[摘 要]環(huán)形通道節(jié)流裝置因可解決二相流流量測量及對前直管段要求較低等特點，近年來引起業(yè)內(nèi)的重視，得到了較快的發(fā)展。文章簡要地介紹了幾種環(huán)形通道節(jié)流裝置并進行了粗淺的比較，以求在實踐中不斷改進，日益完善。 [關(guān)鍵詞]節(jié)流裝置：環(huán)形通道：內(nèi)錐式：梭式 [中國分類號]TB93 [文獻標識碼]B [文獻編號]1002－1183（2006）05-0015-03 　　節(jié)流裝置作為一種流量儀表已有近百年的歷史，由于其工作可靠，可承受高溫、高壓等惡劣的工況，特別是作為當前唯一無需通過實流標定而可確定流量系數(shù)的流量計，常被用戶作為首選儀表。在近半個世紀的時間里，它的市場占有率達到了70％左右。國際標準化組織對它也極為重視，制定了標準IS05167，隨后各國工程技術(shù)人員不斷對其在應(yīng)用條件下進行實驗，積累了大量數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上，國際標準化組織于2003年又對IS05167進行了修訂，新標準對經(jīng)典式節(jié)流裝置的應(yīng)用提出了更為嚴格的條件，特別是不同程度地加長了前直管段長度，使其應(yīng)用面臨一些困難。上世紀80年代后，不少新型儀表如電磁、超聲、渦街逐漸成熟，也極大地沖擊著市場，使孔板這種經(jīng)典式的節(jié)流裝置市場占有率有所下降。而在已建工程中，它的安裝臺數(shù)仍十分龐大，也積累了豐富的使用經(jīng)驗，許多一線的工程技術(shù)人員還是習(xí)慣選用它，如何改進、用好這類儀表就成為一個方興未艾、較為活躍的研究領(lǐng)域。 　　1 非標準節(jié)流裝置 　　在許多工業(yè)部門中，如火電的鍋爐、天然氣、石油的開采與輸送，冶金中產(chǎn)生的煤氣，礦業(yè)開采中的選礦，以及采用液體或氣體作為載體輸送固體原料、產(chǎn)品……這些流體多不“潔凈”，而呈現(xiàn)雙相或多相狀態(tài)，如采用經(jīng)典節(jié)流裝置如孔板（圖1），在運行中產(chǎn)生不少問題。由于孔板前后將產(chǎn)生兩個滯流區(qū)，固相介質(zhì)將滯留、堆積在這個區(qū)域中，日積月累，將縮小孔板中心的通道，引起較大的誤差，嚴重時甚至無法正常工作。鑒于上述情況，早于上世紀50年代，研制、推出了不少非標準節(jié)流裝置，如圓缺孔板、偏心孔板、楔形流量計等。其共同的特點是迫使流動偏離中心，從管道下方流過，使較重的固態(tài)介質(zhì)難以滯留，造成非對稱的流動，從流動的效果來看與阻力件無異，使用中并不理想。 　　環(huán)形孔板是其中較為典型、效果較好的一種非標準節(jié)流裝置。它在上世紀60年代推出，開始應(yīng)用于現(xiàn)場。而我國應(yīng)用它是近10年的事。環(huán)形孔板（圖2）的結(jié)構(gòu)是在管道中同心地固定了一個圓板．而流體則從管道邊緣的環(huán)形通道流過。它既未破壞流動的對稱性，又使管道中不同比重的物質(zhì)各行其道，比重大的物質(zhì)從管道底部疏泄，比重輕的物質(zhì)如氣體、蒸汽從管道上部通過。實用表明，環(huán)形通道對上游直管段長度的要求，沒有經(jīng)典及非標準節(jié)流裝置那樣苛刻，這也是它的一個突出優(yōu)點，可以說是環(huán)形通道節(jié)流裝置的初型。