1、1 德尔塔巴（德尔塔巴（DeltaflowDeltaflow）流量传感器探头）流量传感器探头 技术规范书技术规范书 一、一、概述概述 流量测量在过程变量测量中， 是相对比较复杂， 因为被测介质复杂， 测量方法多种多样， 导致出现各种原理的产品。就流量计分类，有：差压式、浮子式、容积式、涡街式、电磁式、 超声波式和科里奥利式等；按流量原理分类有：力学原理、动量守恒原理、电学原理和声学 原理等；按安装方式有封闭管道，插入式等。 这里将要介绍的流量传感器是运用差压式的工作原理， 插入式的安装方法， 设计生成的 一种流量传感器。就工作原理，这是一种特殊的节流装置，其输出是差压、压力和温度（如 需要温压
2、补偿）一体化测量信号；取压方式是通过一直径约为 25 毫米的探头（或探针） ，探 头前后有二排不均匀分布的、若干个 8 毫米的引压孔。通过该二排孔将管道从上到下（/从 左到右）的不同压力（/流速）在孔内取平均， （因为管道两侧流速慢，中间快）构成了差压， 进而可以计算出质量流量或体积流量，从这意义上讲，故定义这种传感器为均速管。 该产品是由德国 SYSTEC 公司与德国埃尔朗根（Erlangen）大学在 1994 年合作研发， 后经德国 TV 三个多月全面的第三方测试，颁发相应的证书。1995 年开始批量生产，目前 已在全世界广泛销售和应用，趋于成熟。该系列产品可以满足各种通径（小到 3 毫米
3、，大到 15 米） 、各种腐蚀介质（使用 1.4539 或者哈氏 C4 合金） 、各种高低温介质（-2001240， 1.4571,1.4828, Haneys 合金 ） 、各种高压介质（高达 69mpa，不同的产品结构） 、各种安装管 道材料以及各种孔板能够测量的介质 （过热蒸汽、液体、干燥气体或者潮湿气体）等。 当然， 缺省的探头材料是常用的 1.4571（316Ti，不锈钢钛合金） 。 二、二、产品结构（如图）产品结构（如图） 2 探头其长度精确的等于管道内径；探头上的孔径为 8 毫米，位置为不均匀分布，前后各 有一排孔，分别为高压孔和低压孔。在安装时，高压孔始终面向流体流动方向。探头材
4、料可 根据介质情况选择。 安装支架：它是与管道焊接的部件，其材料可以根据管道材质选择，以保证有效焊接， 它的长度与保温层高度有关， 与探头部分的连接方式有多种方式， 若压力小于 40bar （4mpa） 时，可以使用螺纹连接，否则，使用各种规格的法兰连接。 与变送器连接部件：无论是何种介质(包括过热蒸汽)，均可以实现一体化连接或分体连 接（指探头与差压变送器） 。同时可以选择球阀或者截止阀，或者选择 R1/2 或者 1/2 NPT 外 螺纹（实现分体） ，可以通过螺纹式卡箍直接与引压管固定。引压管的另一侧通过螺纹式卡 箍与 T 型三阀组和变送器连接。 或者选择直接通过椭圆法兰与变送器连接，构成
5、一体化连接；同时针对过热蒸汽，具有 一体化的冷凝器，使 400多度的过热蒸汽迅速降温到 100以下和形成低压的液体，实现 一体化结构，避免高温高压的接头泄漏。另外还可以选择一体化的温度和压力的测量装置， 避免传统的方法，不需要再开孔测量压力或者温度。 一体化的温度和压力测量，可以选择 400以下的 pt100，或者 500以下的 K 型热电 偶测温度，具有保护管和二线制的温度变送器。压力测量与探头也是一体化的，可以测量表 压或绝压，可以选择是否带截止阀，输出为二进制的 420mA。 差压变送器，大家知道探头与其它节流装置一样，提供差压信号给变送器，经开方和 其它计算进而产生质量（或体积）流量。
6、由于探头引起的管道压损很小，产生的压差相对于 孔板小得多，故需要使用微差压变送器。至于选择哪一家的变送器，是否需要具备多变量的 功能（温压补偿） ，目前市场中具备许多选择，只要精度和量程能满足要求即可。对于多变 量变送器，只需要有差压信号、温度和多变量变送器就可以输出质量流量。 三、三、德尔塔巴探头（以德尔塔巴探头（以 DF25 为例）的为例）的主要特点主要特点 1、运用广泛：可以用于测量干燥气体，潮湿气体，液体或蒸汽的介质，不受介电常数 3 限制。适用通径广，从 3 毫米到 15 米，只是有三种规格，DF8 用于超小口径（325 毫米）, DF10 用于小口径 （15100 毫米） ， 它们
