压差法流速测量主要分为S型皮托管法及平均压差均速管（又称阿牛巴管）法两种。通常采用微差压变送器测量烟气动压，并根据烟气动压的平方根与流速成正比计算得到烟气流速。
（1）S型皮托管
1）测量原理
皮托管是测量烟气流速的传统技术。由于S型皮托管测压孔开口加大，不易被烟尘堵塞，易于用高压气体吹扫，保持测压孔开口的清洁，因此在烟气流速连续测量中得到应用。
S型皮托管由两根管组成，在测量端的两根管子头部开有大小相等方向相反的开口，一根管的开口面向气流方向测量全压，另一根管的开口背向气流方向测量静压。
采用斜管微压计或微差压变送器测量两根管的压力之差，即得到烟气动压：
烟气动压的平方根和流速成正比。
皮托管测速法的烟气流速vs计算如下：
式中 vs——烟气流速，m/s；
Kp——皮托管修正系数；
Pd——烟气动压，Pa；
ρ——烟气密度，kg/m3；
ts——烟气温度，℃；
Ms——烟气分子量，kg/kmol；
Pa——大气压力，Pa；
Ps——烟气静压，Pa。
2）烟气温度/压力测量
测量烟气流速必须在测量动压的同时测量烟气的温度、压力等参数。
用热电偶或热电阻测量烟气温度。常用的热电偶温度计有：镍铬-康铜，用于800℃以下烟气；镍铬-镍铝，用于1 300℃以下烟气；铂-铂铑，用于1 600℃以下烟气。热电阻温度计常用铂电阻温度计，通常用于测量500℃以下烟气。热电偶或热电阻测量烟气温度的误差应不大于±3℃。
测量大气压力可以使用大气压力计直接测出，也可以根据当地气象站给出的数值，加或减因测点与气象站标高不同所需的修正值，即标高每增加10 m，大气压力约减小110 Pa。
S型皮托管的结构参见图4.1。它是由两根相同的金属管并联组成，测量端有方向相反的两个开口，面向气流的开口测全压，背向气流的开口测得的压力小于静压，S型皮托管的测压孔较大，不易被烟尘堵塞，其修正系数为Kp=0.84±0.01。
图4.1 S型皮托管结构
3）皮托管流速仪的结构特点与使用要求
皮托管流速仪由皮托管测量探头及压差传感器组成。S型皮托管的结构与安装示意图参见图4.2。通常将皮托管与热电阻温度计组成一体化探头，并采用微差压变送器监测压力。检测信号送测量控制器并将烟气分子量Ms的估计值代入烟气流速vs的计算公式，就可以方便地计算出烟气流速vs。
图4.2 S型皮托管的结构与安装示意图
S型皮托管只能测量烟道内某一点的流速，而烟道内的烟气流场大多呈层流分布，因此皮托管的测量点必须选择在具有代表性、烟气流场必须稳定的测量点，并要求测压孔开口与烟气流动方向垂直，否则会产生测量误差。由于皮托管流速仪测量方法简单、可靠，探头安装及维护方便，价格也较便宜，已经广泛应用于烟气CEMS。皮托管流速仪与其他方法相比，其测量精度不高，测量孔易受烟尘堵塞。
皮托管流速仪通常都对探头采取反吹防尘、防堵及防腐蚀等措施。其反吹采用压缩空气气源，反吹压力0.4～0.7 MPa，反吹周期出厂时预设定为8 h一次，反吹持续时间5～10 s，反吹周期可以根据烟气含尘量调整。
保持皮托管正对气流测孔的表面清洁，是保证准确测量流速的重要条件。反吹时要注意反吹压力及时间，既要达到有效反吹效果，又要防止反吹气体冷却皮托管探头，造成烟气冷凝产生腐蚀。特别是皮托管用于湿法除尘、脱硫出口的烟气流速测量，由于烟温低、烟气湿度大，需要对皮托管采取耐腐蚀措施，如采用耐腐蚀材料316不锈钢管，或喷涂耐温的聚四氟乙烯防腐层。
由于安装地点的温度变化、震动、电磁干扰、静电等影响会造成流速仪的零点漂移，影响流速的准确测量，因此要定期自动校准仪器零点。
