差壓式流量計(jì)的選用直接關(guān)系到差壓式流量計(jì)長期可靠、穩(wěn)定和精確測(cè)量，《差壓式流量計(jì)的選用(二)》著重介紹差壓式流量計(jì)應(yīng)用概況和選用考慮要點(diǎn)。
三、差壓式流量計(jì)應(yīng)用概況和選用考慮要點(diǎn)
1、應(yīng)用概況
差壓式流量計(jì)應(yīng)用的領(lǐng)域特別廣泛，在封閉管道的流量測(cè)量中各種測(cè)量對(duì)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(dòng)條件方面：亞音速、音速、脈動(dòng)流等。幾十年來對(duì)上述各種測(cè)量對(duì)象的研究積累了大量試驗(yàn)資料，其中較成熟的已列入標(biāo)準(zhǔn)文件，如有關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)、國家標(biāo)準(zhǔn)。從使用量看，差壓式流量計(jì)亦居各種流量計(jì)的首位，一般選用時(shí)皆優(yōu)先考慮它。它在各工業(yè)部門的用量約占流量計(jì)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?jǐn)?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(jì)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(jì)的測(cè)量口徑與管徑相同，為了調(diào)整測(cè)量信號(hào)與流量的關(guān)系可以設(shè)計(jì)不同的節(jié)流件直徑比β值，但應(yīng)指出，其中動(dòng)壓頭式是依據(jù)管道內(nèi)流速大小獲得信號(hào)，當(dāng)流速較低時(shí)(低靜壓、大管徑氣體流量測(cè)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(hào)值。差壓式流量計(jì)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(jì)的檢測(cè)件除標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置，皆需實(shí)流校準(zhǔn)才能獲得可靠、精確的流出系數(shù)，應(yīng)該注意，在實(shí)驗(yàn)室里校準(zhǔn)得到的流出系統(tǒng)在現(xiàn)場(chǎng)并不一定仍維持其值，現(xiàn)場(chǎng)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(jìn)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(chǎng)流體物性的準(zhǔn)確確定對(duì)測(cè)量精度亦有很大影響，由于被測(cè)介質(zhì)種類不斷地增加，這方面資料有時(shí)跟不上需要，這是一個(gè)重要的問題。
應(yīng)該指出，差壓式流量計(jì)是一種從設(shè)計(jì)、制造到安裝、使用都要求嚴(yán)格，只要其中一個(gè)環(huán)節(jié)稍加不慎都可能造成很大誤差，在《差壓式流量計(jì)的選用(一)》中已列舉了應(yīng)著重檢查的問題可供使用時(shí)參考。按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T2624-2006只有符合標(biāo)準(zhǔn)才能給出測(cè)量的不確定度。但是，現(xiàn)場(chǎng)完全符合標(biāo)準(zhǔn)可以說比偏離的要少，這就要求使用者注意偏離標(biāo)準(zhǔn)的研究，這方面已有較多資料可參考。
重復(fù)性是測(cè)量的精密度，一般認(rèn)為節(jié)流式差壓流量計(jì)的精密度不如其它新型流量計(jì)(如渦輪、電磁、渦街等)，但在水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置上進(jìn)行校準(zhǔn)說明，此類流量計(jì)的重復(fù)性有可能在±0.3%，實(shí)際應(yīng)用時(shí)因受流體物性及流動(dòng)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(hào)為模擬量，其幅度變動(dòng)與差壓計(jì)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(cè)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(jì)的輸出信號(hào)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(tái)差壓變送器并聯(lián)使用可擴(kuò)大范圍度，已有范圍度達(dá)180:1的儀表問世。擴(kuò)大范圍度另一辦法是采用線性孔板。
③壓力損失
一般認(rèn)為差壓流量計(jì)的壓損較大，是它的一個(gè)缺點(diǎn)，實(shí)際上在節(jié)流式檢測(cè)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(shí)壓損較大。能不能更多地使用壓損小的檢測(cè)件呢？這是節(jié)流式差壓流量計(jì)的一個(gè)重要課題，相信在進(jìn)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(cè)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(jì)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(jì)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(duì)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(shí)不能僅用壓力、溫度修正，還應(yīng)考慮組分變動(dòng)的影響，最好采用在線密度計(jì)進(jìn)行修正。密度值的確定方法不同，配備的測(cè)試儀表及整套流量計(jì)的價(jià)格亦不同，應(yīng)該從實(shí)際需要的測(cè)量精度來定。流體密度及其波動(dòng)情況一般應(yīng)由用戶負(fù)責(zé)提供，在差壓式流量計(jì)投用后，應(yīng)再核對(duì)實(shí)際情況與提供設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)是否相符，它是影響現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量精度的重要因素。
②粘度
