差壓式流量計的選用直接關(guān)系到差壓式流量計長期可靠、穩(wěn)定和精確測量，《差壓式流量計的選用(二)》著重介紹差壓式流量計應(yīng)用概況和選用考慮要點。
三、差壓式流量計應(yīng)用概況和選用考慮要點
1、應(yīng)用概況
差壓式流量計應(yīng)用的領(lǐng)域特別廣泛，在封閉管道的流量測量中各種測量對象都有應(yīng)用。如流體方面：單相、混相、潔凈、臟污、粘性流等、工作狀態(tài)方面：常壓、高壓、真空、常溫、高溫、低溫等；管徑方面：從幾mm到幾m；流動條件方面：亞音速、音速、脈動流等。幾十年來對上述各種測量對象的研究積累了大量試驗資料，其中較成熟的已列入標(biāo)準文件，如有關(guān)國際標(biāo)準、國家標(biāo)準。從使用量看，差壓式流量計亦居各種流量計的首位，一般選用時皆優(yōu)先考慮它。它在各工業(yè)部門的用量約占流量計全部用量的1/4-3/4，所占份額與行業(yè)情況有關(guān)，如冶金、電力部門百分數(shù)要高些，而化工、食品、醫(yī)藥等部門則低些。
2、差壓式流量計性能
①流量范圍、范圍度、精度、重復(fù)性
一般情況下，差壓式流量計的測量口徑與管徑相同，為了調(diào)整測量信號與流量的關(guān)系可以設(shè)計不同的節(jié)流件直徑比β值，但應(yīng)指出，其中動壓頭式是依據(jù)管道內(nèi)流速大小獲得信號，當(dāng)流速較低時(低靜壓、大管徑氣體流量測量常遇到的情況)亦可采取配不同管徑(如收縮管)來提高信號值。差壓式流量計上限流量不受限制，但下限流量受范圍度窄的限制，一般只工作于上限流量的25%-30%。
差壓式量計的檢測件除標(biāo)準節(jié)流裝置，皆需實流校準才能獲得可靠、精確的流出系數(shù)，應(yīng)該注意，在實驗室里校準得到的流出系統(tǒng)在現(xiàn)場并不一定仍維持其值，現(xiàn)場安裝情況是影響流出系統(tǒng)的重要因素。如果直管段長度不夠，進入節(jié)流。
裝置的流體流速分布為非充分發(fā)展管流，則流出系數(shù)將發(fā)生偏移。除此以外，現(xiàn)場流體物性的準確確定對測量精度亦有很大影響，由于被測介質(zhì)種類不斷地增加，這方面資料有時跟不上需要，這是一個重要的問題。
應(yīng)該指出，差壓式流量計是一種從設(shè)計、制造到安裝、使用都要求嚴格，只要其中一個環(huán)節(jié)稍加不慎都可能造成很大誤差，在《差壓式流量計的選用(一)》中已列舉了應(yīng)著重檢查的問題可供使用時參考。按照國家標(biāo)準GB/T2624-2006只有符合標(biāo)準才能給出測量的不確定度。但是，現(xiàn)場完全符合標(biāo)準可以說比偏離的要少，這就要求使用者注意偏離標(biāo)準的研究，這方面已有較多資料可參考。
重復(fù)性是測量的精密度，一般認為節(jié)流式差壓流量計的精密度不如其它新型流量計(如渦輪、電磁、渦街等)，但在水流量標(biāo)準裝置上進行校準說明，此類流量計的重復(fù)性有可能在±0.3%，實際應(yīng)用時因受流體物性及流動特性的干擾表現(xiàn)出重復(fù)性較差，這是要區(qū)分的。此外，由于輸出信號為模擬量，其幅度變動與差壓計的重復(fù)性密切相關(guān)，故要取得較高的重復(fù)性不僅僅是檢測件，引壓管線及差壓變送器的質(zhì)量都要注意。
②線性度
