楔形流量計(jì)在冶金企業(yè)的應(yīng)用

一 概述
楔形流量計(jì)屬差壓式流量計(jì)，自20 世紀(jì)70 年代后期我國引進(jìn)美國泰勒（Taylor）
公司的這種產(chǎn)品后，在化工企業(yè)的高黏度液體測量中使用效果令人滿意。美國一
家污水處理廠1987～1988 年共安裝15 臺楔形流量計(jì)測量污水流量，投運(yùn)后儀表
運(yùn)行正常。據(jù)國外相關(guān)報(bào)道：一臺管徑為76.2mm 的楔形流量計(jì)，其被測液體內(nèi)
含有19%～23%的固體，黏度達(dá)680mPa·s，雷諾數(shù)僅為12～17，在這樣的運(yùn)行
條件下，測量準(zhǔn)確度仍達(dá)到±2%，這是其他節(jié)流裝置根本達(dá)不到的。我國獨(dú)山子石化總廠煉油廠在蒸餾渣油、丙烷脫瀝青、酮苯脫臘裝置的原料流量檢測上
采用的孔板、電靶流量計(jì)使用效果一直不佳，換成楔形流量計(jì)測量后，效果很好。
二 測量原理
楔形流量計(jì)是根據(jù)伯努利公式，利用流體在流動(dòng)過程中遵守能量守恒定律，
即動(dòng)能和靜壓能之和不變，以流體通過起節(jié)流作用的圓缺楔形塊時(shí)產(chǎn)生壓差的原
理而進(jìn)行流量測量的。楔形流量孔板由兩塊平板（一般為不銹鋼）制成，這兩塊平
板在臨界角上焊接在一起，然后插入槽內(nèi)，差壓引出管在位于楔形片中心兩邊等
距離的地方。見圖1。
當(dāng)流體流經(jīng)V 形節(jié)流塊時(shí)，流通面積減少，流速增大，靜壓減小，從而產(chǎn)生
靜壓力差。由于壓差的平方根與流量成正比，測得壓差即可求得管道中的流量。
三 結(jié)構(gòu)及基本特點(diǎn)
1. 楔形流量計(jì)基本結(jié)構(gòu)
楔形流量計(jì)的構(gòu)造簡單，其結(jié)構(gòu)（見圖2）介于圓缺孔板、噴嘴和1/4 圓孔板之
間，在兼顧以上幾種形式流量計(jì)的優(yōu)點(diǎn)時(shí)，還兼具較好的適應(yīng)性。
2. 主要特點(diǎn)

（1）較臟污的流體易于通過，污物不易附著、積沉，提高了測量的準(zhǔn)確性，延
長了使用維護(hù)周期，適合于冶金、化工、環(huán)保等多種介質(zhì)測量。
（2）改善了對孔板入口尖銳度的要求，提高了測量準(zhǔn)確性。
（3）適用于高黏度介質(zhì)，應(yīng)用廣泛。
（4）量程比寬，通常可達(dá)10∶1 以上；測量準(zhǔn)確度較高，可達(dá)±（0.5～1）% FS。
（5）壓損比孔板小
本公司生產(chǎn)的楔形孔板，夾角一般為60°～90°。若夾角為0°，即成為圓
缺孔板。夾角越小，產(chǎn)生的靜壓差越大，同時(shí)壓損也相應(yīng)增大。由于楔形孔板呈
倒三角形，這種形狀有導(dǎo)流作用，流體流動(dòng)時(shí)能圓滑過渡。與孔板相比，楔形孔
板產(chǎn)生的壓損較小。圖3 為楔形孔板與銳孔板產(chǎn)生的壓力損失比較。
（6）楔形孔板具有圓缺孔板的優(yōu)點(diǎn)
當(dāng)流體中含有雜質(zhì)或固體時(shí)，容易從楔形孔板下部流過，不會沉積在孔板周
圍，即楔形孔板有自清洗作用。
（7）適用于低雷諾數(shù)RD 流量測量
標(biāo)準(zhǔn)孔板、文丘里管等不宜在低雷諾數(shù)下進(jìn)行測量。標(biāo)準(zhǔn)孔板的流量系數(shù)通
常在雷諾數(shù)4000 以上時(shí)趨于穩(wěn)定，在低雷諾數(shù)時(shí)，其流量系數(shù)會隨雷諾數(shù)的變化
而變。當(dāng)雷諾數(shù)小于1800 時(shí)，則流量與差壓之間會偏離基本的平方根關(guān)系，這顯
然會對測量準(zhǔn)確度造成很大影響。而楔形孔板是V 型節(jié)流元件，流量系數(shù)線性好，
具有噴嘴入口的曲線流暢、無滯流區(qū)的特點(diǎn)，雷諾數(shù)對其影響小。當(dāng)雷諾數(shù)小至
500 時(shí)，楔形流量計(jì)的準(zhǔn)確度和流量系數(shù)變化不大；雷諾數(shù)在400～10000 之間進(jìn)
