弯管流量计在工业上应用的优势

一、弯管流量计的原理
　　
　　弯管流量计是一种差压式的流量计，是利用流体流经弯管传感器产生离心力的原理来测量流体流量的。
　　　
　　当流体流经弯管时，由于弯管的约束，迫使流体在弯管内作类似的圆周运动，根据流体强制旋流理论，流体作圆周运动遵循的规律与固体在空间状态下作圆周运动相似。弯管内的流体由于作圆周运动而产生离心力，该离心力的大小与流体流速、流体的质量（密度）以及作圆周运动的曲率半径等因素有关。离心力的作用使流体对弯管内、外侧产生压力差，测出此差压值就可计算出管道内流体的流速，进而计算出流体的流量值，这就是弯管流量计的基本测量原理。

二、弯管流量计的基本特点及与其它流量计性能比较
1、结构简单，性能价格比优越
　　
　　弯管传感器是用标准几何90度弯管加工制作而成的，法兰式取压的孔板流量计是市场上价格最便宜的流量计，弯管流量计的价格完全可以和它相比。

2、免维护的流量传感器
　　
　　真正意义上的免维护流量测量装置是没有的，我们这里所谓的免维护流量测量装置应该具备如下的基本品质：工作中不会磨损或者对磨损不敏感；在高速流体冲击下不会变形、扭曲、震动；长期高低温工作条件下敏感元件不会老化、变质而降低稳定性和灵敏度；对于环境中可能出现的震动、粉尘、潮湿、电磁场干扰不敏感；经过长周期运行它的稳定性、灵敏度、准确性不会发生明显变化；能在最大程度上防止传感器被粘污、结疤、堵塞等等。符合免维护传感器的标准，保证了流量计长期高精度测量的工作状态。而孔板流量计的节流口对微量磨损就十分敏感。规程规定，计量用孔板流量计的孔板每年必须进行一次或一次以上的强制性磨损检查，这是保证孔板流量计准确计量的必要条件。对于那些大管径的孔板和蒸汽孔板，其拆装难度之大，维修费用之高，给使用者带来了额外的负担。
　　
　　弯管传感器因耐磨损、免维护、长周期高精度运行的特点，可满足直接焊接安装的技术条件，焊接法安装解决了流量测量装置现场跑、冒、滴、漏等令人头痛的问题。

3、无任何附加节流件或插入件，无附加压力损失，节约能源

　　这一特点给弯管流量计的工业化应用带来了巨大的便利和经济效益。
　　
　　对孔扳流量计来说，流体在孔板上的压力损失是不可恢复的，其损失可达孔板在该流量下产生的差压值的60%~80%，为了提高其测量精度，设计人员在选定孔板流量计的工作差压值时一般都取高值，使该压力损失成为不可忽视的数值。
弯管流量计则不存在管道附加阻力损失的问题，孔板的节流损耗可简单地看作是弯管流量计的节能效果，这对于那些大系统、大管径、大流量、低压力的测量对象好处更加明显。

　　下面举一个简单的例子予以说明。为维持一台安装在每小时数千吨流量供热管道的孔板流量计正常运行，一个采暖季节约需多耗电数万度，折合人民币数万元。这里仅考虑孔板流量计压力损失为几千帕，实际运行时远远超过这个值。即便是这几千帕的压力损失，它所造成的附加运行费用也是不可忽视的。表1给出的数据为目前热力管网用主管道流量范围在不同的压力损失时，孔板流量计引起的循环泵额外耗电量、电耗费用、折合标准煤量、购煤费用的单台孔板流量计在一个取暖季节运行费用的数据，其中运行天数按120天、电价按0.35元／度、标准煤价按200元/t计算，一个流量为4000m3/h的中型热网，当孔板压力损失为30千帕时，仅一台孔板流量计就多耗9.6万度电，运行费用为3.12万元，对于流量为10000m3/h的大型热网，额外耗电量达24万度，运行费用7.8万元。而弯管流量计是没有附加阻力损失的，如果用弯管流量计替代孔板流量计进行计量，就可大大地减少运行费用，获得可观的经济效益.

