CN104596594A - 悬堤流量计 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种悬堤流量计，所述悬堤流量计包括：管道，待测量的流体通过所述管道流动；悬堤形节流部，所述悬堤形节流部具有平坦的节流平面，所述节流平面与所述管道的轴向大致平行，并且所述节流平面设有开口；第一测量管，所述第一测量管延伸穿过所述管道从而与所述管道流体连通；以及第二测量管，所述第二测量管延伸穿过所述悬堤形节流部直到所述节流平面，并且通过所述节流平面上的所述开口与所述管道流体连通。

Description

悬堤流量计

技术领域

本发明涉及一种悬堤流量计，属于流量测量领域。

背景技术

在煤裂解气化工艺工程中，主要用煤和水合成水煤浆(黑水)进入气化炉进行裂解反应，生成一氧化碳，反应气出气化炉后经洗涤塔水洗分成气相和液相。气相反应气作为进一步处理反应的原料直接冷却后进入下一道工序，洗涤塔出来的液相再进入高压闪蒸槽分离将反应生成液与未反应的煤粉和水分离开来，经过水洗、分离、再水洗将煤粉和水分离开来。高压闪蒸槽底部出来的就是黑水，洗涤塔回流的洗涤水就是灰水。这种洗涤和闪蒸分离过程往往要经过几级才能将反应生成物与反应残余物分离开来。这个过程中产生的黑水和灰水等都含坚硬固体颗粒(煤粉)。

在这个过程中，进出气化炉和闪蒸釜的黑水介质、洗涤塔减压回流的灰水介质等均需要精确监控计量，从而达到精确控制反应和洗涤温度，优化反应过程，提高反应生成率。

在这种环境下，需要高压的流量测量元件，测量元件需要具有较强的耐磨损性能、防固体粉尘积聚堵塞的功能和耐强腐蚀功能。

一般流量测量元件难以使用在这种场合，目前一般会选用电磁流量计，但是电磁流量计电磁头却难以满足耐磨蚀的要求。电磁流量计更换频率高，购买价格昂贵、使用成本高。楔形流量计由于其成本大大低于电磁流量计，具有防固体积聚堵塞的功能，从而成为是最有吸引力的测量元件之一。但是楔形流量计的测量精度也仅能保持几个月的时间。楔形流量计在几个月内测量精度就会由于楔块棱角磨损而大大降低，一年左右时间管壁就会严重磨损而不得不更换。为解决这个问题，流量计领域的专家一直在探索新的测量手段以用于含催化剂的油浆，煤浆、黑水、灰水、油砂输送以及其他含固体颗粒流体输送中流量的长期精确测量。

目前对高粘度和含固体颗粒的介质流量的测量采用的是以上所提及的楔形流量计，参见附图1。楔形流量计通常包括楔式节流块，以及分别布置在该楔式节流块上下游的两个取压管。

这种流量计靠楔式节流块的棱角处产生节流效果，从而产生差压，达到测量流量的效果，楔形流量计由于其上部节流下部直筒的结构，可以用于粘稠和含固体颗粒的介质流量测量，相比较圆缺孔板流量计，楔形流量计耐磨蚀的能力和使用寿命大大提高，从而得到了广泛的应用。

其缺点是：

1.楔块的棱角(图1中A处)是保持测量精度的关键点，但是又有该棱角采用90度直角，长期工作极易磨损，用过一段时间就会磨损，从而使流通面积变大，流动状态改变，直接影响流量测量精度和重复性。

从流体流动状态来看，流体经过楔形节流装置时在棱角处急速缩流，而后又急速恢复压力，在棱角处会产生强烈的涡流，这种涡流不但强烈的冲刷楔棱的背面，也反冲节流棱角，产生强烈的磨损，即使堆焊了司太莱和喷镀了碳化物进行了硬化，仍阻止不了对节流棱角的冲蚀。和孔板流量计的节流锐孔板锐角一样，楔形流量计的棱角直接决定着楔形流量计的测量精度。在含有固体煤粉的工况下，楔块棱角会很快磨损掉，测量精度会从0.5％恶化为5％左右。这种磨损一般在2～3个月内就会达到，因此需要定期更换楔块，而在正常生产中，这种定期更换是不可能的。因此被磨损的楔式节流块只好将就继续使用，其测量误差会越来越大，甚至引起工艺操作的误判断。

2.用于粘稠介质流量测量时，棱角处容易结焦或粘结脏物，影响流量测量精度。

3.用于含固体颗粒的介质(例如炼油中的催化渣油、煤制化肥和煤化工煤气化部分的黑水、灰水、油砂炼油中的中间过程流体，等等)流量测量时，流体会很快将棱角磨损，影响流量测量。