差壓式流量計的輸出信號與流量成平方關(guān)系，為非線性儀表，是范圍度窄的原因。現(xiàn)在采用寬量程差壓變送器及多臺差壓變送器并聯(lián)使用可擴大范圍度，已有范圍度達180:1的儀表問世。擴大范圍度另一辦法是采用線性孔板。
③壓力損失
一般認為差壓流量計的壓損較大，是它的一個缺點，實際上在節(jié)流式檢測件中亦有壓損小的，如流量管之類，至于均速管其壓損就更小了。遺憾地是通常使用的孔板和噴嘴等確實壓損較大。能不能更多地使用壓損小的檢測件呢？這是節(jié)流式差壓流量計的一個重要課題，相信在進行更多工作后是有可能辦到的。
3、流體特性
流體特性分兩種情況考慮，一為流體的物理性質(zhì)(物性)，如密度、粘度等直接影響流量的測量精度；另一為流體的腐蝕、磨蝕、臟污等性質(zhì)，影響差壓式流量計使用的可靠性。
①密度
流體密度的確定至關(guān)重要，在差壓式流量計原理中已經(jīng)闡述。密度為流體組分、壓力和溫度等參數(shù)的函數(shù)，對于氣體和蒸氣，一般需考慮壓力、溫度的修正。在有些情況下，流體組分是變化的，如煙氣、瓦斯等，這時不能僅用壓力、溫度修正，還應(yīng)考慮組分變動的影響，最好采用在線密度計進行修正。密度值的確定方法不同，配備的測試儀表及整套流量計的價格亦不同，應(yīng)該從實際需要的測量精度來定。流體密度及其波動情況一般應(yīng)由用戶負責(zé)提供，在差壓式流量計投用后，應(yīng)再核對實際情況與提供設(shè)計數(shù)據(jù)是否相符，它是影響現(xiàn)場測量精度的重要因素。
②粘度
流體粘度有二個用處：一是計算雷諾數(shù)；二是判別流體是否為牛頓流體。計算雷諾數(shù)所用粘度的精度要求可低些(5%以上即可)，因為雷諾數(shù)與流出系數(shù)的關(guān)系在雷諾數(shù)超過一定界限時可認為恒定。標(biāo)準型差壓式流量計的一個工作條件是流體必須為牛頓流體。隨著化工、石油化工、食品等工業(yè)的發(fā)展，非牛頓流體增多，在使用中應(yīng)注意這個問題。
③氣體壓縮系數(shù)
當(dāng)氣體工作于高壓、低溫等工作狀態(tài)時，氣體密度的計算需考慮氣體壓縮系數(shù)，這個參數(shù)是氣體組分、壓力和溫度的函數(shù)。在天然氣流量測量中氣體壓縮系統(tǒng)的精確確定是很重要的，它是影響測量精度的一個關(guān)鍵參數(shù)。由于天然氣組分及工作狀態(tài)的多樣性，已經(jīng)發(fā)表許多壓縮系數(shù)的數(shù)學(xué)式，它們的使用范圍、精度皆不一樣，要根據(jù)實際需要選用。
④氣體濕度
氣體中含有的水蒸氣在未飽和狀態(tài)時的份量，即氣體濕度是影響氣體密度的重要因素，又因為氣體濕度大小與工作壓力和溫度有關(guān)，在使用時它是一個變動的量。城市煤氣的精確計量受這個參數(shù)影響，引起計量糾紛是一個亟待解決的問題。
⑤流體腐蝕性、磨蝕性與臟污
流體腐蝕性有兩方面影響：一是流體腐蝕直接破壞檢測件，使測量精度受到影響；另一是流體對管道材質(zhì)的腐蝕，使管壁剝落造成流體臟污使檢測件積垢堵塞影響工作的可靠性。腐蝕性對孔板流量計孔板入口直角銳利度產(chǎn)生不利影響，當(dāng)然對管壁也會產(chǎn)生影響。臟污流體對差壓式流量計的最大威脅是堵塞取壓口及引壓管線，在節(jié)流件前殘留渣垢使流出系數(shù)發(fā)生變化。流體上述一些特性對差壓式流量計的影響通常是漸變的，開始投用時并無問題，隨著使用時間的增長而逐漸發(fā)生變化，對測量精度的影響亦是在逐漸加大，這是最危險的。
