科学、全面地评估内锥流量计

　　近两年，在不少专业期刊上都可看到呼吁“从节能降耗要求看推广应用内锥流量计的必要性”的文章（以下简称该文）。内锥流量计作为一种新型的节流装置，确有一些如要求直管段较短、抗脏污等优点，但它是否为一种理想的节能仪表，是否是实现监测节能降耗唯一、最佳的选择而亟待大力推广，业内不少专业人士看法不一。笔者认为，从准确度和永久压损两个方面来讲内锥流量计并非为理想的节能降耗监测仪表。
　　

节能监测流量仪表的要求
　　当前，节能减排已是我国经济建设的重中之重，用仪表进行科学评估是行之有效的方法，流量仪表在其中占有重要的地位，它应具有以下两个基本条件：
　　■   准确度较高
　　用于监测节能降耗的流量仪表应具有一定的准确度，否则就难以用数据明确地说明节能效果，也无法进一步采取节能措施。因此，国标GB17167对流量仪表的准确度都有明确规定，一般为1～2.5级。
　　■  永久压损不宜过大
　　流量仪表在此是监测节能降耗的，但它本身不仅不能节能，还须消耗能量，其压损大小与仪表的结构有关，在此特定情况下，应首先选择那些压损不大的仪表。　　
　　内锥流量计发展过热
　　内锥

　　表1所示的数据表明，当口径较小时（小于150mm），由于内锥的加工、安装比较精确，流出系数的离散性约为1.5%；而当口径为600mm～800mm时，由于加工、安装较差，流出系数离散性将达到5%左右。
　　这里还要强调：该公司所标定的内锥流量计βv为0.43～0.6，有利于减小离散性，如大于0.85，离散性还将加大。流出系数的离散性还不是仪表的准确度，准确度还应包括校验装置的流量不确定度。
　　■  内锥流量计的压损。
　　由于通道在内锥后突然扩大，流体将在内锥后产生大量的漩涡，这是一个不可逆的非等熵过程，动能不可能无损地转变为位能，压损大是必然的。
　　a.内锥与孔板的压损相差无几，内锥流量计永久压损的计算公式为：
　　△Pe /△P=（1.3-1.25 βv ）
　　式中：
　　P e— 永久压损；
　　△P — 输出压差；
　　βv — 直径比。
　　根据不同的βv值，计算孔板、内锥两种流量计的DPe /DP比值，列于表2，绘于图1。
 
 

图1  各种节流装置β值与永久压损的关系
　　从表2及图1可见，内锥的压损比孔板小，而大于喷嘴，特别是当bv 值小于0.55时，相当于孔板的90%，而不是如该文所说的1/4。
　　b.管径较大时，压损才应引起足够的重视。我们对不同口径的三种差压计量计（内
锥、孔板、均速管）因永久压损而带来的年运行费进行了计算。结果表明：在口径较小时（小于150mm）年运行费相差并不大，当管径增加1倍，年运行费增加4倍，呈几何级数增长，因此只有当管径较大时，压损所造成的经济损失才应引起足够的重视，更不宜以此排斥其它压损较大的流量仪表（如孔板、容积、科氏等）在口径较小时选用。　
　　技术特点相互制约
　　内锥流量计的一些技术参数是相互关联、相互制约的，不可能同时都处于最佳状态，如：
　　■  要在直管段较短的情况下取得较高准确度，就应选用较小的βv 值（0.45～0.6），而在此βv下，永久压损即相当于孔板的88%～96%，失去了压损小的特性。
　　■  如该文所建议取βv 值为0.8以上，内锥的压损可下降为孔板的58.5%，约一半；而这样选用的结果是降低了整流效果，失去了在直管段不长情况下仍能维持较高准确度的特点。
　　综上所述，对于能源监测流量仪表的两个基本条件：较高的准确度和较低的压力损失，内锥流量计顾此失彼，难以兼顾，这是不能随意忽视的客观事实。因此，它不是能源监测最理想的流量仪表，更谈不上“从节能降耗看亟待推广应用内锥式流量计的必

