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摘要：文章指出了弯管流量计在安装中存在的一些问题，剖析了这些问题带来的不良后果，并提出了解决问题的方法。
　　关键词：弯管流量计安装方法

　　1、前言：
　　在众多的流量仪表中，弯管流量计是一种新型仪表，由于其具有结构简单、无附加压力损失、无可动部件、耐磨损、耐腐蚀、一次元件长期运行稳定、免维护、重复性精度高等优点，国内、外学者早在1910年就展开研究工作，但作为产品正式出现是二十世纪九十年代初的事情，是在范玉文教授和李志教授研究工作的基础上相继推出的，并通过了国家的定型鉴定。经过近十几年的历程，弯管流量计从实验研究和理论研究均取得了重大突破，系统精度达到了1.0级（实流标定可以达到0.5级），并已大批量生产，目前，产品已在十几种流体介质上成功应用5000余台套，地缘上覆盖了全国26个省区。
　　弯管流量计是一种差压式流量计，针对于工业常用流体，其产生的差压值介于100Pa~60KPa之间，比孔板流量计产生的差压值要小，一些安装中的不正确，均会给测量带来较大的误差，总结过去的十几年经验，本文指出弯管流量计在安装中常出现的错误，并进行分析，给出了正确的安装方法，供广大计量工作者参考。
　　2、弯管流量计原理：
　　流体流经弯管时，由于弯曲管壁的导流作用，其内侧流速会逐渐增大，外侧流速会逐渐减小，形成了各个过流断面的梯形速度分布规律，且在弯管45°截面处达到最大。流速的变化，就形成了弯管的内外侧压差△P。流体平均速度与压差△P符合平方比例关系，流量愈大，差压愈大。
　　当弯管传感器的几何结构尺寸确定之后，只要测取弯管45°截面的内、外侧压差△P和流体的密度ρ就可以确定流体的平均流速。然后计算工况流量和标况流量。
　　数学表达式：

　　式中：：流体流速（m/s）；α(R·D)：流量系数（无量纲）； △P：45°截面外侧、内测压差（pa）； D：弯管内径（m）； R：弯管曲率半径（m）；ρ：流体密度（kg/m3）
　　3、弯管流量计的系统组成及说明
　　3.1、系统组成
　　如图2所示，气体弯管流量计由10个部分组成（测量蒸汽还需要盘式冷凝器）。传感器由数控机床精密加工而成，是核心部件。
　　3.2、系统说明

　　3.2.1、弯管传感器：是机加工而成几何精度很高的90°弯头。它是弯管流量计的核心部件。弯管传感器的内径D、曲率半径R、弧长L决定了弯管传感器的几何结构尺寸。采用数控机床加工的弯管传感器，各项几何结构尺寸均可以高精度的保证，流量计的准确度等级也提高到1.0级，这为弯管流量计的批量投产、几何检定（干校）提供了坚实的基础。
　　弯管传感器的安装方式可以分为：水平转水平、水平转垂直向下或垂直向上转水平、垂直向下转水平或水平转垂直向上、垂直直管、水平直管和自由状态等6种空间状态（水平和垂直直管采用V型传感器），正确的安装均可以保证精度。
　　3.2.2、二次仪表：专用于弯管流量计计量，除具有完善的温度和压力的测量和密度在线补偿功能外，还具有弯管传感器的热态管径和不同安装空间状态差压修正，流量系数根据管径变化的在线计算等功能。
　　4、弯管流量计安装中注意的几个问题
　　4.1、确保前5D后2D的直管段
　　为了保证测量精度，对于任何一种流量计，当流体流入传感器前需要一个稳定均匀的流场，通过一定长度的直管段的整流作用可以获取该流场，例如孔板流量计一般需要前10D后5D的直管段（在阻力件较复杂的情况下需要更长的长度）。
　　对于弯管流量计，应用计算流体力学方法可以获取弯管等压线分布示意图（图3），由图中可以看到弯管流量计的压力分布基本是以弯管45°截面为中心对称分布，并且在弯管前后2D，就已形成内外侧等压线分布，在实际应用中考虑干扰件的影响，弯管流量计前直管段长度应大于5D，后直管段长度应大于2D长度。这一结论在大量的试验和现场应用中得到了进一步的验证。