4.流体流过节流块时流动状态如图所示，流体首先产生涡流冲击楔块棱角后下方的管道(图1中B处)，然后向上旋流，冲击楔块后上方管道(图1中C处)。经过很多现场调查，半年时间内就可以将这两处管道内壁喷镀的碳化钨镀层冲刷掉，并开始冲蚀管壁，在一年左右的时间内就会将这两处管道磨蚀穿孔，从而使流量计报废。

5.流量测量精度差。楔形流量计制造测量精度±5％～±2％，标定后可达到±2％～±0.5％。使用过一段时间后，由于上述原因，流量测量精度就会降到±5％～±10％左右。

6.压头损失大。压头损失是指流体经过流量计楔块时，由于楔块的节流作用，流体压力下降、流速变快，流过节流孔后，压力仅能够拻复一部分，在节流块上能量损耗的部分就是节流产生的不可恢复压力降，又叫压头损失，楔形流量计的压头损失是测量压差的30％～50％。

7.为保证测量精度，楔形流量计一般要求长度为上游10倍测量管径、下游5倍测量管径的直管段，在有些情况下，这些要求限制了流量计的安装使用。

目前还存在有文丘里流量计。文丘里流量计要求安装直管段上游最少具有相当于节流部处两倍的直径。另外，文丘里流量计还具有缺点，例如只能用于清洁介质和低粘度介质的测量。

发明内容

根据本发明的一个方面，提出了一种悬堤流量计，所述悬堤流量计包括：

管道，待测量的流体通过所述管道流动；

悬堤形节流部，所述悬堤形节流部具有平坦的节流平面，所述节流平面与所述管道的轴向大致平行，并且所述节流平面设有开口；

第一测量管，所述第一测量管延伸穿过所述管道从而与所述管道流体连通；以及

第二测量管，所述第二测量管延伸穿过所述悬堤形节流部直到所述节流平面，并且通过所述节流平面上的所述开口与所述管道流体连通。

优选地，所述悬堤形节流部可以包括处于所述节流平面的上游侧的上游段和处于所述节流平面的下游侧的下游段，并且其中所述上游段和所述下游段与所述节流平面的夹角均为钝角。

优选地，所述上游段和所述下游段与所述节流平面相交处的棱边可以被倒圆。

优选地，所述上游段的上游端与所述管道的入口之间的距离可以为所述管道的一倍以上。

优选地，所述下游段的下游端可以靠近所述管道的出口。

优选地，中所述悬堤形节流部可以通过镶嵌焊接的形式或借助于紧固件被固定在所述管道内。

优选地，所述悬堤形节流部可以采用硬质合金或喷镀碳化钨制成。

优选地，所述硬质合金可以是堆焊硬质合金。

优选地，所述管道的横截面可以呈圆形或方形。

根据本发明的悬堤流量计解决了以上所提及的现有技术中的多种缺点，并且具有多种优点，例如：

1.提高测量精度；

2.降低压头损失；

3.提高使用寿命；以及

4.减少安装空间，等等。

附图说明

下面将参照附图描述本发明的优选实施方式，其中：

图1示出了现有技术中的楔形流量计；

图2示出了根据本发明的第一实施方式的悬堤流量计100的示意图；

图3示出了根据本发明的第二实施方式的悬堤流量计200的侧视图和剖视图；以及

图4示出了根据本发明的第三实施方式的悬堤流量计300的侧视图和剖视图。

具体实施方式

参见图2，其示出了根据本发明的第一实施方式的悬堤流量计100的示意图。所述悬堤流量计100包括管道110、悬堤形节流部120、第一测量管130和第二测量管140。

其中待测量的流体可以通过所述管道110流动。设置在管道110内的节流部120具有悬挂的堤坝的形状，并且具有平坦的节流平面121。节流平面121与管道110的轴向大致平行，并且设有开口131。

第一测量管130和第二测量管140均设置在管道110外部，并且与管道110内部流体连通。第一测量管130延伸穿过管道110并直接与其流体连通。第二测量管140延伸穿过管道110后，继续延伸穿过悬堤形节流部120，直到穿过节流平面121。第二测量管140通过所述节流平面121上的开口131与管道110流体连通。

所述悬堤形节流部120包括处于节流平面121的上游侧的上游段122和处于节流平面121的下游侧的下游段123。优选地，所述上游段122和所述下游段123各自与节流平面121的夹角均为钝角。更优选地，所述上游段122和所述下游段123各自与节流平面121相交处的棱边都被倒圆。由此，通过管道110的流体平滑地顺次流经上游段122、节流平面121和下游段123。这样，流体在流量计内部不会产生剧烈的涡流和震动，由此避免了因涡流产生的磨损。