7、均为管道连接； DF25 用于常用口径 （65 毫米3 米） ； DF25D 用于蒸汽；DF25HD 用于高压（69Mpa，双面支撑） ；DF25 Qicklock 用于满足快速拆 卸的要求；DF50 用于大口径（100015000 毫米） ；对于高温，腐蚀的介质，具有特殊的探 针材料和管道连接材料；对于具有高密度的尘埃物质的介质，可以使用在线吹扫装置，以保 障多种工况下的灵活运用。 下面是德国 TUV 经近 2 月的对德尔塔巴测试，给出的在不同温度下所能够承受的压力 材料：材料： 德国标准：德国标准： PN100 以下， 按以下， 按 DIN2527； PN160 以下， 按以下， 按 DI
8、N2638； PN250 以下， 按以下， 按 DIN2628 1.4571 PN 250 PN 160 PN 100 PN 64 PN 40 PN 25 PN 16 PN 10 PN 6 温度（） -30+50 291.7 186.7 116.7 74.7 46.7 18.7 21.8 13.6 8.2 100 259.5 166.1 103.8 66.4 41.5 16.6 19.4 12.1 7.3 150 245.2 157.0 98.1 62.8 39.2 15.7 18.3 11.4 6.9 200 233.3 149.3 93.3 59.7 37.3 14.9 17.4 10.9
9、 6.5 250 221.4 141.7 88.6 56.7 35.4 14.2 16.5 10.3 6.2 300 208.3 133.3 83.3 53.3 33.3 13.3 15.6 9.7 5.8 350 201.2 128.8 80.5 51.5 32.2 12.9 15.0 9.4 5.6 400 195.2 125.0 78.1 50.0 31.2 12.5 14.6 9.1 5.5 450 190.5 121.9 76.2 48.8 30.5 12.2 14.2 8.9 5.3 500 188.1 120.4 75.2 48.2 30.1 12.0 14.0 8.8 5.3
10、550 186.9 119.6 74.8 47.8 29.9 12.0 14.0 8.7 5.2 2、管道动力损失小（压损小） ：通常的均速管的压力损失比孔板要小得多，只有孔板的 510；另一方面，由于压损小，会带来差压小（高压与低压的压差） ，使得对选择差压变 送器的要求提高，成本增加，否则会使变送器的输出精度下降，因为量程无法做到满量程。 所以一个好的探头必须兼顾到压损和差压二方面。德尔塔巴的曲面设计充分考虑到了该因 素，截面本身是对称的，曲面分为三部分（如下图） ，迎面部分为平滑段，使探头平滑地与 介质接触；第二部分为加速段，将介质的流速平均加速三倍，通过增加与介质的接触面，提 高迎面段
11、的压力；第三部分为高低压分界尖峰，突然阻力消失，在探头后面形成低压区，实 际的彩色速谱(下右图)可以充分反映介质流速的变化。所以说，德尔塔巴探头的设计满足了 压损小和差压大的要求。在山东海化项目中，直径为380 毫米，压力 2.2Mpa, 最大流量 90t/h，使用德尔塔巴时最大压损为 7.89 毫巴，同时最大的差压达到 13.62196kpa, 而其它产 品分别为 9.7/12.7 Kpa。 下 面 的 表 格 是 根 据 瑞 典 Control Engineering Sweden AB 的 分 析 计 算 软 件 （FlowCalc32V3.0）计算的结果，参与比较的孔板和文丘里喷嘴是据