　　在本体90°弯管传感器前后不加装任何直管段派生而出的其他类型传感器，是有待进一步理论分析和大量实流验证的，用户要谨慎选用。
　　4.2、原有管道弯头打孔取压不可以取代弯管传感器
　　在弯管流量计原理介绍中，已经提到了弯管传感器几何尺寸决定了流量系数α(R·D)，只有确定了流量系数α，才能够从弯管传感器外、内侧的压力差推导出流体的流量，也就是说弯管传感器的加工精度是弯管流量计精度的根本保证。
　　国内、外学者几十年的研究经验表明，由于当时不具有精密机床加工或推制加工技术，因此对于低精度加工的弯管流量计，最终得出了精度低（大于4%的误差），离散性大，但重现性精度极高（高于0.2%）的结论是事出有因的。
　　以河北理工学院李志教授为首的研究队伍从1988年展开了弯管流量计的研究工作，总结过去十几年研究历程可以看到，弯管流量计精度的提高是伴随的弯管传感器的加工精度的提高而提高的。可以分三个阶段：1、采用精选的普通推制弯头作为弯管传感器，系统精度达到2.5%，事实上，市场上很难找到满足几何尺寸要求的弯头；2、采用不同口径的一系列专用弯头推制胎具加工弯管传感器，系统精度达到1.5%，但受到推制加工工艺的制约，合格率较低，且一只推制胎具生产一定数量后即磨损变形，精度有待提高；3、精密数控机床加工的弯管传感器，制造精度有了可靠的保证，系统精度达到1.0%，实流标定可以达到0.5%，从而有效的保证了弯管流量计的系统精度。
　　通过对这个研究过程分析，可以清楚的看到，原有管道弯头打孔取压是不可以用做弯管传感器，其误差是不可估量的，不仅不可以用作贸易结算，也不可以作为生产控制使用，会给生产作出错误的指导，造成产品不合格或大量的能源浪费。甚至给弯管流量计的推广带来负面影响。
　　4.3、在含水量较高的气体测量中，避免水进入导压系统，造成系统无法测量。
　　众所周知，在压缩空气和采用水除尘的高、焦炉煤气等很多气体流体中均含有大量的水份，基本是处于饱和状态，有的在管道的下方形成水层，如采用图4所示的常规安装方式，水会流入弯管传感器内侧取压口，进入导压系统，外侧也会有少量的凝结水进入，正负压侧进水量不等，给差压的测量带来不可确定的附加误差，造成无法计量。

　　采用图5安装方式，弯管传感器的两侧取压体均向上倾斜，并向上引导压管，连接差压变送器，即避免了管道中的水进入导压系统，又可以使导压系统中凝结的水顺利流回管道中，不会影响计量。

　　如果考虑差压变送器维护的方便等原因，要求差压变送器必须装在管道下方，可采用图6的安装方法，取压体及导压管先向上，避免大量的水流入导压系统，再向下，并在导压系统的最低点加装集液罐，使得导压系统凝结的水流入集液罐中，定期排水，可以保证正常计量。
　　4.4、在含气量较高的液体测量中，避免气体进入导压系统，造成系统无法测量。
在水介质的计量中，经常会遇到水中含有大量气泡，如采用图4所示安装方式，长期正压侧可能汇集一段气柱，小流量测量时，会产生负的压力差，不显示流量；大流量测量时，流量测量值明显低于实际值；采用图7的安装方式，可以避免气体进入导压系统，同时导压系统中的气泡也会析出，顺利进入主管道中，保证系统正常计量。

　　4.5、差压变送器的安装原则是即要便于液体测量的排气，又要防止气体测量中水进入差压变送器膜合腔中
由于弯管流量计是一种低差压流量计，如果在液体测量中出现差压变送器膜合腔内集气或气体测量中差压变送器膜合腔内集水，会给计量带来误差，在小流量测量中影响尤为突出。建议采用图7安装方式：
　　蒸汽和液体测量中，随着排气螺钉的打开，气体自然上升，很方便的彻底排净导压系统和膜合腔中的气体；在蒸汽测量系统中，导压系统经过排污后冷凝的水量是有限的，差压变送器不允许大量、高速排气（排量过大会造成膜合腔内进入高温蒸汽，造成差压变送器破损），采用上图安装方法，只要低速排气，冒出水即可；而常规水平安装，排气速度过慢，会造成排气不彻底。
　　在气体测量中，膜合腔和导压系统中气体析出的水，也会顺利的流回主管道中，不会造成差压变送器膜合腔内集水，影响测量。
　　4.6、在脏污介质的流量测量中，尽可能选用较大的取压孔及较大孔的取压体，延长堵塞时间。同时建议选用三通根阀，解决在线处理堵塞问题。
　　在测量煤气、污水等脏污介质的流量时，差压式流量计最大的缺点是取压系统的堵塞问题，弯管流量计取压孔的堵塞可以采用加大取压孔和取压体孔径（在保证测量精度的前提下）的方法，延长堵塞时间；同时选用三通根阀作为一次阀，解决在线处理堵塞问题，三通根阀安装时，一定要将丝盖的一端与取压体同轴，堵塞时，转动阀柄，打开丝盖，通开堵塞处，转动阀柄至原测量状态，拧紧丝盖，系统即可正常工作。
　　4.7、蒸汽测量中，选用盘式冷凝器，解决良好的液位平衡问题。
　　蒸汽流量测量中，导压系统用于导压的介质为水，常温水的密度为998kg/m3(20℃时)，1mm水柱产生的压力约为9.8 Pa，如采用传统的冷凝罐作为液位平衡器，管道中温度压力的突变会打破冷凝罐中的平衡状态，造成液位波动，对于孔板流量计（产生的压力差约为10-100KPa）影响很小，但对于弯管流量计在小流量测量中则可能产生较大的影响。
　　弯管流量计选用盘式冷凝器作为液位平衡器，安装时只要保证盘面水平，汽、液分界面在同一水平面前后移动，液位高度始终处于同一水平面，起到了良好的液位平衡作用，经过上千台的现场应用，效果明显。
　　5、结束语：
　　十几年来，经过现场的“******实战”，解决了弯管流量计很多实际应用问题，为它的快速发展铺平了道路，这是与以李志教授为首的河北理工学院的全体研究人员付出的心血分不开的，也与王池、翟秀珍、段慧明、王志和、郑奇等流量界专家的大力支持分不开的。同时现场同志们的配合，更进一步推进了它的发展。感谢以上所有同仁，为弯管流量计的发展作出的贡献。

2006-02-17

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