阿牛巴流量计工作原理及计算公式

阿牛巴流量计工作原理及计算公式

摘 要：介绍了一种适合大口径管道测量的流量仪表----阿牛巴，从其结构、原理、安装和应用等方面，分析了运行过程中出现的故障，并提出了采取的解决措施，使其满足计量精度的要求。
关键词：阿牛巴流量计 安装 检测杆 标定

引 言

阿牛巴（Annubar）流量计（又称笛形阿牛巴流量计）是根据皮托管测速原理发展起来的一种新型差压流量检测元件，它输出为差压信号，与测量差压的仪器仪表配套使用，可准确测量圆形管道、矩形管道中的多种液体、气体和蒸汽（过热蒸汽和饱和蒸汽）的流量，并以其压力损失小、安装方便等优点逐渐取代孔板和其它检测元件，在电力、石油、 化工、轻纺、冶金等工业中得到广泛应用，最重要的是阿牛巴流量计非常好地解决了其它流量计在大口径管道测量上的许多问题。但阿牛巴流量计从设计、制造到安装使用，都要求十分严格，只要其中一个环节稍加不慎，就可造成很大误差。

1 结构和测量原理

图1 阿牛巴流量计结构
阿牛巴流量计的结构如图1 所示，它有一根沿直径插入管道中的中空金属杆，在迎向流体流动方向有成对的测压孔，一般说来是两对，但也有一对或多对的，其中空金属杆外形似笛子。迎流面的多点测压孔测量的是总压，与全压管相连通，引出平均全压P1，背流面的中心处一般开有一只孔，与静压管相通，引出静压P2。阿牛巴流量计是利用测量流体的全压与静压之差来测量流速的，是一种差压式检测杆流量计，阿牛巴的检测杆输出差压（△p）和流体平均速度（v），可根据经典的伯努利方程得

由式（2）可以看出，阿牛巴流量计系统的实质是对差压△P 的测量，其测量原理如图2 所示，这是所有差压式流量计的共同特性，技术是通用的，即采用差压变送器把△P 转换成相应的机械信号或电信号。

图2 测量原理图
2 影响流量计精度的因素和解决措施

① 阿牛巴流量计的差压式检测杆上各取压孔处的流速是不同的，各取压孔之间存在一定的压力差，这样，各取压孔之间就有介质流动，流动介质中的杂物就会产生埋积，形成堵塞，时间一长就会造成差压损失。目前阿牛巴制造厂虽然声称测量传感器的抗堵塞问题已能解决，但由于各生产工艺的特殊情况，笔者还是建议加装必要的附属设备如杂物过滤装置等，以确保仪表正常工作（可和供货商协商具体的做法）。

② 从流量的基本公式可知，只要有效地测出检测杆的输出差压△P，就可测出流体的流量值。长期以来检测杆背压检测孔一直只用一个测孔，人们认为检测杆检测孔按规范要求已处于位势流中，而位势流的前题是管道横截面上各点静压均相等，没有横向流动，从这个角度来看，一个背压检测孔已足够。为了防止流体的流量在检测过程中阻塞背压检测孔，可采用多孔的背压取压，这已经开始应用在检测杆流量传感器上。

③ 流量系数K 不稳定，造成流量不稳定。对圆形截面的检测杆来说，当雷诺数Re 处于105至106之间时，流量系数K 不稳定，它的稳定区域是在雷诺数Re<105和Re＞106。这主要是由于圆形截面的阻力件自身存在着“阻力危机”而引起的。流体流经圆管因分离点不同而导致圆管在迎流流体时引起的压力分布不同，从而引起流量系数K 的变化。采用菱形截面的检测杆可以克服圆形截面这一不稳定区。菱形截面无论雷诺数的数值Re 是多少，其分离点都是确定不变的，从而较好地解决了检测杆流量传感器在检测液体、气（汽）体流量时不稳定区的困难。
3 选型和安装

① 阿牛巴流量计的机械尺寸是根据安装管道的尺寸量身定制的，其测量范围是根据工艺提供的流量数据计算和标定的。选型时，一定要给制造商提供正确的流量数据和管道尺寸，管道尺寸包括外径和壁厚。流量计必须按标准进行安装，才能保整个测量系统的测量误差在允许的范围内。

② 检测杆传感器前部管道必须确保有7D～9D 的直管道长度（此数据各生产厂商提供的资料不一，从3D 至30D 全有），才能使大管道内液、气（汽）体的流速尽量对称分布于轴线。只有这样，测得几点的流速才能推算流经整个截面的流量，否则大管道内液、气（汽）体的流速分布将会很复杂，流量系数K 的波动将会很大，不能保测量的精确度。但在实际的工艺设计中不可能保有很长的直管道。笔者认为如确定选用某种形式的阿牛巴流量计，可和供货商商量在保系统的重复性前提下，尽量缩短直管道，有关资料记载，只要测管直径和工艺管径之比小于1/10，前部管道的直管道长度可降到3D～4D。

③ 检测杆传感器的总压孔必须正对流向，偏差不大于7°，如图3 所示。


检测杆应沿管道直径方向插入到底，如图4 所示。


对于垂直管道检测杆可安装在管道水平面沿管道圆周360°的任何位置上（图5a）。高低引压管应处于同一平面上；对于水平管道，测量时向下侧倾斜安装（图5b）。


流量计能否准确测量和其使用寿命的长短与是否安装正确有直接的关系，一旦流量计安装完毕，则影响流量计精度的系统误差就会始终相伴，很难从软件上消除。正确的安装方式可参照差压式流量计安装规范进行，这里不再赘述。

④ 检测杆通过接头固定在管道上，拧紧接头后，检测杆不得松动与泄漏。管道振动和流体冲击会使检测杆固定头松动脱落，造成检测杆断裂损坏，影响准确测量和造成经济损失。

3 标定问题

为能保阿牛巴流量计的精确度，最好还是在现场进行实流标定。尽管每支阿牛巴都由制造厂在中国气象局的风洞中进行了标定，已给出了仪表系数，但在风洞均匀流场下游，不能提供多种规格和足够长的直管段，也难以实施准确的标定。又由于现场管径较大(DN1000mm 以上)，而且标定时管路的参比条件、流体种类、环境等与实际测量的流体不同，特别是现场直管段长度不够，工艺条件较复杂，管道粗糙度对流速分布系数的影响随使用时间的改变很难掌握，流量计所处的管段前后阻力件之间直管段长度不足所引起的仪表系数变化的修正系数目前还缺乏成熟的试验数据。据有关资料要求，一般可在现场直接校验确定。而现场校验存在的问题较多，因而难免在测量中产生附加误差。计量部门可根据新装并正常运行时的计量数据、生产状况、产量等因素作为参考，将仪表计量检测数据升华为计量结算数据。

5 应用注意事项

① 应足够重视流量仪表结构和工作原理,特别是一件新颖的仪表,使用前要充分的了解它的结构和工作原理,才能对其进行正确的安装，并对使用过程中出现的问题作出准确的判断和排除，杜绝盲目性。

② 注重流量仪表的维护保养，是提高仪表的使用寿命和准确度的重要措施，仪表维护及技术人员一定要养成良好的操作习惯。