12、最新的标准，认 为目前最好的产品与 DF 比较。 序号 介质 节流装置名称 内径(mm)/ 温度()/压力 (G,mpa)/流量(t/h) 差压(kpa) 压损压损 PL （kpa） 能耗能耗 WP (KW/年年) 1 水 角接取压 400/0.5 300 /18.0 / 1000 135.305 98.790 46.9153 水 文丘里喷嘴 (同上) (同上) 51.518 30.227 14.3548 水 德尔塔巴 400 (同上) 29.9833 1.5782 0.7495 2 空气 角接取压 1000/0.65 150 / 0.5 /276 Km3/h 88.305 64.382 61
13、69.920 4 空气 文丘里喷嘴 (同上) (同上) 9.907 0.594 56.9250 空气 德尔塔巴 1000 (同上) 4.2770 0.1038 9.9475 3 蒸汽 角接取压 400/0.5 530 / 14.5 / 400 360.96 263.755 841.6686 蒸汽 文丘里喷嘴 (同上) (同上) 136.657 10.249 32.7056 蒸汽 ISO1932 喷嘴 (同上) (同上) 136.754 81.667 260.61 蒸汽 德尔塔巴 400 (同上) 19.4515 1.0650 3.3985 4 蒸汽 角接取压 400/0.5 600 /25.4
14、/ 2000 6382.320 4664.394 44773.98 蒸汽 文丘里喷嘴 (同上) (同上) 2294.005 172.050 1651.525 蒸汽 ISO1932 喷嘴 (同上) (同上) 2295.781 1370.985 13160.22 蒸汽 德尔塔巴 400 (同上) 295.4638 16.1652 155.1714 德尔塔巴探头 德尔塔巴探头的彩色速谱 3、精度高：经过第三方（德国 TUV）测试，以及根据最新的数据表明，尽管在相当短 的直管段下，也能达到 2的精度。达到 1%精度的直管段比一般的产品要短得多，如下图。 重复性为 0.1。在满足直管段的条件下，可以达到
15、 0.5%F.S.。 由于压损小，对探头的磨损小，只要安装合适，可以长时间维持高精度。 直管段与精度的关系（A 为上流长度，B 为下流长度，D 为管道直径） 4、高温和高压应用是该产品的突出的优点： 自从 1994 年德尔塔巴推入市场，在高温高压的蒸汽和常温高压的天然气；以及中温高 压的还是减温水得到了广泛应用，大大解决了长期以来高温/高压测量的麻烦，为 300MW， 600MW 和超临界锅炉的蒸汽测量，一级、二级减温水提供了积极有效的解决方案。在国内 外有了 800 多例的应用， 其中有 645 度/13.6mpa, 550 度/25.5mpa 的蒸汽， 428 度/33mpa， 200 度
16、/22.5mpa 的水；还有 50 度/21mpa 的天然气。更多的请参见附件。10 年来, 无论是中国市 场还是国外市场，还没有一种产品可以做到应用的宽度、广度和深度。 5 其主要的特点是探头的材料， 选择了 1.4828, 可以长期工作在 1040 度高温, 探头是整体 制造,没有任何焊点, 探头外部的护套有许多与用户管道相匹配的材料， 有 P91， 10CrMo9 10， 12CrMoV，1.4571以保证护套有效地与用户管道焊接， 5、安装工作量小，维护成本小：因为该传感器是插入式工作方式，具备安装方使，简 单的特点。 对于大多数的通径只是在管路中开一小孔。 德尔塔巴 DF25, 孔径
17、为 28 毫米， DF50 为 70 毫米，然后将探头导管与管道进行焊接，就基本完成了现场安装，工作量是安装孔板 的 40%。据德国 SYSTEC 多年安装经验，开孔需要 5 分钟，焊接探头套管 20 分钟，插入固 定探头 10 分钟，安装三阀组 5 分钟，装差压变送器 10 分钟，接线 10 分钟，整个过程大约 只需 60 分钟（一体化） 。插入式流量计的维护基本是免维护，探头本身有自清洗。每次检修 时，只要将法兰固定螺丝或者卡箍连接的螺母松开，就可以撤下探头检查。对于无法停车安 装的，可以进行不停车在线焊接、打孔和安装；对于无法停车检修的，可以通过安装在线插 拔装置，可以在线插拔出探头，进