⑥混相(多相)流
混相流有以下一些特點：
a、流動結(jié)構(gòu)復(fù)雜，流動形態(tài)多樣及不均勻，使流體流動呈現(xiàn)極為復(fù)雜的情況；
b、流動中常伴隨著熱介質(zhì)的相變問題，而相變的臨界點又與溫度、壓力等密切相關(guān)，所以混相流中壓力與溫度的穩(wěn)定極為重要；
c、流體中常具有粘結(jié)、易堵塞、易腐蝕儀表的特點，對儀表檢測件提出苛刻的要求；
d、在水平與垂直管道中流動結(jié)構(gòu)、形態(tài)及其描述的數(shù)學(xué)模型都不同，故采樣點的選取及檢測件安裝皆有嚴格要求。
在混相流中，兩相流占大多數(shù)，已經(jīng)對標(biāo)準節(jié)流裝置測量兩相流的基礎(chǔ)理論進行較深入的探討，總結(jié)出采用均相模型及分相模型的流量計算式。
混相流與單相流相比有許多特殊問題需要探討，如混合物的密度、空隙率及滑移等，當(dāng)介質(zhì)種類、組成及工作狀態(tài)(壓力、溫度)不同時它們都有差別，因此其數(shù)學(xué)模型的使用條件要特別注意。
4、安裝
使用標(biāo)準型差壓式流量計要保持幾何相似和動力相似，其流出系數(shù)才能與標(biāo)準確定的值相等，安裝規(guī)范化是保證這二個相似的很重要的方面。例如標(biāo)準規(guī)定節(jié)流件入口前必須是充分發(fā)展管流，流動必須是穩(wěn)定的(定常流)。這二個條件要求節(jié)流裝置上下直管段長度要根據(jù)阻流件類型而定，當(dāng)流動為脈動流時，檢測件安裝位置應(yīng)遠離脈動源或采取阻尼措施。另外，對管道外觀及內(nèi)壁狀況、管段連接情況、取壓口結(jié)構(gòu)以及引壓管線的布置等標(biāo)準都有詳細規(guī)定，這些規(guī)定必須嚴格遵守，偏離標(biāo)準產(chǎn)生的誤差往往是無法估計的。
①上下游管線
進入節(jié)流件前，流體流速分布需為充分發(fā)展管流，這是標(biāo)準節(jié)流裝置的工作條件要求，現(xiàn)場各種阻流件對流速分布的干擾主要為兩種；速度分布畸變和旋轉(zhuǎn)流。ISO5167規(guī)定幾種典型阻流件所需的直管段長度，它是全世界流量界花費巨大代價長期試驗的總結(jié)。遺憾地是現(xiàn)場阻流件類型遠不止這些，尤其是許多復(fù)合型阻流件使管道內(nèi)流場狀況難以預(yù)測，使用時要小心謹慎。
②差壓信號管路
差壓信號管路是差壓式流量計的重要組成部分，為了保證節(jié)流裝置的輸出差壓可靠、正確地傳送到差壓變送器，差壓信號管路的敷設(shè)要遵守標(biāo)準的規(guī)定，偏離規(guī)定產(chǎn)生的測量誤差很難預(yù)測。差壓信號管路包括取壓口，引壓管線和輔助管件是此類流量計的薄弱環(huán)節(jié)，易產(chǎn)生堵塞、凍結(jié)及信號失真等問題。
③非定常流及脈動流
ISO5167規(guī)定標(biāo)準只適用于穩(wěn)定流動，它用含混詞語規(guī)定流體通過測量段的流動是穩(wěn)定的或僅隨時間緩慢變化，沒有定量的規(guī)定，在ISO/TR313(用孔板、噴嘴與文丘里管測量脈動流流量》中有一個脈動流與穩(wěn)定流的定量界限。
差壓式流量計測量脈動流量可能帶來無法預(yù)計的誤差，在萬不得已采用時，最好采取以下措施：