4、可测量容易脏污、易堵塞传感器的流体

　　循环水水质较差，对流量测量装置的污染影响较大。孔板流量计的节流件或涡街流量计的插入件极易被循环水玷污或堵塞，尤其是孔板节流口的直角部分，即使是轻微的玷污也会对测量精度造成极大的影响。弯管传感器对于类似循环水这样的介质（如高炉煤气等）其适应性是不用怀疑的，即使是长期的运行也能保证弯管流量计的正常工作，保证其足够的测量精度。

我们的措施是：
（1）在允许的范围内尽可能加大取压孔的孔径；
（2）取压孔连接的根部阀选择三通旋塞阀，方便对取压孔进行必要的疏通；
（3）定期用低压蒸汽对取压阀以及取压孔进行吹扫、清洗，对易结疤的介质可以在一定程度上改善弯管传感器的工作状态。
5、适应性强，量程范围宽、直管段要求不严格

　　只要是能用孔板、涡街，均速管等流量计进行测量的流体都可用弯管流量计来进行流量测量，且在耐高温、耐高压、耐冲击、耐震动、耐潮湿、耐粉尘等方面，弯管流量计远远优于这些常用的流量计。

　　高温、高压、冲击、震动使涡街流量计适用范围十分有限，这与它的测量原理有关。震动、冲击对弯管传感器的正常工作几乎没有影响，而高温、高压对于弯管传感器来说只要采用与工艺管道相同材质的标准弯头，就可以得到解决。

　　量程范围宽一方面是指弯管流量计对于其测量介质的流速适用范围宽，蒸汽或其它气体介质，流速范围为0~7~70m/s；液体介质流速范围为0~0.3~5m/s。以上所说的流速范围也没有严格的限制，如果被测介质没有上限流速的限制，则流速范围还可更大；有足够精度的微差压变送器相配合，则流体流速的低限可取得很小。高质量微差压变送器的应用使弯管流量计能够适应低流速、小信号测量的要求。总之，弯管流量计的量程范围完全可以满足不同对象的流量测量的要求。

　　量程范围宽的另一方面是指弯管传感器的几何尺寸没有限制，管径可从十几毫米到一米甚至两米以上。直管段要求不严格也是弯管流量计在现场使用中十分重要的特点之一，许多流量测量装置都因为现场直管段不能满足要求而不能进行测量或不能保证其测量精度。弯管流量计在实际应用时只需保证前5D、后2D，远远低于其它流量测量装置的要求。

6、测量精度高、重现性好

实验证明，弯管流量计的测量准确度可达到1.0%。重现性精度高达0.2%。

7、测量数据可直接接入DCS系统

测量数据可直接输入DCS系统。专用主机配有RSR-232、485通讯接口。

三、弯管流量计的应用

1．蒸汽计量
　　弯管流量计用于蒸汽流量的测量，使蒸汽流量测量装置容易泄漏的难题得到根本性的解决，无阻力损失的优点，可获得更好的经济效益，耐磨损、长周期运行不需要进行复杂维护和修理，使运行维修费用降到最低点。

2．液体流量计量
　　处于地下或者半地下的输水管道，对于流量计的要求更多的是耐用性，水系统管网纵横交错，希望水系统流量传感器一次安装之后能达到长周期、免维护、高精度可靠运行。弯管流量传感器具备的坚固耐用抗磨损、可长周期保持足够高的测量精度的特点，在这里可以发挥最大的作用。

　　在水系统中，特别提一下的是化学水处理含酸水的流量测量，化学水处理过程中，由于水呈现酸性，其管道都是衬胶的，对于这种特殊的被测介质（酸、碱性介质），只要选择耐酸不锈钢、防腐型弯管传感器就可以方便地解决流量测量问题。至于诸如锅炉上水，虽然压力、和温度相对比较高，只要解决焊接问题，用弯管流量计进行流量测量是完全没有问题的。这一点在现场已得到充分验证。

3．一般气体的测量

　　一般气体的测量包括压缩空气、氧气、氮气、高炉煤气、焦炉煤气、窑气等。在测量如压缩空气类似介质中有些用户为了节能降耗，一般采用将鼓风机电动机都改为变频调速，用来代替传统的调节阀控制风量的节能手段，其节能效果当然是明显的。如果弯管流量计替代孔板流量计进行流量测量，则可进一步降低管道压力损失，达到更佳的节能降耗目的。