4）仪器与应用
皮托管实际测定的最小压差为5 Pa，能够测量烟气的最低流速约为（2～3）m/s，因此，推荐皮托管流速仪适用于在烟气流速大于5 m/s以上场合，否则影响烟气流速测量的准确性。
国产CEMS大多配套国产皮托管流速仪，国产皮托管流速仪产品类型较多，大多采用紧凑型组合式设计，能同时测量烟气流速、压力、温度。仪器具有自动反吹、自动校准和速度场系数设定等功能，较好解决了烟气流速测量中面对高温、高粉尘、高腐蚀和流场紊乱等造成的磨损、堵塞、腐蚀等技术难题。
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图4.3 南京埃森公司生产的皮托管流速仪
以南京埃森公司系列皮托管流速仪（图4.3）为例，VPT511BF-A型皮托管流速仪的主要技术参数如下：
•烟气流速测量范围：0～40 m/s。
•测量误差：当流速10≤v≤40时，相对误差不超过±10%；当流速5≤v≤10时，相对误差不超过±12%。
•分辨率：0.1 m/s。
•响应时间：≤20 s。
•烟气温度测量范围：0～300℃（可定制）。
•烟气压力测量范围：-2 500～+2 500 Pa（可定制）。
•探杆：标准长度1.6 m（可定制）。
•输出信号：3组4～20 mA。
•手动/自动校准零点功能。
•手动/自动反吹功能，自动反吹时间可设定，反吹时信号保持功能。
•流速场系数可设定。
•工作环境温度范围：-20～55℃。
•安装方式：DN65法兰连接。
（2）平均压差均速管
1）原理与结构
平均压差均速管（阿牛巴管，简称均速管）是皮托管的改进形式。阿牛巴管流速仪的测量原理参见图4.4。管上开有4个或4个以上的孔，该测孔位置与圆形烟道截面同心圆中心线与直径线的焦点一致，或与矩形烟道截面上设置的手工方法测定（一个测孔）流速的测点一致，面对气流方向的测孔（高压测孔），测出烟道直径范围内或测量线上烟气的平均碰撞压力（全压）；位于高压测孔后面的测孔，测得的烟气压力小于静压。
图4.4 阿牛巴管流速测量仪测量原理
阿牛巴管仅能测定烟道一条直径线上烟气的平均流速，如果安装相互垂直的两个阿牛巴管，则能更准确测量烟气流速。
2）安装与使用
阿牛巴管测量烟气流速的系统配置参见图4.5。
图4.5 阿牛巴均速管测量烟气流速系统
阿牛巴管的测量孔与S型皮托管一样存在易受烟尘堵塞及腐蚀问题，需要采取反吹清洁及防腐蚀措施。由于管上的开孔增多，需要保证反吹气体的压力，否则压力降低将会影响吹扫的效果，影响准确度。
在阿牛巴管中，由于面对气流的测孔的烟气压力不同，存在气体流动问题，会影响测量的准确度。另外，阿牛巴管测量管长度不宜过长，一般控制在2 m之内，防止长期使用后测量管可能发生形变，不利于维护和更换。
（3）S型皮托管与均速管的优缺点比较
①两种测量方法均简单可靠；探头易于拔出和插入，维修方便成本较低，价格比较便宜。
②皮托管只能测量某一点的流速，均速管可测几个点的平均流速，相对比较准确。
③流量系数不易求准，低微差压计稳定性较差，精度较低，因而皮托管与均速管的测量精度不高，皮托管为±10%，均速管为±2.5～±4%。
④两种方法均易受颗粒物堵塞，需频繁反吹清洁，维护量较大。
（4）多点平均式差压测量系统
一般推荐采用多点平均式差压测量系统，其各种测量的结构方式参见图4.6。
图4.6 多点平均式差压测量系统
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