在冶金工業(yè)生產(chǎn)中，進(jìn)行流量測(cè)量時(shí)，被測(cè)介質(zhì)含有雜質(zhì)是很常見的，由于雜質(zhì)流速低于主體流速而靠近管壁流動(dòng)，若使用標(biāo)準(zhǔn)孔板測(cè)量其流量，當(dāng)流體流過(guò)測(cè)量管時(shí)，雜質(zhì)有可能粘附在流量管和孔板上，不但影響了流體通過(guò)孔板時(shí)的流速分布，在很大程度上影響了測(cè)量精度，而且堵塞處于滯留區(qū)的取壓孔，影響正常工作。
根據(jù)資料介紹，煤氣管道中的孔板表面上積垢每月約為0.5～0.62mm，主要雜質(zhì)為萘及焦油。另外，由于企業(yè)生產(chǎn)周期長(zhǎng)，工作又是連續(xù)的，生產(chǎn)一時(shí)停不下來(lái)，孔板的清掃工作常常無(wú)法進(jìn)行，因此，被堵孔板的介質(zhì)流量有時(shí)也只能憑以往經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行估計(jì)，長(zhǎng)期以去，對(duì)生產(chǎn)、對(duì)計(jì)量管理工作均無(wú)益處。
本文介紹幾種含雜質(zhì)流體的流量測(cè)量方案，供自動(dòng)化儀表設(shè)計(jì)及維護(hù)人員參考。

2 各種測(cè)量方案的分析、應(yīng)用
2.1 采用插入式文丘里管
插入式文丘里管系插入式節(jié)流元件，它基于伯努利方程、連續(xù)性原理及速度分布原理設(shè)計(jì)而成。當(dāng)流體流經(jīng)管道時(shí)，通過(guò)插入在管道軸線部位的文丘里管，其圓錐形收縮段和喉部圓管，使流束形成局部收縮，導(dǎo)致流速增大，在節(jié)流前后產(chǎn)生壓力差，經(jīng)取壓管傳輸給差壓儀表，在圓管內(nèi)的流體介質(zhì)當(dāng)其處于充分紊流的條件下具有良好的軸對(duì)稱流速分布時(shí)，根據(jù)速度分布原理和流場(chǎng)分布特性，由文丘里管測(cè)得的管道內(nèi)中心流速推算出整個(gè)管道截面流量。
它適用于測(cè)量封閉管道中的單相穩(wěn)定流體（氣體、煙塵）的體積流量，與別的差壓式流量計(jì)相比：直管段要求較低，壓力損失小，可靠性高，幾乎不用維護(hù)且適用范圍寬，便于安裝。
例如：邯鋼900m3高爐煤氣清洗系統(tǒng)的脫水器后高爐煤氣流量檢測(cè)（其工藝參數(shù)見表1），該被測(cè)介質(zhì)既含水又含塵，對(duì)此，我在設(shè)計(jì)中選用了開封儀表廠生產(chǎn)的插入式文丘里管配上海自動(dòng)化儀表一廠的1151DP-型差壓變送器，1996年7月投產(chǎn)至今使用良好，末出現(xiàn)過(guò)檢測(cè)元件被堵現(xiàn)象。武鋼三煉鋼廠及湘鋼煉鐵廠，在大口徑煤氣計(jì)量中也采用了插入式文丘里管，取得了令人滿意的使用效果?？梢?，插入式文丘里管特別適用于大口徑（DN≥1000mm）低壓（≤0.6MPa）輸送管含塵氣體的計(jì)量。
2.2 采用低壓損流量管
對(duì)于一些大管徑低壓力的管路需要測(cè)量其流量時(shí)，人們往往習(xí)慣于選用經(jīng)典文丘里管，但它有2個(gè)不容忽視的缺點(diǎn)：
（1）經(jīng)典文丘里管尺寸過(guò)于龐大，特別是大管徑時(shí)，管的軸向尺寸約為管內(nèi)經(jīng)的5倍，給運(yùn)輸、安裝造成很大困難。在某些現(xiàn)場(chǎng)，由于管路較短，以至不可能采用經(jīng)典文丘里管。
（2）經(jīng)典文丘里管取壓口處測(cè)得的凈壓力差較小，經(jīng)常不得不用微差壓變送器測(cè)量，該表價(jià)格高，穩(wěn)定性和精確度都不好。
由于流量與差壓的平方根成正比，在流量偏小處，很微小的差壓處于不穩(wěn)定和相對(duì)誤差大的狀態(tài)，以至使流量的測(cè)量誤差更大，在某些情況下甚至達(dá)到無(wú)法接受的程度。

表1 

     選用低壓損流量管，它與經(jīng)典文丘里管相對(duì)具有以下優(yōu)點(diǎn)：
（1）結(jié)構(gòu)尺寸較為緊湊，管的軸向尺寸約為管內(nèi)徑的2倍，運(yùn)輸、安裝較為方便。
（2）相同流量下在取壓口處測(cè)得的凈壓力差較大，便于選用精確度和穩(wěn)定性都較好的差壓變送器。
（3）凈壓力差相同時(shí)壓力損失較小，僅為壓力差的5%左右，而經(jīng)典文丘里管為壓力損失差的11%左右，因而有明顯的節(jié)能效果，可以用于管道壓力較低的場(chǎng)合。
它適用的管道公稱通徑為150～3000mm，適用的流體介質(zhì)為空氣、天然氣、煤氣等壓力損失較小的流量測(cè)量。
在邯鋼2000m3高爐工程設(shè)計(jì)中，煤氣清洗系統(tǒng)采用了2個(gè)低壓損流量管用于高爐煤氣流量檢測(cè)，其中一個(gè)主要工藝參數(shù)為：工作表壓力0.135MPa，管徑φ1420×8，允許壓力損失400Pa；另一個(gè)工作表壓力為0.01MPa，管徑為φ1620×10，允許壓力損失400Pa。在其集中制粉站項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，由于工作表壓力為8kPa，而要求高爐煤氣壓力損失僅為50～100Pa，因而采用了低壓損流量管測(cè)量高爐煤氣流量。