4．现场工业弯头的改造

　　受种种条件的限制，许多用户希望仍使用原有管道上的弯头作为弯管传感器，为此我们在现场作了大量的工作，在保证用户要求的测量精度前提下完成了弯管流量计的这项扩展工作。为用户降低了费用，同时也简化了现场的安装工作。例如与宁波热电厂合作，对其5台锅炉、3台汽机出口主蒸汽弯管进行改造工作，整个系统的测量精度达到了用户严格的要求（1.5级）。 与湘潭钢铁厂合作，改造大管径空气管道（DN1100），首次使用了焊接式弯管（俗称“虾米腰”）作为弯管传感器，并获得了用户的认可。

　　目前，我厂的弯管流量计已经成功应用在冶金、电厂、碱业及其它行业，用于蒸汽、循环水，窑气、助燃空气、高炉煤气计量等，并将弯管流量计成功地应用到了中温中压蒸汽流量测量中。

四、测量技术的完善

　　由于工业现场实际环境的限制，许多用户的现场安装条件十分苛刻，我们在现场安装方法上进行了大量开创工作，使我们的测量技术得到进一步的完善，使弯管流量计的实际适用范围有了更大的扩展。

1、弯管流量计在直管线上的安装。

　　在传感器安装位置狭窄或没有自然转弯处，我们率先使用了弯管传感器在直管段上的安装技术，进一步开阔了弯管流量计的使用空间。

2、蒸汽的适用范围突破了中温、中压禁区

　　利用弯管流量计测量蒸汽流量应该说是一种最佳选择。通过与宁波热电厂、唐山碱厂热电公司、青岛碱厂热电公司合作，将弯管流量计成功地应用到了中温（430℃左右）中压（40kg左右）主蒸汽流量测量中，为弯管流量计应用领域获得更大的发展空间，打破孔板流量计在中温中压领域一统天下的局面。

3、大弯径比弯管传感器的应用

　　突破了其它弯管流量计生产厂家固守的只能使用1.5D左右弯头做传感器的观念。如与宁波热电厂合作所使用的传感器曲率半径皆大于5D，扩大了弯管传感器的应用，又为弯管流量计在中温、中压条件下使用提供了安全的保障。

4、介质密度温压补偿对流量测量准确性的影响

　　为了保证气体（包括蒸气）介质流量测量的准确性，必须在测量介质流量的同时测量出介质的温度和压力值，利用二次仪表的运算补偿功能在线对介质的密度进行计算和补偿。在流量计算公式中，介质的密度与流量传感器产生的差压值是处于同样重要的位置上，密度偏差造成的流量测量不准确与差压变送器不准确造成的测量误差是完全一样的。
　　Q=α（△P/ρ）1/2
　　或者 G=α（△P/ρ）1/2
　　
　　其中，△P是差压变送器显示的差压值，而ρ就是介质的密度。过去使用的流量二次仪表一般不具备在线温压补偿运算的功能，而不能对实际工作中密度的变化进行必要的在线补偿和修正。随着微电子技术的广泛应用，尤其是智能型二次仪表的开发和应用，使它的实用功能大大地扩展和加强，现在我公司生产制造的仪表提供的流量测量装置具备温压在线密度运算补偿已经成为现场测量不可或缺的功能。

五、弯管流量计的应用及认可
　　通过我们十几年的努力，国内部分企业已广泛使用我厂生产的弯管流量计，各种介质的测量取得了良好的效果。弯管流量计是一种高新技术型、节能型计量仪表，是集现代弯管加工技术，现代差压测量技术及现代计算机技术的综合结晶，这些高新技术的综合应用，使弯管流量计能满足工业企业对各种介质流量测量的要求。

弯管流量计在冶金行业的应用技术
　　随着近几年我国冶金行业的迅猛发展，弯管流量计在该行业的应用也得到广泛推广。在钢铁冶炼生产中弯管流量计计量控制越来越受到厚爱和重视。广泛应用于烧结、高炉炼铁、炼钢、轧制等工艺流程。大家对精确计量有了充分的认识，从盲目生产到计控生产，根本上解决了无控制的浪费，降低消耗，降低成本，提高了经济效益。冶金行业中最普遍、最重要的流量测量对象有高炉煤气、水、蒸汽、氧气、空气、氮气等。不同介质在测量中所反映的问题不尽相同，难度也不一样。综合各方面因素，煤气的测量难度最大，这里我们重点分析介绍一下。