行流量測量，誤差小于±3%，楔形孔板雷諾數(shù)與流量系數(shù)的曲線見圖4。
（8）安裝使用方便
與孔板相比，楔形流量計(jì)兩端用法蘭與工藝管道連接即可，安裝方便、日常
維護(hù)量小、運(yùn)行成本相對低廉。
四 楔形流量計(jì)的標(biāo)定
1. 楔形流量計(jì)為非標(biāo)儀表，出廠時(shí)每臺儀表必須經(jīng)過實(shí)流標(biāo)定
重鋼電子公司生產(chǎn)的楔形流量計(jì)采用標(biāo)準(zhǔn)表法，用水作介質(zhì)對每臺儀表進(jìn)行
標(biāo)定，所建立的水流量標(biāo)定裝置獲得了重慶市*頒發(fā)的“計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)
考核證書”及計(jì)量器具生產(chǎn)許可證，用戶使用后普遍反映良好。
楔形流量計(jì)在設(shè)計(jì)時(shí)選擇的流出系數(shù)由于很難準(zhǔn)確地測量楔形元件的流通面
積，找出等效孔徑，因而大多憑經(jīng)驗(yàn)先選擇流出系數(shù)，只有通過標(biāo)定才能計(jì)算出
實(shí)際的流出系數(shù)，確定該臺儀表的誤差，并對原設(shè)計(jì)的差壓進(jìn)行調(diào)整以達(dá)到儀表
準(zhǔn)確度等級的要求。
2. 標(biāo)定及數(shù)據(jù)處理

為保證儀表在使用范圍內(nèi)的準(zhǔn)確性，標(biāo)定點(diǎn)應(yīng)選擇在常用流量范圍內(nèi)，一般
選取流量測量上限的20%、40%、60%、80%、；每一標(biāo)定點(diǎn)按企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)
定，用計(jì)算機(jī)多次采樣后取平均值，再求出各標(biāo)定點(diǎn)的流出系數(shù)（C）平均值作為該
儀表的流出系數(shù)。其C 值計(jì)算公式如下：
?ε ? ? Δ ?ρ
? ?
=
m D P
C qv m
2
2
0.00399
1
重鋼電子公司生產(chǎn)的數(shù)十臺楔形流量計(jì)，經(jīng)標(biāo)定后對流出系數(shù)的分析，各種
規(guī)格楔形孔板（管徑25～300mm、量程比為10：1）的流出系數(shù)十分穩(wěn)定，測量誤
差均小于±1%。八成左右的儀表顯示流量與標(biāo)準(zhǔn)電磁流量計(jì)（經(jīng)華東國家計(jì)量測試
中心、上海市計(jì)量測試技術(shù)研究院給出的校準(zhǔn)證書標(biāo)明，其zui大示值誤差為
-0.10%、-0.12%）之差均在±0.5%以內(nèi)。
楔形流量計(jì)標(biāo)定數(shù)據(jù)表列出了qvmax= 50000kg/h、Hmax=44kPa、楔形比β=
0.2522 的楔形孔板的標(biāo)定數(shù)據(jù)。
五 楔形流量計(jì)的應(yīng)用
楔形流量計(jì)量程比寬，雷諾數(shù)適用范圍在300～106 之間，因而尤為適用于高
黏度流體測量，如化工廠各種高粘度流體及污水；較臟污的氣體，如高爐煤氣、
焦?fàn)t煤氣測量；也可進(jìn)行蒸汽、天然氣等氣體測量。實(shí)際應(yīng)用舉例如下：
（1）重鋼焦化廠工業(yè)萘初塔循環(huán)流量、精塔循環(huán)、初期塔原料、精塔原料、一
段、二段焦油的測量，過去一直采用靶式流量計(jì)，使用效果欠佳。該廠首先在工
業(yè)萘初塔循環(huán)流量上嘗試采用了楔形流量計(jì)進(jìn)行流量檢測，實(shí)踐表明其運(yùn)行穩(wěn)定、
可靠。后又在其他幾個(gè)點(diǎn)上采用了楔形流量計(jì)，包括精塔循環(huán)、初塔原料、精塔
原料、一段焦油流量、二段焦油流量。如今，基本取消了原電靶流量計(jì)，流量檢
測穩(wěn)定性、可靠性大大提高，數(shù)據(jù)穩(wěn)定、維護(hù)工作量大減、故障率極低，降低生
產(chǎn)能源消耗、節(jié)約生產(chǎn)成本，帶來明顯經(jīng)濟(jì)效益。