不足的是，與經(jīng)典節(jié)流裝置比較，缺乏足夠的試驗數(shù)據(jù)，難以標準化，特別是在當量βT，值接近0.9時，流量系數(shù)的變化較大，每臺儀表都必須通過標定才能出廠。另外，其壓損也較大。 　　2 內(nèi)錐式流量計 　　上世紀80年代中期，也許是受環(huán)形孔板的啟發(fā)，環(huán)形通道可以改善流場，無需過長的直管段，美國Mccrometer公司推出了內(nèi)錐式（V-cone）流量計（圖3）。這種流量計的節(jié)流件是一個懸掛在管道中央的錐形體，它具有改善流場的作用。前錐角約30º，后錐角為150º高壓p1，取自錐體前流體尚未節(jié)流、加速的管壁；低壓p2：則取自后錐體中央，并通過內(nèi)錐前方的支桿引出管外。其差壓（p1-p2）的平方根與流量成正比。計算公式與孔板類似，只需將環(huán)形通道的面積折合為孔板中心通道的面積、用當量β值進行計算。 　　實驗表明，內(nèi)錐形成了環(huán)形通道，且通道逐漸減小，迫使流體加速降壓，由于流體在加速過程中有消除、減小漩渦，改善流場的作用。因此，它對前直管段長度的要求不僅比經(jīng)典式節(jié)流裝置小得多，也比環(huán)形孔板小一些。 　　2003年3月國際標準化組織根據(jù)近年來對孔板進行的一系列試驗及應(yīng)用情況，修改了IS05167（1991），新標準IS05167（2003）的多項修改中，對使用者而言密切有關(guān)的是進一步要求增長前直管段，一般將原來30D增長到了44D；這個要求在實際現(xiàn)場很難滿足。新標準也建議可采用流動調(diào)整器（Flow Conditioners）以減小直管段長度，這樣做又會增加成本及維護工作量，并非上策。在這種形勢下，對直管段無苛求且可測臟污流體的環(huán)形通道節(jié)流裝置應(yīng)運而生，近2年在我國形成了一股“內(nèi)錐熱”。 　　內(nèi)錐式生產(chǎn)廠商宣稱這種流量計的精確度優(yōu)于±0.5％，重復(fù)性優(yōu)于0.1％，上游直管段僅需0～3D，下游為0～lD，壓損很小，量程比可達15∶1，可測臟污流體……以上這些技術(shù)參數(shù)不少值得商榷，例如： 　?。?）直管段。在阻力件（彎頭、閘閥、歧管、變徑管……）后，會產(chǎn)生漩渦及二次流，完全消失經(jīng)測試需5～7D，內(nèi)錐體雖有整流作用，但當流體還未到達內(nèi)錐，未必可“遙控”整流，神奇到如廠家所描述的那樣理想，甚至可達到均直流場，更是令人難以置信。 　?。?）結(jié)構(gòu)。內(nèi)錐體由一根支桿懸掛在管道中央，這種單臂懸掛從力學(xué)角度看不太穩(wěn)定，易產(chǎn)生振動。為保證足夠的剛性，勢必要加粗支桿，而這樣又破壞了流場的對稱性。 　?。?）取壓點。內(nèi)錐式仍通過測差壓推算流量。它的高壓取自內(nèi)錐前管壁，并非流體的最高壓力（總壓），而此處由于阻力件的影響，尚可能存在漩渦及二次流；而低壓取自后錐體中心，此處由于截面突然變大，是一個強烈的漩渦區(qū)，壓力波動幅度較大，在這兩處取差壓推算流量未必合理。 　　（4）精確度。鑒于上述原因，精確度就難以達到（廠家甚至說優(yōu)于）±0.5％，當然在試驗室標定由于流場較為理想有可能得到較高的重復(fù)性，（這里強調(diào)是重復(fù)性不是精確度，精確度還應(yīng)包括標定裝置的不確定度），而實際應(yīng)用的現(xiàn)場在無法保證試驗室的流場條件時，也就無法保證所標定的精確度。 　