◆在管線上采取衰減措施，安置濾波器(由容器與管阻組成)；
◆差壓式流量計檢測中盡量遠離脈動源；
◆差壓式流量計盡量裝在供給源的吸入端。而不裝在輸出端；
◆采用盡量大的β和△P，在測量處減少管線尺寸；
◆管線、儀表支架安裝牢固；
◆二根差壓引壓管阻力要對稱且盡量短。
5、環(huán)境條件
差壓式流量計由檢測件(節(jié)流裝置或均速管)、差壓變送器和流量積算儀三部分組成，后面二部分對大氣環(huán)境條件、電氣干擾、環(huán)境防爆及振動等都有嚴格要求。
①大氣環(huán)境條件
一般流量積算儀安裝在儀表控制室，對大氣環(huán)境條件的要求與其它控制儀表一樣。為了使差壓信號管路盡量縮短，差壓變送器安裝于工藝管線附近，現(xiàn)場的大氣環(huán)境條件較差，最好特制儀表箱，把差壓變送器裝在儀表箱內(nèi)，以防日曬雨淋及現(xiàn)場腐蝕性氣氛的侵蝕。冬天，在我國北方差壓信號管路需要采取防凍措施。
②電氣干擾
差壓變送器把差壓信號轉(zhuǎn)換為電信號經(jīng)長距離傳輸?shù)?a href="http://www.gsipv.com/product/list_75.html" target="_blank">流量積算儀，這時各種非信號電量輸入流量積算儀，應(yīng)采取有效的抗干擾措施。干擾來源一般應(yīng)注意大功率變壓器、交流電機、大電流導(dǎo)線等周圍都有較強的交流磁場，儀表信號線從其附近通過時，會受交流磁場影響而產(chǎn)生橫向干擾電勢，其它尚有電容性耦合干擾、地電流干擾等。
③防爆問題
在工業(yè)生產(chǎn)過程中，特別是化工、石油化工等生產(chǎn)過程，生產(chǎn)現(xiàn)場往往含有各種各樣易燃、易爆物體，在這種場合可采用本安或防爆差壓變送器。
6、經(jīng)濟方面
與其它類型流量計相比，差壓式流量計的檢測件(節(jié)流裝置，特別是均速管)的購置費比較便宜，尤其是標(biāo)準節(jié)流裝置，無須實流校準，無論產(chǎn)品生產(chǎn)或周期檢定都給生產(chǎn)和使用帶來很大好處，但是不要忘記，整套流量計尚有差壓變送器和流量積算儀等，整套差壓式流量計的價格就不一定便宜了。
差壓式流量計的差壓信號管路在較長距離安裝時比較麻煩，需考慮排污、消氣等問題，最好盡量縮短長度把差壓變送器安裝于工藝管線附近，但差壓變送器現(xiàn)場安裝要考慮防護措施，這樣安裝費用也就增加了。
運行費用主要為工作時的能量消耗，常用的節(jié)流裝置孔板和噴嘴等壓損大，在大口徑流量測量時應(yīng)特別注意其能量消耗，曾計算過大口徑(φ1000mm)水流量孔板流量計年泵送能耗需幾萬元，遠超過儀表本身的價格，這時選用其它壓損小的流量計，如文丘利管或電磁流量計要合算些。
與其它類型流量計比較，標(biāo)準型差壓式流量計無異具有優(yōu)勢，它無須實流校準即可投用，使用后定期檢定只需檢查幾何尺寸，給生產(chǎn)與使用帶來極大方便。
差壓式流量計由于與流體接觸的部分(檢測件)牢固可靠，使用期較長，相對于檢測件有活動部件的流量計(如渦輪、容積式流量計)維護量較少，它的維護主要在差壓變送器及流量積算儀，差壓變送器需定期校驗，其校驗費不高。差壓式流量計昂貴部分(差壓變送器、流量積算)通用性強，在大中型企業(yè)一般用量都較多(幾十到幾百臺)，其備品備件相對較省。
作者：孫淮清
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