（2）本公司煉鐵廠異地大修的3 號高爐（750m3）煤氣發(fā)生量和熱風(fēng)爐用高爐煤
氣（管道直徑為D1820×10mm 和D1420×10mm）均采用楔形流量計(jì)進(jìn)行測量，根
據(jù)二年多的使用情況看，數(shù)據(jù)十分穩(wěn)定，取壓管從未堵塞。
（3）重鋼中板廠使用的部分蒸汽和天然氣流量的計(jì)量也采用了楔形流量計(jì)，經(jīng)
天然氣二年多、蒸汽一年多的使用，用戶反映良好。
（4）重慶第四鋼廠在全廠天然氣、壓縮空氣計(jì)量系統(tǒng)中全部采用重鋼電子公司
生產(chǎn)的楔形流量計(jì)，克服了以前用孔板時(shí)用量變化范圍大的難題，滿足了工藝生
產(chǎn)的需求。
（5）重鋼公司各單位使用zui多的是工業(yè)水流量的測量，目前已用十多臺。由于
工業(yè)為保證儀表在使用范圍內(nèi)的準(zhǔn)確性，標(biāo)定點(diǎn)應(yīng)選擇在常用流量范圍內(nèi)，一般
選取流量測量上限的20%、40%、60%、80%、；每一標(biāo)定點(diǎn)按企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)
定，用計(jì)算機(jī)多次采樣后取平均值，再求出各標(biāo)定點(diǎn)的流出系數(shù)（C）平均值作為該
儀表的流出系數(shù)。其C 值計(jì)算公式如下：
?ε ? ? Δ ?ρ
? ?
=
m D P
C qv m
2
2
0.00399
1
重鋼電子公司生產(chǎn)的數(shù)十臺楔形流量計(jì)，經(jīng)標(biāo)定后對流出系數(shù)的分析，各種
規(guī)格楔形孔板（管徑25～300mm、量程比為10：1）的流出系數(shù)十分穩(wěn)定，測量誤
差均小于±1%。八成左右的儀表顯示流量與標(biāo)準(zhǔn)電磁流量計(jì)（經(jīng)華東國家計(jì)量測試
中心、上海市計(jì)量測試技術(shù)研究院給出的校準(zhǔn)證書標(biāo)明，其zui大示值誤差為
-0.10%、-0.12%）之差均在±0.5%以內(nèi)。
楔形流量計(jì)標(biāo)定數(shù)據(jù)表列出了qvmax= 50000kg/h、Hmax=44kPa、楔形比β=
0.2522 的楔形孔板的標(biāo)定數(shù)據(jù)。
五 楔形流量計(jì)的應(yīng)用
楔形流量計(jì)量程比寬，雷諾數(shù)適用范圍在300～106 之間，因而尤為適用于高
黏度流體測量，如化工廠各種高粘度流體及污水；較臟污的氣體，如高爐煤氣、
焦?fàn)t煤氣測量；也可進(jìn)行蒸汽、天然氣等氣體測量。實(shí)際應(yīng)用舉例如下：
（1）重鋼焦化廠工業(yè)萘初塔循環(huán)流量、精塔循環(huán)、初期塔原料、精塔原料、一
段、二段焦油的測量，過去一直采用靶式流量計(jì)，使用效果欠佳。該廠首先在工
業(yè)萘初塔循環(huán)流量上嘗試采用了楔形流量計(jì)進(jìn)行流量檢測，實(shí)踐表明其運(yùn)行穩(wěn)定、
可靠。后又在其他幾個(gè)點(diǎn)上采用了楔形流量計(jì)，包括精塔循環(huán)、初塔原料、精塔
原料、一段焦油流量、二段焦油流量。如今，基本取消了原電靶流量計(jì)，流量檢
測穩(wěn)定性、可靠性大大提高，數(shù)據(jù)穩(wěn)定、維護(hù)工作量大減、故障率極低，降低生
產(chǎn)能源消耗、節(jié)約生產(chǎn)成本，帶來明顯經(jīng)濟(jì)效益。
（2）本公司煉鐵廠異地大修的3 號高爐（750m3）煤氣發(fā)生量和熱風(fēng)爐用高爐煤
氣（管道直徑為D1820×10mm 和D1420×10mm）均采用楔形流量計(jì)進(jìn)行測量，根
據(jù)二年多的使用情況看，數(shù)據(jù)十分穩(wěn)定，取壓管從未堵塞。
（3）重鋼中板廠使用的部分蒸汽和天然氣流量的計(jì)量也采用了楔形流量計(jì)，經(jīng)
天然氣二年多、蒸汽一年多的使用，用戶反映良好。
（4）重慶第四鋼廠在全廠天然氣、壓縮空氣計(jì)量系統(tǒng)中全部采用重鋼電子公司