图2  两种环形通道流量计原理图
　　改进产品
　　根据上述内锥流量计存在的不足，已提出相应的改进，如梭式流量计（图2）。该产品在内锥后附加了后锥体，使动能得以顺畅地转换为位能，减小了压损；其次，梭体通过三个中空、流线型支杆固定在管内壁上，力学结构稳固。当直管段不足时，支杆还可起均速管的作用，迎流体有几个总压孔，用以测环形通道中的流速分布，以弥补因流速分布不均所引起的误差。梭式流量计已于2005年10月由我国专利局授权，是我国具有独立知识产权的产品。
　　该仪表近期已进行初步测试，样机内径100mm，βv=0.64。测试表明：流出系数误差小于±0.5%，量程比10:1，重复性约0.1%，压力损失△Pe/△P=0.205，仅相当于内锥在相同情况下的1/3。
　　无法完全取代传统流量仪表
　　1. 目前尚不存在十分完善的流量仪表。由于影响流量仪表的因素较多，现场条件也千变万化，因而流量仪表原理有十余种，类型有200多个。犹如各种不同的药品可治疗不同的疾病一样，目前还没有哪一种流量仪表完善到足以取代其它流量仪表。虽然市场的发展趋势有利于新型流量仪表（超声、电磁、科氏）的发展，但由于传统流量仪表（经典节流装置、容积、转子等）安装基数很大，替代更新并非一朝一夕，而将是一个漫长的过程，内锥流量计亦然。
　　2. 评价应实事求是。内锥流量计的优点应肯定，不足之处也不能回避。在与其它仪表进行性能比较时应采取同一标准。如对比内锥与孔板永久压损时，为什么孔板的βv值取0.5～0.6，而内锥只取0.85，即使这样，也得不到内锥压损仅为孔板的1/4的结论。
　　内锥流量计实际应用的βv值，一般推荐为0.45～0.7，很少采用0.85，这样才具有一定的整流效果，现就以该文所举的两个成功应用范例来说明：
　　① 国外用于瑞典SSAB的内锥流量计βv为0.44；
　　② 用于国内云南曲靖的bv为0.504，都不是0.85。
　　推广应用的前提是标准化
　　目前，内锥流量计由于过热的宣传，生产厂家不少于百家，都是照搬国外技术，更未积累在各种应用条件下的实验数据。反观呼吁要被取代的经典节流装置，不仅经过近百年的应用、考验，积累了各种条件下数以万计的实验数据，在此基础上制定了相应的国际标准ISO5167（国标GB/T 2624与其等同），在应用中，特别是在产生贸易纠纷时也有法可依、有章可循。
　　在软实力上，内锥流量计与经典节流装置存在较大的差距。内锥流量计虽有一些无可争议的优点，但要取代一种应用近百年、唯一可以干标、在市场仍占有较大份额的孔板，不能只靠宣传，而是要做大量脚踏实地的技术工作，完成标准化才有可能。
　　用实验数据进行科学评估
　　内锥流量计近年来已呈现过热的现象，也引起不少争议，孰是孰非，各执一词。最公正的办法就是用实验数据进行科学评估。既要肯定优点，也要看的不足。欣悉某行业协会已将此列入今年计划，虽然不可能期望做点
实验就可制订标准，立即大力推广。但至少对一些争议会有一个公正的评定，如：用实验数据来验证本文提出的内锥压损计算公式；是否在任何情况下前直管段仅需0～3D仍可保证±0.5％的精确度。它将有助我国工程界正确、合理地选用内锥流量计。
　　近几年国内不少单位对内锥流量计进行了实流测试，测试表明：如需维持±0.5％的精确度，在阻力件为90°弯头情况下，而内锥的bv=0.5～0.6，前直管段L长度应为3～5D（D管内径）；如bv=0.85，L应大于10D。如阻力件为阀门，在开度为25%时，L应大于10D。这些测试数据都不认同L仅需0～3D的说法。