?。?）不可恢復(fù)壓損。在內(nèi)錐后由于流通截面突然擴大，會產(chǎn)生強烈的漩渦。眾所周知，它的產(chǎn)生、消失是一個不可逆的非等熵過程，會有較大的壓力損失（這也正是不少阻力件壓損大的原因），內(nèi)錐式流量計并非壓損小的節(jié)能產(chǎn)品。 　?。?）量程比。廠商說量程比達到15∶1是可能的，而前提是必需采用智能式差壓變送器。內(nèi)錐式與孔板一樣，流量都是正比于差壓的平方根。孔板流量計如也采用智能式變送器量程比也可達到15∶l，量程比大并非內(nèi)錐式本身的優(yōu)勢。 　　3 梭式流量計 　　梭式流量計是經(jīng)我國專利局審定，于2005年10月19日公布、授權(quán)，具有獨立知識產(chǎn)權(quán)的專利產(chǎn)品（專利號ZL200420061026.9），也是一種環(huán)形通道節(jié)流裝置。 　　它的主要結(jié)構(gòu)及原理如圖4所示：梭形節(jié)流件用3個剖面為翼形的支桿固定在管道中。當前直管道較長（L>7D）時，由于環(huán)形通道的整流作用，管內(nèi)流速分布較好，近于充分發(fā)展紊流，總壓僅取一點，位于前錐體的中央，此處流體的動能全部轉(zhuǎn)化為位能，應(yīng)是流體的最高壓力。而靜壓（低壓）則取自環(huán)形通道最窄處的管壁上，位于兩個支桿之間，相距約60º；當直管較短（L>5D）時，考慮管道中實際流速分布雖經(jīng)梭體整流未必均衡、對稱。因此，總壓取自3個翼形支桿上，每個支桿取3～4點，在整個環(huán)形通道上均勻分布了9～12點，這樣在直管很短時，也能充分反映環(huán)形通道的流速分布。 　　梭式流量計的尾部可使加速的流體在擴張的通道中，不分離的條件下減速增壓，動能逐步、充分地轉(zhuǎn)化為位能，使不可恢復(fù)壓損降至最小，因而是節(jié)能產(chǎn)品。 　　在直管道較短時，管內(nèi)流體流向并不平行于軸線，所測總壓未必為真實。梭式流量計在每個總壓孔上嵌入了一種導(dǎo)流嘴，這種導(dǎo)流嘴早于1986年實驗表明，在流向偏離±30º情況，均能充分反映真實的總壓值的效果。 整個梭體只起整流、導(dǎo)向作用，梭體可通過小孔溝通內(nèi)外的壓力，無論管道中流體有多高的壓力，均與梭體無關(guān)。 　　此外，在展會上還見到一種與梭式較相似的槽道式流量計，它的特點是環(huán)形通道較窄，較長，這樣設(shè)計將有利于消除漩渦、改善流場。但由于通道過窄，流速大會造成較高的壓損；其次它的支持為三個較薄的片體，可減少阻力，但不能如梭式支桿那樣，在直管段不足，流場無法保證充分對稱的情況下，起到測環(huán)形通道流速分布的作用。 孰優(yōu)孰劣，將有待實踐評說。 　　4 小結(jié) 　　近兩年由于IS05167新標準的公布，再加上在工業(yè)現(xiàn)場中日益增多二相流的測量問題，環(huán)形通道流量計應(yīng)運而生，有了很大的發(fā)展，優(yōu)劣與否有待實踐證明、用戶認可。由于影響流量儀表應(yīng)用的因素較多，每一種產(chǎn)品都只能在某一領(lǐng)域中各盡所能、發(fā)揮作用。尚沒有一種可取代一切其他流量儀表、宣傳、推銷都應(yīng)實事求是、留有余地。 轉(zhuǎn)自：工業(yè)計量