 01m/s H。

楔式流量計(jì)的節(jié)流元件呈倒等腰三角形,使 用時(shí)具有導(dǎo)流作用，使流體能夠圓滑過(guò)渡。與 孔板相比,楔式流量計(jì)沒(méi)有銳角要求,所以其壓損 更小,更加節(jié)能。常用的節(jié)流裝置的壓損對(duì)比如 圖2所示。楔式流量計(jì)的測(cè)量元件無(wú)可動(dòng)部件和 易損部件,使用過(guò)程中幾乎可以免維護(hù)。在選型 時(shí)還可要求楔塊或測(cè)量管內(nèi)壁整體帶耐磨涂層, 如在煤漿氣化工藝和渣水處理工段中，采用碳化 鎢噴涂進(jìn)行表面硬化處理后可以更好地抵抗黑 水、灰水等含硬質(zhì)顆粒流體的沖擊。

楔式流量計(jì)的楔塊焊接于測(cè)量管頂部,倒三 角結(jié)構(gòu)使得測(cè)量介質(zhì)中的固體雜質(zhì)在節(jié)流件處很 容易地就從節(jié)流件下部流過(guò),而不會(huì)附著在節(jié)流件上側(cè),即具備了自清潔功能。

幾家主流楔式流量計(jì)廠家的技術(shù)資料（表1) 顯示,經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)流標(biāo)定后的儀表測(cè)量精度較高, 重復(fù)性可達(dá)±0.2%,滿(mǎn)足工藝過(guò)程的測(cè)量與控制 要求。

楔式流量計(jì)節(jié)流元件的流量系數(shù)對(duì)管道內(nèi)流 體速度分布不敏感,相比于大部分的差壓式和速 度式流量?jī)x表,楔式流量計(jì)具備更小的前后支管 段要求,最小可達(dá)前5D后2D,這使得楔式流量計(jì) 具備更強(qiáng)的安裝適應(yīng)性。

4.設(shè)計(jì)選型

楔式流量計(jì)的選型計(jì)算通常由業(yè)主或設(shè)計(jì)院 提供工藝參數(shù),再由儀表廠家使用各自的計(jì)算軟 件完成選型計(jì)算。選型計(jì)算時(shí)所需確定的主要工 藝數(shù)據(jù)有工藝介質(zhì)、工藝管道材料、管道口徑、流 量范圍、操作壓力及操作溫度等。

楔式流量計(jì)的口徑和壓力等級(jí)通常與連接處 的工藝管線一致。根據(jù)不同的工況要求，應(yīng)選擇 合適的過(guò)程連接與取壓方式。流量計(jì)本體和楔塊 的材料應(yīng)根據(jù)工藝介質(zhì)進(jìn)行選用，不能低于管道 等級(jí)表的要求,并考慮腐蝕、磨損等特殊工況下的 選材特點(diǎn)。對(duì)于法蘭遠(yuǎn)傳式取壓，還需注意介質(zhì) 的溫度,對(duì)于高溫介質(zhì)的測(cè)量,毛細(xì)管填充液應(yīng)選 用可耐受高溫的介質(zhì)。

楔塊比H/D的選用需保證計(jì)算得到的差壓 量程分別為6、10、16、25、40、50kPa,在滿(mǎn)足測(cè)量 要求的前提下,對(duì)于液體介質(zhì)的測(cè)量,量程應(yīng)首選 25kPa5，。計(jì)算結(jié)果應(yīng)滿(mǎn)足楔式流量計(jì)對(duì)最低 雷諾數(shù)的要求，以保證在流量范圍內(nèi)流量系數(shù)是 線性的、穩(wěn)定的。

楔式流量計(jì)的精度應(yīng)滿(mǎn)足工藝測(cè)量要求，通 常要求標(biāo)定后精度為± 0. 5% FS,重復(fù)性為 ±0.2% ,在相應(yīng)的雷諾數(shù)范圍內(nèi)量程比應(yīng)達(dá)到 10:1。流量計(jì)的標(biāo)定可采用特定介質(zhì)由獨(dú)立的 NIST認(rèn)證實(shí)驗(yàn)室來(lái)完成，或者進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)流標(biāo)定 以達(dá)到測(cè)量精度要求。

5.儀表的安裝

楔式流量計(jì)可采用水平或垂直安裝的方式。 水平安裝時(shí),對(duì)于液體或蒸汽介質(zhì),V形節(jié)流件宜 安裝在與管道水平中心線垂直方向，即取壓口與 管道水平中心線平行，以免測(cè)量介質(zhì)內(nèi)的氣泡進(jìn) 入取壓口影響測(cè)量精度，或者采取必要的排氣措 施;對(duì)于氣體介質(zhì)，可將取壓口朝上安裝。垂直安 裝時(shí)，由于存在輕微靜壓差，因此使用之前應(yīng)注意 變送器的調(diào)零。

為了保證測(cè)量的準(zhǔn)確性,流體在經(jīng)過(guò)節(jié)流件 之前需處于穩(wěn)定的層流狀態(tài)，因此需要保證V形 節(jié)流件前后具備一定的直管段,最小直管段要求 可以參照各儀表廠家的樣本執(zhí)行。

對(duì)于粘稠或易結(jié)晶介質(zhì)的測(cè)量，如果選用法 蘭遠(yuǎn)傳式取壓,為了便于儀表的現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)，宜在法 蘭連接處增加沖洗管線以便及時(shí)對(duì)測(cè)量管路進(jìn)行清洗,或者采用插入式法蘭進(jìn)行取壓以避免取壓 口堵塞導(dǎo)致無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量。

6.結(jié)束語(yǔ)

隨著化工行業(yè)的蓬勃發(fā)展,楔式流量計(jì)作為 —種非標(biāo)節(jié)流裝置，已經(jīng)越來(lái)越多地被應(yīng)用在燃 料油、污水及重油等高粘度、高固體含量、腐蝕性 介質(zhì)的流量測(cè)量中，并得到了較好的用戶(hù)反饋。 筆者對(duì)該流量計(jì)的技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié),梳理了 設(shè)計(jì)選型的注意事項(xiàng),并對(duì)儀表的安裝使用提出 了建議,以供同行參考。