一、引言

    弯管流量计广泛应用于石油、化工、电力、冶金、钢铁等行业的液体、气体、和蒸汽的流量测量，能在φ10～φ2000mm的大范围管道中精确测量各种流体的流量，弯管传感器可耐高温、高压、可在潮湿、粉尘、振动等各种恶劣的环境中正常工作。它没有插入件，无附加阻力损失，结构简单，安装方便。

二、弯管流量计的工作原理

1、原理

流体在管道中流动，在流经弯管时，流体类似于流过一个整流器，由于弯曲管壁的导流作用,在进入弯管前2D左右流体内侧被加速，而流体外侧被减速，直至进入弯管流体的流速形式被整流成近似于自由旋流理论描述的梯形速度流动模式，   且在弯管45°截面处达到最大，这个过程将持续在整个弯管中。在弯管出口处及下游2D范围内，流速模型的变化过程是进口变化的反过程。弯管在45°截面各质点流速分布如图1所示。

其中：     
α(R．D)： 流量系数     
△P： 45°截面内、外侧压差     
D： 弯管内径     
R： 弯管弯曲半径     
ρ：流体密度

根据管道流体流速υ与流量Q的关系就可以得到以下流量计算公式：

Q=π/4D²υ. 3.6ρ    t/h

三、测量系统的组成

弯管流量计的基本组成除弯管传感器和主机外，还需要配置差压变送器、压力变送器和温度变送器，

1、  差压变送器是用来检测弯管传感器产生的差压值，因此它是弯管流量计测量系统必不可少的配件。

2、  系统是否配置压力和温度变送器，要根据具体的测量对象来决定，对于测量蒸汽或其它气体介质的系统，原则上必须配置温度和压力变送器，以便能对蒸汽或气体进行必要的实时温、压补偿。见图2

                                     图2弯管流量计数学模型的框架结构

四、测量系统优点

1、传感器结构简单

弯管传感器利用管道系统弯头作检测元件，无附加压损及专门安装节流元件是其优点，弯管取压口开在45^o处，取压口结构与标准孔板相同，两个平面内的两个取压口对准，使其能处于同一条直线上，如图3，

      

                                                   图3弯管流量传感器

2、免维护的流量传感器

弯管流量计在工作中不会磨损；在高速流体冲击下不会变形、扭曲、震动；对于环境中可能出现的震动、粉尘、潮湿、电磁场干扰不敏感；经过长周期运行它的稳定性、灵敏度、准确性不会发生明显变化；能在最大程度上防止传感器被粘污、结疤、堵塞等等。保证了流量计长期高精度测量的工作状态。而孔板流量计的节流口对微量磨损就十分敏感。规程规定，计量用孔板流量计的孔板每年必须进行一次或一次以上的强制性磨损检查，才能保证孔板流量计准确计量。对于那些大管径的孔板和蒸汽孔板，其拆装难度之大，维修费用之高，给使用者带来了额外的负担。
    弯管传感器因耐磨损、免维护、长周期高精度运行的特点，可满足直接焊接安装的技术条件，焊接法安装解决了流量测量装置现场跑、冒、滴、漏等令人头痛的问题。

3、无任何附加节流件或插入件，无附加压力损失，节约能源
    对孔扳流量计来说，流体在孔板上的压力损失是不可恢复的，其损失可达孔板在该流量下产生的差压值的60%~80%，为了提高其测量精度，设计人员在选定孔板流量计的工作差压值时一般都取高值，使该压力损失成为不可忽视的数值。
    弯管流量计则不存在管道附加阻力损失的问题，孔板的节流损耗可简单地看作是弯管流量计的节能效果，这对于那些大系统、大管径、大流量、低压力的测量对象好处更加明显。

 
4、可测量容易脏污、易堵塞传感器的流体
    循环水水质较差，对流量测量装置的污染较大。孔板流量计的节流件或涡街流量计的插入件极易被循环水玷污或堵塞，尤其是孔板节流口的直角部分，即使是轻微的玷污也会对测量精度造成极大的影响。弯管传感器对于类似循环水这样的介质（如裂解产生的高温裂解气等）其适应性是不用怀疑的，即使是长期的运行也能保证弯管流量计的正常工作，保证其足够的测量精度。

