發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，能源計(jì)量是不可缺少的基礎(chǔ)，但是冶金企業(yè)能源計(jì)量存在很多難題，尤其是煤氣系統(tǒng)管道直徑大、介質(zhì)臟污，受工藝環(huán)境和工藝技術(shù)影響很難滿足檢測(cè)要求，嚴(yán)重影響檢測(cè)裝置的計(jì)量準(zhǔn)確性。如何解決煤氣系統(tǒng)的計(jì)量問題，一直困擾著冶金企業(yè)。塔形流量計(jì)是近幾年才出現(xiàn)的一種新型流量計(jì)，與孔板相比，塔形流量計(jì)有著無可比擬的優(yōu)勢(shì)。

    一、塔形流量計(jì)的結(jié)構(gòu)及其工作原理

    1. 塔形流量計(jì)的結(jié)構(gòu)

    塔形流量計(jì)本身是一個(gè)整體結(jié)構(gòu)，無可動(dòng)部件，如圖1所示。

    2. 工作原理

    塔形流量計(jì)是一種節(jié)流式差壓流量計(jì)，遵循封閉管道中流體質(zhì)量守恒（連續(xù)性方程）和能量守恒（伯努利方程）定律。

    標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流件普遍適用的流量方程為

    塔形流量計(jì)采用等效的開孔直徑d_v（錐形體最大截面圓的直徑）代替了標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流件的開孔直徑d。同時(shí)采用一個(gè)等效β_v取代β，即

    所以，塔形流量計(jì)的實(shí)用流量方程為

    式（4）、（5）和式（1）、（2）實(shí)質(zhì)是相同的，只是用等效的D²、β_v²替換d²。

    式中：q_m、q_v―――質(zhì)量流量，kg/s、體積流量，m³/s；C―――流出系數(shù)；β_v―――等效直徑比，

    塔形流量計(jì)的可膨脹性系數(shù)為

    式中：ΔP―――差壓；β_v―――錐形體的等效直徑比；K―――可壓縮流體的等熵指數(shù)；P₁―――節(jié)流件上游取壓孔處的絕對(duì)壓力（單位與ΔP相同）。

    二、塔形流量計(jì)的優(yōu)點(diǎn)

    1.對(duì)流體有均速作用

    流體在管道中流動(dòng)時(shí)，當(dāng)流體流動(dòng)不受任何阻礙和干擾達(dá)到充分發(fā)展?fàn)顟B(tài)時(shí)，其速度分別為：越靠近管道中心流速越快，在中心處達(dá)到最快；越靠近管壁流速越慢，在管壁處接近零。而塔形流量計(jì)由于錐形體處在管道中心，它直接把流體從高速流動(dòng)的中心部位分開，使流速快的流體分別向四周流速慢的流體靠攏并拉動(dòng)它們混合一起流動(dòng)，這種快慢混合的結(jié)果是：原本流速快慢的差別消失了，流體變成了真正的均勻流動(dòng)。流體流速被均勻化所帶來的好處是：測(cè)量信號(hào)真實(shí)反映了被測(cè)流體的實(shí)際值，并使得在低流速時(shí)流量計(jì)前后仍能產(chǎn)生足夠準(zhǔn)確的差壓，隨著流速的降低，這種作用更加顯著，而傳統(tǒng)的差壓式儀表對(duì)這種情況可能早已不能測(cè)量了。

    2. 具有很強(qiáng)的抗干擾能力

    流體流動(dòng)遇到阻擋物時(shí)會(huì)在其后部產(chǎn)生漩渦流，如渦街流量計(jì)就是基于這個(gè)原理工作的。同理，像孔板等節(jié)流件在管道中也是阻擋物，在其后部除了產(chǎn)生靜壓力差外必然也會(huì)產(chǎn)生漩渦流。然而，這個(gè)漩渦流對(duì)于渦街流量計(jì)來講是有用的信號(hào)，對(duì)于差壓式流量計(jì)卻是有害的干擾。因?yàn)檫@個(gè)干擾的存在會(huì)在節(jié)流件下游產(chǎn)生“信號(hào)跳動(dòng)”現(xiàn)象，嚴(yán)重干擾了正常信號(hào)的測(cè)量。塔形的結(jié)構(gòu)是邊壁節(jié)流，節(jié)流件后部產(chǎn)生干擾流的分布是等量相反（對(duì)稱分布）而相互抵消，因此使干擾程度大大減輕。而孔板等傳統(tǒng)節(jié)流件是中心節(jié)流，產(chǎn)生的干擾流方向直接指向取壓口，嚴(yán)重干擾了測(cè)量信號(hào)，特別是小流量時(shí)干擾甚至大于測(cè)量信號(hào)而無法正常工作。經(jīng)過大量的試驗(yàn)和科學(xué)檢測(cè)證明，孔板負(fù)壓端產(chǎn)生的是高幅度低頻率跳動(dòng)，而塔形負(fù)壓端產(chǎn)生的是低幅度低頻率跳動(dòng)。