2.3 采用偏心孔板或圓缺孔板（弦月孔板）
偏心孔板和圓缺孔板均屬于非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流件，目前進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)流量測(cè)量所用的節(jié)流體在多是標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流件。標(biāo)準(zhǔn)孔板由于孔板與管軸同心，對(duì)流動(dòng)有相同的節(jié)流效果，這對(duì)測(cè)量均勻流體沒(méi)什么問(wèn)題，但對(duì)濕蒸汽、發(fā)生爐煤氣、含水油類、含固體顆粒的氣體及夾帶空氣的液體等，經(jīng)過(guò)節(jié)流件時(shí)產(chǎn)生分離，沉淀在上游側(cè)，從而改變了管道截面，影響了測(cè)量精度，嚴(yán)重的還會(huì)堵塞孔板，使得測(cè)量工作根本無(wú)法進(jìn)行。
偏心孔板和圓缺孔板就是為了防止上述情況而設(shè)計(jì)研究的，許多研究和實(shí)驗(yàn)均已表明偏心孔板和圓缺孔板用于水平管道時(shí)都有利于減輕和避免在孔板附近積聚雜質(zhì)的特性，特別適用于測(cè)量濕蒸汽、發(fā)生爐煤氣、含水、油、固體顆粒的氣體等，偏心孔板適用的管道公稱通徑為100～1000mm，而圓缺孔板適用的管道公稱通徑為150～350mm。邯鋼焦化分廠已有用圓缺孔板檢測(cè)焦?fàn)t煤氣流量的工程實(shí)例。

2.4 采用渦街流量計(jì)
渦街流量計(jì)系利用流體繞流非流線形物體時(shí)產(chǎn)生卡門渦街這一流體振動(dòng)現(xiàn)象制成的流量計(jì)。這種流量計(jì)給出只與流速成正比的脈沖頻率信號(hào)，而與流體的溫度、壓力、成分、粘度以及密度等均無(wú)關(guān)系，適用于氣體、蒸汽、液體，具有測(cè)量精度高、壓力損失小、量程范圍寬、通用性好的特點(diǎn)，但渦街流量計(jì)對(duì)流體流向穩(wěn)定性有較高要求，且上下游應(yīng)按要求加配置直管段。
例如：邯鋼第三軌鋼分廠加熱爐使用高爐煤氣，管道口徑為φ800mm，原先采用孔板流量計(jì)，高爐煤氣壓力一般為5kPa左右，經(jīng)孔板壓力損失太大，有時(shí)會(huì)影響生產(chǎn)，后來(lái)決定采用插入式渦街流量計(jì)，經(jīng)使用效果很好，再也沒(méi)有因壓力損失大而影響生產(chǎn)的現(xiàn)象。另外，高爐煤氣含雜質(zhì)較多，儀表在使用一段時(shí)間后，其發(fā)生體上附有瓦斯灰，但插入式渦街流量計(jì)可在不斷流的情況下清洗，并且效果很好，使用方便。

2.5 采用熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)
不規(guī)則的流體分布降低了大多數(shù)流量測(cè)量系統(tǒng)的有效性，插入式熱氣體質(zhì)量流量計(jì)的探頭有兩個(gè)傳感器，一個(gè)是速度傳感器，一個(gè)是用來(lái)自動(dòng)補(bǔ)償氣體溫度變化的溫度傳感器。這兩個(gè)傳感器都是基準(zhǔn)的鉑電阻溫度檢測(cè)器，具有無(wú)與倫比的穩(wěn)定性和可重復(fù)性，其具有技術(shù)的電路將速度傳感器加熱到環(huán)境溫度以上一個(gè)恒定的溫差，然后測(cè)量氣流的冷卻效果，高水平電壓輸出提供了非常好的敏感性和可重復(fù)性，可用加熱的傳感器直接測(cè)量氣體質(zhì)量速度V，因而總的質(zhì)量流量速度M可用插入式質(zhì)量流量計(jì)測(cè)得的氣體質(zhì)量速度V乘以截面積A來(lái)得到，即M=V×A。
熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)具有一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，由于其對(duì)顆粒浮著不敏感，因而可用于各種氣體，包括天然氣、煤氣及煙道氣質(zhì)量流量監(jiān)測(cè)，特別適用于大管徑低流速的特殊工況，無(wú)需溫壓補(bǔ)償。其特點(diǎn)是：性能可靠、結(jié)構(gòu)牢固、壓損小、響應(yīng)快、靈敏度高、量程比寬、無(wú)可動(dòng)部件、安裝方便且無(wú)需調(diào)試。
自1997年開始，邯鋼28m2燒結(jié)機(jī)工程40 m2電除塵除塵器出口直徑為2000mm的管道上選用熱氣體質(zhì)量流量計(jì)測(cè)量除塵器出口煙氣流量以來(lái)，邯鋼已有近十臺(tái)的應(yīng)用實(shí)例，使用效果良好，免維護(hù)，具有佳性能價(jià)格比。

3 結(jié)束語(yǔ)
綜上所述，流量?jī)x表在冶金工業(yè)中扮演著十分重要的角色，本文提供了幾個(gè)切實(shí)可行的測(cè)量含雜質(zhì)流體介質(zhì)的方案，各有其特點(diǎn)，在實(shí)際工作中，應(yīng)具體問(wèn)題具體分析，以選擇適合的測(cè)量方法。