生產(chǎn)的楔形流量計(jì)，克服了以前用孔板時(shí)用量變化范圍大的難題，滿足了工藝生
產(chǎn)的需求。
（5）重鋼公司各單位使用zui多的是工業(yè)水流量的測量，目前已用十多臺。由于
工業(yè)水含有泥沙和雜質(zhì)，以往使用孔板容易使雜質(zhì)在孔板前堆集，易造成取壓管
發(fā)生堵塞，儀表維護(hù)工作量大。改用楔形流量計(jì)后，這些問題大大減少，效果明顯。

六 節(jié)能情況
重鋼某廠壓縮空氣總量計(jì)量裝置使用楔形流量計(jì)和孔板流量計(jì)的情況對比如
下：
工藝參數(shù)：
D322×8mm
Mmax=14400m3/h
Mcom=10800m3/h
Mmin=4000m3/h
P 工=0.6MPa
t=30℃
采用楔形孔板經(jīng)計(jì)算為：楔形比h/D=0.5、楔子高度h=153mm、節(jié)流面積比
m=0.5、zui大差壓ΔPmax=1.56kPa。
采用孔板流量計(jì)經(jīng)計(jì)算為：β=0.707
zui大差壓ΔPmax=2.24kPa（采用北京博斯達(dá)儀器儀表有限公司生產(chǎn)的“流量測
量節(jié)流裝置專家系統(tǒng)軟件”進(jìn)行計(jì)算；楔形比h/D=0.5，與孔板β=0.707 其節(jié)流面
積比是一樣的）。
楔形孔板壓差為752.73Pa，標(biāo)準(zhǔn)孔板壓差為1080.84Pa，*壓損的差值為
328.1Pa，標(biāo)準(zhǔn)孔板多消耗的功率為246.1W，每年多耗能費(fèi)用為1293.4（元/年）。
采用楔形孔板比標(biāo)準(zhǔn)孔板在此例（β=0.707）稍有節(jié)能效果，如果其β 值在0.5 左右
節(jié)能效果更好些。
七 結(jié)語
本文在介紹楔形流量計(jì)使用的優(yōu)點(diǎn)時(shí)，決無貶低孔板六 節(jié)能情況
重鋼某廠壓縮空氣總量計(jì)量裝置使用楔形流量計(jì)和孔板流量計(jì)的情況對比如
下：
工藝參數(shù)：
D322×8mm
Mmax=14400m3/h
Mcom=10800m3/h
Mmin=4000m3/h
P 工=0.6MPa
t=30℃
采用楔形孔板經(jīng)計(jì)算為：楔形比h/D=0.5、楔子高度h=153mm、節(jié)流面積比
m=0.5、zui大差壓ΔPmax=1.56kPa。
采用孔板流量計(jì)經(jīng)計(jì)算為：β=0.707
zui大差壓ΔPmax=2.24kPa（采用北京博斯達(dá)儀器儀表有限公司生產(chǎn)的“流量測
量節(jié)流裝置專家系統(tǒng)軟件”進(jìn)行計(jì)算；楔形比h/D=0.5，與孔板β=0.707 其節(jié)流面
積比是一樣的）。
楔形孔板壓差為752.73Pa，標(biāo)準(zhǔn)孔板壓差為1080.84Pa，*壓損的差值為
328.1Pa，標(biāo)準(zhǔn)孔板多消耗的功率為246.1W，每年多耗能費(fèi)用為1293.4（元/年）。
采用楔形孔板比標(biāo)準(zhǔn)孔板在此例（β=0.707）稍有節(jié)能效果，如果其β 值在0.5 左右
節(jié)能效果更好些。
七 結(jié)語
本文在介紹楔形流量計(jì)使用的優(yōu)點(diǎn)時(shí)，決無貶低孔板及其他儀表之意。在一
些不是作為計(jì)量結(jié)算十分嚴(yán)格的場所，采用一些實(shí)用、可靠的非標(biāo)儀表也是可以
考慮的。標(biāo)準(zhǔn)與非標(biāo)儀表也是相對的，今天的非標(biāo)有可能成為明天的標(biāo)準(zhǔn)。加之
諸多設(shè)計(jì)好的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置因現(xiàn)場條件所限成為非標(biāo)，而且有些誤差還難以確定，
這種情況在工廠的計(jì)量中屢見不鮮。使用楔形流量計(jì)后，我們的體會是：工作穩(wěn)
定，準(zhǔn)確度適中，能適應(yīng)多種介質(zhì)，維護(hù)量小。缺點(diǎn)是必須每臺標(biāo)定，價(jià)格比孔
板貴。