参见图3，其示出了根据本发明的第二实施方式的悬堤流量计200的侧视图和剖视图。所述悬堤流量计200包括管道210、悬堤形节流部220，以及两个测量管。

从剖视图中可以看出，在该实施方式中，悬堤形节流部220包括处于节流平面221的上游侧的上游段222和处于节流平面221的下游侧的下游段223。其中，下游段223由两个子下游段223a、223b组成。所述上游段122和所述下游段123各自与节流平面121的夹角均为钝角。并且所述两个子下游段223a、223b之间的夹角也为钝角。优选地，所述两个子下游段223a、223b相交处的棱边被倒圆。

在该实施方式中，管道210包括通道211、入口212和出口213。流体从入口212进入通道211，并且从出口213流出通道211。

根据本发明的悬堤流量计一般要求在上游设置1倍测量管径的直管段，下游不要求直管段，因此其整体安装空间大大小于楔形流量计的安装空间。优选地，根据本发明的悬堤流量计在上游设置2～4倍测量管径的直管段。例如参见图3，在该实施方式中，从管道210的入口212至悬堤形节流部220的上游段222的上游端之间的距离为通道211的直径的大约2.5倍。从管道210的出口213至悬堤形节流部220的下游段223的下游端之间的距离则可以设置得很小，甚至为零。

根据本发明的悬堤流量计的管道可以是矩形管道，也可以是圆形管道。例如参见图3中的侧视图，在该实施方式中，管道210的通道211的横截面呈矩形。

该实施方式中的悬堤流量计的主要技术参数如下：

口径：          2”x1.5”～16”x16”

压力等级：      150#～600#

工作温度：      －180℃～800℃

参见图4，其示出了根据本发明的第三实施方式的悬堤流量计300的侧视图和剖视图。所述悬堤流量计300包括管道310、悬堤形节流部320，以及两个测量管。悬堤流量计300与第二实施方式中的悬堤流量计200具有类似的结构，其不同之处在于，悬堤流量计300的管道310的通道311的横截面呈圆形。

在以上所述的第二和三实施方式中，悬堤形节流部220、320通过镶嵌焊接的形式或借助于紧固件被固定在管道210、310内。

该实施方式中的悬堤流量计可承受较高的内压，其主要技术参数如下：

口径：          2”～24”

压力等级：      150#～2500#

工作温度：      －180℃～650℃

本发明的第四实施方式提供了一种高精度大量程比一体化的悬堤流量计(未示出)，这种流量计可用于多晶硅生产中注氢气的精密测量，也可以用于测量清洁液体、气体和蒸汽流量。

该实施方式中的悬堤流量计的主要技术参数如下：

根据本发明的另一个实施方式的大量程比悬堤流量计带温度压力补偿，流量测量不受温度压力波动的影响，可以直接输出质量流量信号，其主要技术参数如下：

根据本发明的另一个实施方式的悬堤流量计用于煤化工煤气化工段含煤粉流体流量测量，其主要技术参数如下：

根据本发明的另一个实施方式的悬堤流量计用于黑水和灰水流量测量，其主要技术参数如下：

其中8”的流量计要求三对取压口，安装三台变送器用于流量控制、报警和安全联锁。

流量计测量精度：  ±0.5％

本体和法兰材质：  碳钢

节流块材质：      316L、超音速喷涂碳化钨

根据本发明的另一个实施方式的悬堤流量计用于煤裂解气化工程，其主要技术参数如下：

其中16”的流量计要求三对取压口，安装三台变送器用于流量控制、报警和安全联锁。

流量计测量精度：  ±0.5％

本体和法兰材质：  316L

节流块材质：       316L、喷涂碳化钨

根据本发明的悬堤流量计的悬堤形节流部可以采用硬质合金、堆焊硬质合金或喷镀碳化钨制成，可有效防止流体冲刷产生的磨损。

根据本发明的悬堤流量计可用于测量气体、蒸汽和液体(包括油浆、高粘度液体)以及高磨擦性(含固体颗粒的)流体和腐蚀性流体，是一种高精度高可靠性流量测量设备、这种发明使得差压式流量测量技术的使用范围更广，适用性更强。优选地，根据本发明的悬堤流量计例如适用于多晶硅生产、煤化工煤气化工段含煤粉流体流量测量、煤裂解气化工程等等。

悬堤流量计是一种产生差压信号的节流部件，根据流体力学方程，流体流过节流部时，流体流速加快，动能增加，压头降低，这部分降低的压头(入口与喉部的压力差)。根据流体力学方程，与流速的平方成正比，捡测出这种差压，即可测量流体的流量。

流体流过节流块后，就会产生能量损失，这种能量损失主要体现在经过节流块后的压力恢复不到流量计的入口压力，这种能量损失叫做压头损失。我们希望压头损失越少越好，悬堤流量计吸收了文丘里压力恢复段的结构特点，从而大大减少了压头损失。