一、煤气测量

　　大口径煤气的测量一直是冶金、焦化、管网等行业计量工作的难题。其原因有：一、介质较脏，容易在检测元件表面堆积污物；二、介质压力低，流速低，流量变化范围大；三、介质为混合物，组分的变化对测量的影响较大。管线多为主干线。长期以来人们习惯于用孔板来测量煤气流量，但由于孔板自身的结构特点，使其应用的很不理想：煤气中含有粉尘和杂质，经过一段时间，在连续性生产的情况下，不可能停气清洗或更换孔板；由于介质流速较低，为获得更大的差压，孔板的开口径一般较小，造成压损大，当流量增大，孔板起到了限流作用，弯管流量计测量系统是利用煤气工艺管道上的弯管进行流量测量，而不是利用附加在管道中的节流件测量，实践证明高炉煤气使用弯管流量计测量，测量精度、稳定性都有可靠保证。

二、水的测量
　　
　　敝司生产的弯管流量计已应用在高炉大风机房冷却水、高炉风口小套水、高炉冷却水总管、高炉冷却壁水、热风炉冷却水等过程控制中。

三、风量（空气）的测量

　　风量的测量我们应用在高炉冷风的测量控制中。一般风量测量环境较为复杂，如振动、高温粉尘等。其他类型仪表很难实现测量，稳定性更是无法保证。弯管流量计的性能特点在这里体现出其具有的绝对优势，现场应用效果非常理想。

弯管流量计在制碱系统的应用

　　配合不同的弯管材质和合适的几何尺寸，弯管流量计可以适应制碱系统绝大多数工艺介质和工艺条件的流量测量（这里说的绝大多数工艺介质不包括以下特殊工艺介质如：石灰乳液、碱液等等，这两种介质由于容易沉积、结垢，会堵塞导压管而不适合用弯管流量计进行流量测量，还是用电磁流量计比较好），至于精制盐水、氨盐水等等都可以采用弯管流量计进行流量测量，因此可以说，弯管流量计的适用范围是十分广阔的。

1、窑气和炉气系统
a、石灰窑入口空气流量
　　为了节能降耗，石灰窑鼓风机电动机都改为变频调速，用来代替传统的调节阀控制风量的耗能控制手段，其节能效果当然是十分明显的，但是，为了测量石灰窑实际进风量而安装的孔板流量计也会造成额外的阻力损失，增加电动机的耗电量，如果将孔板流量计改为弯管流量计进行流量测量则可进一步降低管道阻力损失，进而达到更佳的节能降耗的目的。（由于鼓风机震动比较大，涡街流量计在这里是根本不能适应的。）变频调速的控制对象可以是石灰窑入口空气压力，也可以是石灰窑入口空气流量，有些单位可能没有石灰窑入口空气流量的检测，这对于石灰窑的优化操作是十分不利的，利用弯管流量计不增加阻力的特点，加装入窑空气流量的检测是一个有实际意义的方案。

b、蒸汽透平压缩机打气量的测量
　　蒸汽透平压缩机打气量（无论是窑气或者是炉气）是一个十分重要的工艺参数，由于管道比较大，安装孔板流量计比较困难，同时过大的阻力损失会大大增加压缩机的负荷量，因此，在设计中就放弃了对这个参数的监测。弯管流量计特别适合大管径、大流量、低压力（蒸汽透平压缩机出口二氧化碳气体的压力并不低）的场合使用，它不会增加蒸汽透平压缩机的负荷，如果在实际施工中，利用我公司现场改造技术，将现有的标准弯头改造成弯管传感器使用，其施工难度很小，可以十分方便地完成这个改造任务。

c、碳化塔下段气、中段气、清洗气流量检测
　　几台或者十几台碳化塔并联运行，合理分配有限的气体资源是十分重要的工作，因此碳化塔下段气、中段气、清洗气流量检测就是不可或缺的了，用弯管流量计代替众多的孔板流量计必然会大大降低蒸汽透平压缩机的负荷量，对节能降耗肯定是有好处的。