5、适应性强，量程范围宽、直管段要求不严格
   只要是能用孔板、涡街，均速管等流量计进行测量的流体都可用弯管流量计来进行流量测量，且在耐高温、耐高压、耐冲击、耐震动、耐潮湿、耐粉尘等方面，弯管流量计远远优于这些常用的流量计。
    高温、高压、冲击、震动使涡街流量计适用范围十分有限，这与它的测量原理有关。震动、冲击对弯管传感器的正常工作几乎没有影响，而高温、高压对于弯管传感器来说只要采用与工艺管道相同材质的标准弯头，就可以得到解决。
    量程范围宽，一方面是指弯管流量计对于其测量介质的流速适用范围宽。如蒸汽或其它气体介质，流速范围为5～70m/s；液体介质流速范围为0.3～5m/s。有足够精度的微差压变送器相配合，则流体流速的低限可取得很小。高质量微差压变送器的应用使弯管流量计能够适应低流速、小信号测量的要求。总之，弯管流量计的量程范围完全可以满足不同对象的流量测量的要求。
    量程范围宽的另一方面是指弯管传感器的几何尺寸没有限制，管径可从十几毫米到一米甚至两米以上。

6、测量精度高

实验证明，弯管流量计的测量准确度可达到1.0%。

7、测量数据可直接接入DCS系统

    测量数据可引入DCS，它可实现温压补偿等运算功能，可实现瞬时量、累计量、报表、打印等功能

8、可以实现双向计量

五、使用中注意事项

 弯管流量计是一种差压式流量计，针对常用流体，其产生的差压值介于100Pa~60KPa之间，比孔板流量计产生的差压值要小，一些安装中的不正确，均会给测量带来较大的误差，

1、在含水量较高的气体测量中，避免水进入导压系统，造成系统无法测量。
　　在压缩空气、燃料气、裂解气等很多气体流体中均含有大量的水份，基本是处于饱和状态，有的在管道的下方形成水层，采用常规安装方式，水会流入弯管传感器内侧取压口，进入导压系统，外侧也会有少量的凝结水进入，正负压导管中进水量不等，给差压的测量带来不可确定的附加误差，应使弯管传感器的两侧取压体均向上倾斜，并向上引导压管，连接差压变送器，即避免了管道中的水进入导压系统，又可以使导压系统中凝结的水顺利流回管道中，不会影响计量。

    如果考虑差压变送器维护的方便等原因，要求差压变送器必须装在管道下方，可采用取压体及导压管先向上，再向下，避免大量的水流入导压系统，并在导压系统的最低点加装集液罐，使得导压系统凝结的水流入集液罐中，定期排水，可以保证正常计量。

2、 蒸汽流量测量中，导压系统用于导压的介质为水，常温水的密度为998kg/m3(20℃时)，1mm水柱产生的压力约为9.8 Pa，如采用传统的冷凝罐作为液位平衡器，管道中温度压力的突变会打破冷凝罐中的平衡状态，造成液位波动，对于孔板流量计（产生的压力差约为10-100KPa）影响很小，但对于弯管流量计在小流量测量中则可能产生较大的影响。
　　弯管流量计选用盘式冷凝器作为液位平衡器，安装时只要保证盘面水平，汽、液分界面在同一水平面前后移动，液位高度始终处于同一水平面，起到了良好的液位平衡作用，仪表投用后，遇到蒸汽停止输送时，对差压变送器进行零点迁移，可解决液位不平衡造成的零点误差。

3、任何流量计均存在着小流量问题。弯管流量计虽然相对其它流量计性能良好，但依然存在着一个下限指标（流速≥5m/s），在申请安装流量表时，如果对弯管流量计的工作原理和性能不了解，报的仪表用量量程一般都偏高很多，造成和实际达到的用量严重不符，往往选择流量计口径偏大，流速低于5m/s，测量误差偏大。所以在选择弯管传感器口径时，一定保证最低流速大于5m/s，即使实际流量偏高，弯管流量计在高达120m/s流速情况下，依然保证测量精度（调整差压变送器量程即可实现）。

六、投用效果

我厂于2004年4月，采用弯管流量计测量蒸汽流量，投用了共计14套弯管流量计，其中4套是蒸汽外网互供能源，用于贸易计量结算，其余用于本厂内蒸汽平衡、计量与控制。投用至今，与外厂蒸汽计量表的瞬时量、累计量进行了比对，完全满足精度要求。

参考文献：
1. 孙淮清、王建中编著：“流量测量、节流装置设计手册”， 北京:化学工业出版社，2000.6 P168～169。
2. 宋建华、李志合编：“弯管传感器弯径比的测量方法”，《计量技术》1997年第12期P22～25。