18、行清洗和检查。 6、一体化/分体安装自由选择，德尔塔巴的探头是整整意义上的一体化探头，无论被测 介质是气体还是液体，或是高温的过热蒸汽，可以将差压探头、温度和压力的测量以及差压 变送器在一根探头上安装，在探头与差压送器之间的连接方式有 10 多种（选择） ，有专门为 过热蒸汽的冷凝器，有用于直接连接变送器的椭圆法兰，也有简单的 R1/2外螺纹，提供分 体/一体化安装的各种连接，能够满足各种需求。对于过热蒸汽，大多数产品均要求分体安 装，用户必须自己配冷凝器和其它配件。而德尔塔巴连同冷凝器，截止阀或者球阀均一并提 供，安全可靠，简单可行，是真正的一体化探头。 7、质量流量计算： 德尔塔巴的流量计
19、算基本是按照 ENISO 5167-1 标准（前 DIN952 标准，计算孔板的方 法）中指定的方法计算。具体是下列各计算公式： Qm : 质量流量，量纲为 kg/s; : 探头的阻力参数（阻断系数） ，无量纲； （每个探头有一个值，在计算报告中） d：管道的内径，单位为米；dp：差压，实测参数、单位为 pa=n/=kg/s2m B ：运行条件时的介质密度，单位为 kg/m3 所以， 根据差压、 内径、 探头自身提供的阻断系数和介质工作密度就可以计算质量流量。 问题是工作密度，可能需要温压补偿，通过查表的方式（B =f（t，P） ） ，或者调用（使用） 大多数 PLC 或者 DCS 中内置的标
20、准计算密度子程序。 对于气体， 需要确定具体的膨胀系数。 8、孔大不易堵：对于烟气测量或者带有颗粒的气体/液体测量，堵的问题是大多数用户 关心的问题。德国 SYSTEC 公司保证，若介质中尘埃不大于 150mg/m, 对于德尔塔巴的探 头不需要进行任何维护和吹扫。从流体力学角度出发，在流体中的任何形状的楔物，在前端 会出现流体堆积，使压力增高，在楔后压力减小，在运动中的尘埃无论高压有多大，低压有 多小，都会有可能进入楔中的孔。在流体静止时，由于布朗运动，尘埃更会进入楔内孔里。 所以问题不在于压力高低， 也不于任种截面， 而在于如何能让这些尘埃出来， 不堆积。 无疑， 定时吹扫是一个解决方案。德
21、国 SYSTEC 在探头上孔的分布和孔径上做了大量研究，孔径 大（8 毫米）异物容易进，也容易出；上下二个孔接近探头边缘(管道边缘)，异物不易堆积。 6 孔径小，无疑会造成不容易进，也不容易出，而进是绝对的，多少只是时间问题。其它产品 的孔要比德尔塔巴小得多。 9、吹扫装置（LSP） ： A，就严重的尘埃，当粉尘大于 150mg/m，可以使用在线吹扫设备。SYSTEC 提供的 吹扫装置是由一个 PLC 和五个电动阀组成，是串联在探头和变送器之间。吹扫间隔可以自 行选择 （0.5/ 1/ 2/ 4/ 8/ 12/ 24 小时） ， 每次吹扫持续为 520 秒不等， 基本不影响差压的测量。 若担心
22、吹扫会影响闭环控制，也可以选择压力保持系统。在线吹扫装置如图： B，在需要防爆的场合，可以使用连续吹扫。吹扫装置并接在引压管上，实现在线不间 断吹扫。装置由玻璃转子流量计和恒流阀及其它气动元件组成。 C，在线积算处理器（Flowcom） ：德国 SYSTEC 提供专业化的流量积算、瞬时流量和 质量流量的计算设备，提供各种介质的补偿公式和密度计算表格，该设备经 TV 的严格检 测和考核。 四、四、分析和小结分析和小结 德国 SYSTEC 公司的德尔塔巴（Deltaflow）产品是一种具有创新的高科技产品，产品 外形貌似简单, 隐含着高深的理论计算和大量地流体分析结论。 德尔塔巴流量探头具有的特 点是： 测量的介质广泛，可以测量气体，液体，蒸汽。 探头缺省材质优良，为 1.4571（316Ti）,可以根据介质要求选择其他材料，如 HC。 引压孔大，常用引压孔为 8mm，不容易堵。 量程比宽，为 30：1，小量程也可以测量。 可带温度、压力测量,进行温压补偿，测量更准确。 探头截面对称，可以双向测量。 在线插拔结构，可以在线带压安装和检修，满足无法停车工况要求。 直管段要求低(前 4D 后 3D)。 安装工作量小，基本免维护， 运行成本低：由于压损小，使管道中的动力损失就小，通常意义上讲，均速管的运行成 本只有孔板的十分之一。它的使用将大大降低运行成本，时间愈长，效果愈明显。
