田鳴谷

摘要：艾伯特流量計是由流量傳感器、變送器和積算儀組成，是一種全新的差壓式流量計。流量傳感器結(jié)合了文丘里和均速管兩種不同差壓技術(shù)的優(yōu)點，具有無需直管段、大量程比等優(yōu)點。本論文結(jié)合艾伯特流量計在川西增壓站中的應(yīng)用對此設(shè)備進行了簡單的論述。

一 背景

流量計的安裝都有前后直管段的要求，少則前5D，后3D，如電磁流量計，多則前30D，后7D，如孔板流量計。實際在天然氣項目建設(shè)時，往往受征地面積的影響，無法滿足流量計的前后直管段要求，而艾伯特流量計具有無需直管段的特點，同時也能滿足流量計量的量程比、精度等要求，因此對天然氣項目流量計的類型選擇具有重要的現(xiàn)實意義。

二 基本結(jié)構(gòu)及工作原理

艾伯特流量計的測量元件為均速管，是基于皮托管原理而發(fā)展而來的。

1.皮托管原理

皮托管軸線與流向平行，頭部迎流方向開有一個小孔A，稱為總壓孔，在距頭部一定距離處開有若干垂直于流體流向的靜壓孔B，各孔所測靜壓在均壓室均壓后輸出。設(shè)在均勻流動的管道中某點處流體的靜壓為p，流速為u。流體流動時，緊靠皮托管前端A的流體被阻滯，在阻滯區(qū)域中心行成“駐點”，駐點處流動完全停止，流速等于零，壓力由靜壓p上升到滯止壓力p1（總壓）。設(shè)流動為不可壓縮無粘性流體的穩(wěn)定流動，則駐點處流體的伯努利方程為：

實際中，通常采取在同一截面選取多點測量，然后求出平均流速的方法。如何選取測量點是皮托管測流量的關(guān)鍵，目前較常用的有等環(huán)面法、切比雪夫積分法和對數(shù)線性法。

2.均速管流量計

均速管流量計（又稱阿牛巴管）是基于皮托管原理而發(fā)展起來的一種新型流量計，均速管能夠直接測出管道截面上的平均流速，比之于皮托管，簡化了測量過程，提高了測量準確性。均速管測量流速的原理與皮托管相同。當(dāng)流體流過探頭時，在其前部產(chǎn)生一個高壓分布區(qū)，高壓分布區(qū)的壓力略高于管道的靜壓。根據(jù)伯努利方程原理，流體流過探頭時速度加快，在探頭后部產(chǎn)生一個低壓分布區(qū)，低壓分布區(qū)的壓力略低于管道的靜壓。流體從探頭流過后在探頭后部產(chǎn)生部分真空，并在探頭的兩側(cè)出現(xiàn)旋渦。流量探頭能精確地檢測到由流體的平均速度所產(chǎn)生的平均差壓。流量探頭在高、低壓區(qū)有按一定準則排布的多對取壓孔，使準確測平均流速成為可能。均速管流量計結(jié)構(gòu)簡單，便于安裝，價格便宜；壓力損失小，能耗少；準確度及長期穩(wěn)定性較好；適用范圍廣，可適用于液體、氣體和蒸汽等多種流體以及高溫高壓介質(zhì)的流量測量。均速管流量計適用的管徑范圍為25～9000mm，尤其適用于大口徑管道的流量測量。但它產(chǎn)生的差壓信號較低，需要配用低量程差壓計；不適用于污臟、有沉淀物的流體。均速流量探頭的截面形狀、表面粗糙狀況和低壓取壓孔的位置是決定探頭性能的關(guān)鍵因素。低壓信號的穩(wěn)定和準確對均速探頭的精度和性能起決定性作用。

3.艾伯特流量計

（1）取壓孔的設(shè)置

美國環(huán)境保護署EPA（U.SEnvironmentalProtectionAgency）的常用皮托管標準里，對于皮托管的取壓孔有以下要求：艾伯特的取壓孔設(shè)置完全符合此要求：

（2）“子彈頭”設(shè)計

艾伯特流量計的傳感器采用了速度剖面的線性化設(shè)計，簡稱“子彈頭”設(shè)計，當(dāng)流體流過傳感器時，傳感器高壓區(qū)的表面粗糙度可降低流體阻力且擴展精度范圍。低壓取壓孔位于流體分離點可消除取壓孔堵塞，產(chǎn)生穩(wěn)定信號。流體雜質(zhì)跟隨旋渦堆積于傳感器背面。整個傳感器采用一片式設(shè)計，具有堅固的結(jié)構(gòu)強度。

（3）流量系數(shù)

艾伯特流量計的分析模型綜合了物理學(xué)、空氣動力學(xué)和流體力學(xué)來預(yù)測流量系數(shù)，下圖是艾伯特流量計的流量測試圖：

可見，流量系數(shù)不隨雷諾數(shù)（速度）而變化，只要雷諾數(shù)大于20，000時，即可保證測量精度。

（1）直管段要求。在長直管段和短直管段時，流量系數(shù)的數(shù)值相差甚微，故直管段的長短對于艾伯特流量計的流量系數(shù)影響極小。

（1）傳感器。一體化電阻溫度傳感器（RTD）。多參數(shù)變送器可輸出壓力、溫度、差壓。

動態(tài)的溫壓補償。

三 艾伯特流量計在川西增壓站中的應(yīng)用

川西增壓站首次采用艾伯特流量計，經(jīng)用戶反應(yīng)：流量計輸出信號穩(wěn)定，準確，且使用過程中極少維修。

四 艾伯特流量計的特點

1.精度高，流量測試記錄可在美國國家標準技術(shù)研究所（National Institute of Standards and Technology）追蹤查詢。嚴格按照API石油計量標準手冊第22章：測試方案，第2節(jié)：差壓流量測量裝置進行的流量測試。流量系數(shù)精確度0.5%。無直管段要求。由于幾何結(jié)構(gòu)為固定的，無可動部件，故不需要標定或重新標定。大量程比（≥30：1）

五 結(jié)論

艾伯特流量計精度高，量程比大，滿足了大部分天然氣管道的計量要求，加之無需直管段這一特點，跟傳統(tǒng)流量計相比，不受安裝條件的限制，且無需定期標定，具有維護檢修方便的好處，在天然氣計量領(lǐng)域具有非常廣泛的應(yīng)用前景。

參考文獻：

[1] 高慶亭.皮托管在氣流測量中一些問題的探討. 氣象水文海洋儀器，2007年9期[C].