d、轻灰煅烧炉出口炉气流量检测
　　轻灰煅烧炉的负荷可以采用控制重碱入炉量（重碱用电子皮带秤或者是固体冲量秤进行计量）的方法来实现。但是，对于含水量相对较高的重碱来说，固体物料的准确计量是十分困难的，因此，一般采用蒸汽消耗量来间接推算煅烧炉的实际负荷水平。如果能同时测量每台轻灰煅烧炉出口炉气流量，这对于准确估计煅烧炉的实际负荷水平是十分有利的，由于炉气的冷却净化系统并不是与轻灰煅烧炉一一对应的，在炉气冷却净化之前，几乎没有什么类型的流量计可以对它进行有效的流量检测，所以，轻灰煅烧炉没有单台炉气流量计，这对于优化煅烧炉的操作无疑是一个缺陷，弯管流量计能较好地解决这个问题，夹带大量纯碱粉尘的高温炉气并不会对弯管流量计的准确测量带来太多的麻烦。它可以方便地测出单台轻灰煅烧炉实际炉气量，同时又不会增加压缩机的负荷，这是一个理想的解决办法。

2、蒸汽系统
　　在制碱系统中，蒸汽一般分为中压蒸汽和低压蒸汽两种，这两种蒸汽几乎都是过热蒸汽。锅炉出口，蒸汽汽轮机、蒸汽透平压缩机、蒸汽透平真空机入口，轻灰煅烧炉入口以及温度、压力稍稍低一点的重灰煅烧炉入口的蒸汽都属于中压蒸汽的范畴，其特点是温度、压力都比较高。大量的低压蒸汽主要用于母液蒸馏塔和淡液蒸馏塔。这些蒸汽流量几乎全部是孔板流量计（或者是四分之一圆喷嘴流量计），其主要缺点是阻力损失大，容易发生泄漏，维修十分困难。焊接式安装方式及较低的直管段要求，使弯管流量计特别适合蒸汽流量的测量。

3、其它介质
　　吸收塔的氨气流量，常规的方法是用旋翼式流量计对液氨进行计量。旋翼式流量计属于机械式流量测量装置，它对于被测介质的洁净度要求很高，少量杂质就可能造成仪表卡涩，影响仪表的正常工作。采用弯管流量计测量气化后的气氨，其效果就比较理想。由于氨气的密度比较小，流速也不会太高，所以需配套微差压变送器，只要能满足这个要求，测量氨气就不成问题了。与氨气类似的气体，如：煤气、液化气、乙炔气等等，都可以采用弯管流量计进行流量测量。

4、锅炉送风量
　　对于大型锅炉自动化程度都是比较高的，为了提高锅炉的热效率，锅炉送风量是一个必须测量参数，但是，锅炉的送风管道一般是方型的，震动又比较大，常规的流量测量装置很难满足要求。我们可以将不太标准的方型送风管弯道进行改造，作成非标准型的弯管传感器，使这个测量难题得到有效的解决。当然，这种改造制成的弯管传感器其测量精度是有限的，但是，它仍然保留重复性好的优点，只要进行必要的修正，这对于锅炉送风量来说已经能满足测量要求了。
综上所述弯管传感器中没有插入件或者节流件等流量转换环节和元件，只是将作为弯管传感器的标准弯头代替原来安装在管道上的弯头进行流量测量，因此弯管流量计是名副其实无附加压力损失的节能型流量测量装置。另外弯管流量计在工作中不会磨损或者说对磨损不敏感；长期高低温工作条件下敏感元件不会老化、变质而降低稳定性和灵敏度；对于环境中可能出现的震动、粉尘、潮湿、电磁干扰不敏感；长期运行稳定性、灵敏度、准确性不发生变化，具有免维护流量测量装置应该具备的基本品质。

　　弯管流量计能够实现流量测量界一直追求的理想流量计的许多技术指标，适应现代工业发展需要的准确、科学化管理生产的控制要求，且性能价格比高、经济效益特性高，完全符合我国能源建设和科学化计量管理事业发展的社会、市场需求。可以实现以最小的投入获得最大的收益。弯管流量计一次安装后不需要任何特殊维护即可保证长期稳定的高精度使用。简单的说是一次投资，长期收益。各厂家真正体会到了弯管流量计的性能优势和精确测量的好处。在冶金行业、制碱行业、供热系统、发电厂等正在广泛推广，被更多用户接受和信赖