    3. 對(duì)流體的整流功能

    絕大多數(shù)流量?jī)x表要求足夠長(zhǎng)的前后直管段，目的就是為了使流體流動(dòng)狀態(tài)成為充分發(fā)展管流以復(fù)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)條件下的流動(dòng)狀態(tài)。但是由于現(xiàn)場(chǎng)工藝條件復(fù)雜，如管道中有各種閥門、彎頭、縮徑、擴(kuò)徑、泵等，使得儀表所需較長(zhǎng)的直管段很難滿足，所測(cè)量誤差增大。因此，絕大多數(shù)流量?jī)x表很難在不滿足直管段條件下取得準(zhǔn)確的測(cè)量值。而塔形流量計(jì)由于其邊壁節(jié)流的特殊結(jié)構(gòu)，使得流體在遇到塔形節(jié)流件時(shí)，被強(qiáng)迫按照“管壁與節(jié)流件之間由寬變窄的狹長(zhǎng)通道”內(nèi)流動(dòng)，該通道可以等效為一個(gè)管式整流器，經(jīng)過這個(gè)通道后，各種干擾流的變化為：不規(guī)則流動(dòng)―被迫在規(guī)定的通道流動(dòng)―變成規(guī)則流動(dòng)。因此，它能夠?qū)ι嫌翁幰蚋鞣N外界因素引起的不規(guī)則的流動(dòng)畸變自動(dòng)進(jìn)行矯正整流，從而使到達(dá)測(cè)量區(qū)的流動(dòng)形成規(guī)則的流動(dòng)。因此只需極短的直管段就能取得準(zhǔn)確的測(cè)量值，由此大大減輕了用戶的工作量和投資，這是大多數(shù)流量?jī)x表所無法比擬的。

    4. 節(jié)流件耐磨損

    節(jié)流式差壓儀表的測(cè)量準(zhǔn)確度是靠它的“幾何尺寸”保證的，這一點(diǎn)塔形流量計(jì)和孔板是一樣的，但是由于孔板測(cè)量的關(guān)鍵部位易磨損，它的測(cè)量誤差隨著使用時(shí)間在緩慢變大，而從塔形流量計(jì)的節(jié)流結(jié)構(gòu)可以看出，其關(guān)鍵的節(jié)流邊緣是處在節(jié)流件后部的鈍角，并順著流體方向。當(dāng)流體流過節(jié)流件表面和管壁間的通道時(shí)，會(huì)形成“邊界層效應(yīng)”，該效應(yīng)會(huì)使流體到達(dá)測(cè)量部位前，逐漸離開節(jié)流邊緣一個(gè)微小的距離，這樣就使得被測(cè)流體不與節(jié)流件關(guān)鍵部位接觸，不可能有磨損情況發(fā)生，其關(guān)鍵部位的幾何尺寸就能保持長(zhǎng)期不變，因此能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定地工作。

    5. 自清潔功能

    測(cè)量臟污介質(zhì)時(shí)，由于流體在靠近管壁處的流速變慢極易使臟污物等沉積或附著在管壁上，對(duì)于孔板還會(huì)在前面堆積。當(dāng)流體通過塔形流量計(jì)與管壁之間形成的由寬逐漸變窄的通路，它迫使流體流動(dòng)速度加快，從而對(duì)管壁、節(jié)流件表面附件形成了吹掃沖刷作用，所有臟污不可能在這里停留或附著，所以不會(huì)產(chǎn)生臟污的積垢，更不存積垢死角。

    三、塔形流量計(jì)的分類

    目前，在生產(chǎn)應(yīng)用中主要有管段式和插入式兩種形式的塔形流量計(jì)。

    管段式塔形流量計(jì)具有所需直管段短、測(cè)量準(zhǔn)確度高等優(yōu)點(diǎn)，但是不能實(shí)現(xiàn)在線安裝，在連續(xù)性生產(chǎn)企業(yè)很難實(shí)現(xiàn)改造。插入式塔形流量計(jì)雖然能實(shí)現(xiàn)在線安裝，但是是以犧牲準(zhǔn)確度和所需直管段較長(zhǎng)為代價(jià)的。因此，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)以實(shí)際情況酌情選擇使用。

    四、塔形流量計(jì)在濟(jì)鋼煤氣計(jì)量中的應(yīng)用

    濟(jì)鋼供濟(jì)南市民用焦?fàn)t煤氣計(jì)量現(xiàn)場(chǎng)直管段短、用量有峰谷，先后應(yīng)用過標(biāo)準(zhǔn)孔板和渦街流量計(jì)，但是這兩種檢測(cè)裝置都引起過計(jì)量異議。

    塔形流量計(jì)于2007年3月開始在濟(jì)鋼外供煤氣計(jì)量中試驗(yàn)應(yīng)用一臺(tái)塔形流量計(jì)，經(jīng)過一段時(shí)間運(yùn)行，數(shù)據(jù)穩(wěn)定準(zhǔn)確。8月拆下檢驗(yàn)，無臟污介質(zhì)附著。2008年逐漸推廣應(yīng)用到其他的外供煤氣計(jì)量中，至今效果良好。圖2是外供煤氣開機(jī)量和儀表量之和的對(duì)比圖，可以看出兩者之間的運(yùn)行趨勢(shì)一致，塔形流量計(jì)能滿足計(jì)量需求。

    五、塔形流量計(jì)的應(yīng)用前景

    在冶金企業(yè)計(jì)量中，因?yàn)槭苌a(chǎn)工藝、安裝條件和檢測(cè)介質(zhì)的影響，很多檢測(cè)點(diǎn)難以找到適合的檢測(cè)裝置，塔形流量計(jì)的出現(xiàn)為工業(yè)計(jì)量開辟了新的領(lǐng)域。