淺談威力巴流量計原理及現場運用
摘 要：本文針對煤礦管道瓦斯輸送計量現狀，比較了傳統的管道瓦斯流量計量優缺點，重點介紹了一種非常適合測量煤層氣管道混合氣體流量的新技術——威力巴流量計。通過威力巴流量計的原理、特點，分析并比對得出其更適合于煤礦管道瓦斯計量的理論依據，并通過現場應用案例進一步證實其在管道瓦斯計量領域的優勢。
一、引言
由于我國煤礦瓦斯災害非常嚴重， 國有重點煤礦有348處高瓦斯和突出礦井；近幾年突出次數300多次/年，隨著礦井開采深度的加深和開采強度的加大， 礦井瓦斯涌出量和煤與瓦斯突出的危險性也相應增大。那么對于高瓦斯礦井進行瓦斯抽放、監控、治理就顯得尤為重要，煤炭企業必須加強瓦斯治理工作， 全面貫徹落實"先抽后采、監測監控、 以風定產"的瓦斯治理12字方針和"通 風可靠、抽采達標、監控有效、管理到 位"的十六字體系。
煤礦瓦斯又稱煤層氣，是賦存在煤 層中的烴類氣體，和天然氣一樣，主要成分是甲烷。許多高瓦斯礦井對抽出的瓦斯進行瓦斯發電或者用于民用燃料、 化工原料。故提高煤礦瓦斯利用率，擴大促進抽放規模已成為煤礦企業當前瓦斯防治工作重點。那么，對瓦斯抽采利用的監測監控，不但需要了解瓦斯量消耗的規律，更重要的是要掌握管道內流量或瓦斯濃度的實時變化情況，提高安全生產指數。對于管道內混合氣體流量大小由我院自主研發的GD3系列威力巴流量計來測量。
二、威力巴測量的工作原理
GD3系列威力巴流量計是近幾年發展起來的以差壓式、速率平均式流量技術為原理，由一體化威力巴傳感器、差壓變送器和流量積算儀等組成的測量系統。當流體流過威力巴傳感器時，在探桿的迎流測形成一個高壓分布區，其 壓力略高于管道靜壓；在探桿的側后兩 邊、流體與探桿的分離點處形成一個低壓分布區，其壓力略高于管道靜壓。傳感器設有按契比雪夫分布的3對取壓孔，分別引入管道對應點上的壓力。迎流面 為高壓取壓孔，讀取高壓平均值信號P1，后側壁為低壓取壓孔，讀取高壓平均值信號P2。將P1和P2分別引入差壓變送器，測得差壓△P；基于密閉管道中能量相互轉化的伯努利定律（在穩定流場情況下，管道中的流速與差壓的平方根成正比），故△P能實時反映管道內部流體流速的變化，由此推算出流體的標況體積體積流量公式：
式中：K為流量系數；ρ 為介質密 度；△P為差壓。根據威力巴探桿結構原理可見，威力巴流量計是 根據流體力學和空氣動力學設計的多組取壓孔，使得其在流體剖面十分復雜的情況下也能測得準確流速。威力巴流量探桿彈頭狀外形及前表面粗糙處理工藝使產生最精確壓力分布區和最穩定的壓力信號，介質流速最低可測至0.3m/s，最 高可測至35m/s，所以適用于正、負壓管道的總管、干管、支管及鉆場。
GD3系列威力巴流量計主要適用于 監測煤礦井下抽采管路及地面煤層氣綜 合利用管道計量，配接的表頭上的液晶顯示屏可以同時就地顯示瞬時標況混合流量、壓力、溫度和累計流量。表頭可以同時提供RS485總線、200Hz~1000Hz頻率和4MA~20MA電流3種通信信號輸出，用戶根據情況通過鍵盤進行簡單處理后，選擇其一適合自身需要的信號進行數據給上位機的遠程距離傳輸。
三、與其他傳統流量計性能比較
目前，運用于煤礦管道瓦斯計量的儀器設備種類較多；比較廣泛的有傳統的孔板、渦街、旋進漩渦及V錐流量計等。眾所周知的孔板傳統技術，因受原理和結構的限制，不但對于前后管道的直管道長度有相當高的要求，且容易 受管道內粉塵的影響，使粉塵會慢慢累積在孔板與管道內避連接處產生堵塞現 象，永久性壓力損失大，節流件邊緣易磨損而使精度隨使用時間的延長而迅速下降，需要定期維護，且流出系數易變化。渦街及旋進漩渦流量計屬于單點式測量，既對安裝的直管道要求較長又對管道的震動十分敏感，受自身測量精度影響一般只能測量最低流速不低于5m/s，測量精度還會受到流體中原始漩渦的影響，所以不適用于抽采管道流速 及流場不穩定且含有較多雜質的煤層氣計量；V錐流量計安裝對直管段要求短， 測量精度高、不堵塞、維護量小、測量下限可以控制到很低，但是安裝管段是法蘭式安裝，需要停氣安裝拆卸；在強制校準流量計時需停氣拆卸，仍然存在較大壓損。
四、結語
GD3威力巴流量計的測量精高度， 達到國家1.5級；多點測量管道內平均流 速，測量更準確；不受探桿插入深度影響，測量重復性好；本質防堵特型的設計大大降低了探桿被堵塞的幾率，使得現場運行穩定性好、維護量??；測量元件不直接接觸被測介質，調校方便；整機結構輕便、采用插入式的安裝方式工藝簡單易操作、管道內部無壓損；表頭輸出及顯示參數內容豐富、直觀；采用了自校準技術免日常維護，維護量大大降低；截止目前，GD3系列威力巴流量計在現場運用達2000余套，其中用量較多的比如淮北礦業集團、川煤集團、盤江精煤股份煤層氣利用開發公司等，尤其是在山西晉城煤業集團寺河煤礦煤層氣利用CDM項目，其計量的準確性和穩定性系統得到聯合國CDM項目驗收組專家的一致肯定及表揚，并建議相關煤炭企業在瓦斯抽采及利用計量裝置選購裝 備時予以優先考慮并廣泛應用于瓦斯抽放計量、井下抽放支管監測、風機在線監測系統及煤層氣利用CDM項目，盡早及時投入使用。