采用流线型光滑硬质合金节流通道，加上适当长度的喉管和恢复段的整流作用，极大地降低了流体对棱角和管道的涡流冲击磨损，延长了流量计的使用寿命。

根据本发明的悬堤流量计弥补了楔形流量计和文丘里流量计的缺点，具有楔形流量计和文丘里流量的全部优点，是一种新型的产生差压测量流量仪表。总的来说，根据本发明的悬堤流量计至少具有以下所述的优点。

1.测量精度高，重复性好；制造测量精度±0.5％，标定可达到±0.25％(或更好)。

2.压头损失小，压头损失是测量压差的10％～25％；仅为质量流量计的2％～10％。

3.适用于高粘度液体，含固体颗粒的气体或液体的流量测量。

雷诺数：用于清洁介质Re≥6000

           用于粘稠介质Re≥500

4.耐磨损，使用寿命长。根据本发明的悬堤流量计的使用寿命是楔形流量计的5倍以上。

根据本发明的悬堤流量计较好的解决了冲蚀磨损问题，措施如下：

(1)悬堤形节流部没有楔型节流块那样的尖锐棱角，悬堤形节流部的节流线沿流体的流向来看是一个加工非常光滑的钝角(优选是钝角圆弧线)，这就大大减小了磨损。类似于测量高速流体流量时采用流量喷嘴一样，喷嘴采用非常光滑的圆弧节流口，从而使得它具有耐高速流体冲刷的作用，而标准孔板用于该工况会很块冲刷掉节流锐角而减低测量精度。再加上采用硬质合金的节流件、堆焊硬质合金或喷镀碳化钨，根据本发明的悬堤流量计可有效防止流体冲刷产生的磨损。

(2)悬堤流量计采用流线型节流通道，具有一个适当长度的喉管。该喉管起到整流的作用，有效地平拟了流体的波动。再加上后部的压力恢复段，延续了这种流线型流道，在流出口和整个流量计内部不会产生剧烈的涡流和震动，避免了因涡流产生的磨损。

(3)加上节流部位喷镀碳化钨或其他硬质合金，延长了耐磨损寿命。

5.需要的直管段小。根据本发明的悬堤流量计最小只要求在上游设置1倍测量管径的直管段，下游则不要求，整体安装空间大大小于楔形流量计的安装空间。

6.测量范围宽。根据本发明的悬堤流量计的量程比(最大可测流量与最小可测流量比)大，一般可达到量程比30:1，需要时可制造达到200:1。

以上已经参考实施方式对本发明进行了描述，但需要指出的是，以上所述的实施方式均是示例性的，而不是限制性的。在以上所述的实施方式中描述的各个技术特征在不互相抵触的情况下可以任意地在不同的实施方式中结合和使用。并且本领域技术人员可以认识到，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以作出多种变化，这些变化都应被涵盖在本发明的范围之内。

Claims (9)

1.一种悬堤流量计，所述悬堤流量计包括：

管道，待测量的流体通过所述管道流动；

悬堤形节流部，所述悬堤形节流部具有平坦的节流平面，所述节流平面与所述管道的轴向大致平行，并且所述节流平面设有开口；

第一测量管，所述第一测量管延伸穿过所述管道从而与所述管道流体连通；以及

第二测量管，所述第二测量管延伸穿过所述悬堤形节流部直到所述节流平面，并且通过所述节流平面上的所述开口与所述管道流体连通。

2.根据权利要求1所述的悬堤流量计，其中所述悬堤形节流部包括处于所述节流平面的上游侧的上游段和处于所述节流平面的下游侧的下游段，并且其中所述上游段和所述下游段与所述节流平面的夹角均为钝角。

3.根据权利要求1或2所述的悬堤流量计，其中所述上游段和所述下游段与所述节流平面相交处的棱边被倒圆。

4.根据权利要求1或2所述的悬堤流量计，其中所述上游段的上游端与所述管道的入口之间的距离为所述管道的一倍以上。

5.根据权利要求1或2所述的悬堤流量计，其中所述下游段的下游端靠近所述管道的出口。

6.根据权利要求1或2所述的悬堤流量计，其中所述悬堤形节流部通过镶嵌焊接的形式或借助于紧固件被固定在所述管道内。

7.根据权利要求1或2所述的悬堤流量计，其中所述悬堤形节流部采用硬质合金或喷镀碳化钨制成。

8.根据权利要求7所述的悬堤流量计，其中所述硬质合金是堆焊硬质合金。

9.根据权利要求1或2所述的悬堤流量计，其中所述管道的横截面呈圆形或方形。