流體粘度有二個(gè)用處：一是計(jì)算雷諾數(shù)；二是判別流體是否為牛頓流體。計(jì)算雷諾數(shù)所用粘度的精度要求可低些(5%以上即可)，因?yàn)槔字Z數(shù)與流出系數(shù)的關(guān)系在雷諾數(shù)超過一定界限時(shí)可認(rèn)為恒定。標(biāo)準(zhǔn)型差壓式流量計(jì)的一個(gè)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(gè)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(shí)，氣體密度的計(jì)算需考慮氣體壓縮系數(shù)，這個(gè)參數(shù)是氣體組分、壓力和溫度的函數(shù)。在天然氣流量測(cè)量中氣體壓縮系統(tǒng)的精確確定是很重要的，它是影響測(cè)量精度的一個(gè)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(shí)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(shí)的份量，即氣體濕度是影響氣體密度的重要因素，又因?yàn)闅怏w濕度大小與工作壓力和溫度有關(guān)，在使用時(shí)它是一個(gè)變動(dòng)的量。城市煤氣的精確計(jì)量受這個(gè)參數(shù)影響，引起計(jì)量糾紛是一個(gè)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(cè)件，使測(cè)量精度受到影響；另一是流體對(duì)管道材質(zhì)的腐蝕，使管壁剝落造成流體臟污使檢測(cè)件積垢堵塞影響工作的可靠性。腐蝕性對(duì)孔板流量計(jì)孔板入口直角銳利度產(chǎn)生不利影響，當(dāng)然對(duì)管壁也會(huì)產(chǎn)生影響。臟污流體對(duì)差壓式流量計(jì)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(duì)差壓式流量計(jì)的影響通常是漸變的，開始投用時(shí)并無問題，隨著使用時(shí)間的增長而逐漸發(fā)生變化，對(duì)測(cè)量精度的影響亦是在逐漸加大，這是最危險(xiǎn)的。
⑥混相(多相)流
混相流有以下一些特點(diǎn)：
a、流動(dòng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，流動(dòng)形態(tài)多樣及不均勻，使流體流動(dòng)呈現(xiàn)極為復(fù)雜的情況；
b、流動(dòng)中常伴隨著熱介質(zhì)的相變問題，而相變的臨界點(diǎn)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(diǎn)，對(duì)儀表檢測(cè)件提出苛刻的要求；
d、在水平與垂直管道中流動(dòng)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(diǎn)的選取及檢測(cè)件安裝皆有嚴(yán)格要求。
在混相流中，兩相流占大多數(shù)，已經(jīng)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置測(cè)量兩相流的基礎(chǔ)理論進(jìn)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(jì)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(shí)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(zhǔn)型差壓式流量計(jì)要保持幾何相似和動(dòng)力相似，其流出系數(shù)才能與標(biāo)準(zhǔn)確定的值相等，安裝規(guī)范化是保證這二個(gè)相似的很重要的方面。例如標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定節(jié)流件入口前必須是充分發(fā)展管流，流動(dòng)必須是穩(wěn)定的(定常流)。這二個(gè)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(dòng)為脈動(dòng)流時(shí)，檢測(cè)件安裝位置應(yīng)遠(yuǎn)離脈動(dòng)源或采取阻尼措施。另外，對(duì)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(zhǔn)都有詳細(xì)規(guī)定，這些規(guī)定必須嚴(yán)格遵守，偏離標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)生的誤差往往是無法估計(jì)的。
①上下游管線
進(jìn)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(zhǔn)節(jié)流裝置的工作條件要求，現(xiàn)場(chǎng)各種阻流件對(duì)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(fèi)巨大代價(jià)長期試驗(yàn)的總結(jié)。遺憾地是現(xiàn)場(chǎng)阻流件類型遠(yuǎn)不止這些，尤其是許多復(fù)合型阻流件使管道內(nèi)流場(chǎng)狀況難以預(yù)測(cè)，使用時(shí)要小心謹(jǐn)慎。
②差壓信號(hào)管路
差壓信號(hào)管路是差壓式流量計(jì)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(hào)管路的敷設(shè)要遵守標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，偏離規(guī)定產(chǎn)生的測(cè)量誤差很難預(yù)測(cè)。差壓信號(hào)管路包括取壓口，引壓管線和輔助管件是此類流量計(jì)的薄弱環(huán)節(jié)，易產(chǎn)生堵塞、凍結(jié)及信號(hào)失真等問題。
③非定常流及脈動(dòng)流
ISO5167規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)只適用于穩(wěn)定流動(dòng)，它用含混詞語規(guī)定流體通過測(cè)量段的流動(dòng)是穩(wěn)定的或僅隨時(shí)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(cè)量脈動(dòng)流流量》中有一個(gè)脈動(dòng)流與穩(wěn)定流的定量界限。
差壓式流量計(jì)測(cè)量脈動(dòng)流量可能帶來無法預(yù)計(jì)的誤差，在萬不得已采用時(shí)，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(jì)檢測(cè)中盡量遠(yuǎn)離脈動(dòng)源；
◆差壓式流量計(jì)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(cè)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(duì)稱且盡量短。
5、環(huán)境條件
差壓式流量計(jì)由檢測(cè)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(duì)大氣環(huán)境條件、電氣干擾、環(huán)境防爆及振動(dòng)等都有嚴(yán)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(duì)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(hào)管路盡量縮短，差壓變送器安裝于工藝管線附近，現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)腐蝕性氣氛的侵蝕。冬天，在我國北方差壓信號(hào)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(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)經(jīng)長距離傳輸?shù)?a href="http://m.prosperiteweb.com/product/list_75.html" target="_blank">流量積算儀，這時(shí)各種非信號(hào)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(jī)、大電流導(dǎo)線等周圍都有較強(qiáng)的交流磁場(chǎng)，儀表信號(hào)線從其附近通過時(shí)，會(huì)受交流磁場(chǎng)影響而產(chǎn)生橫向干擾電勢(shì)，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(chǎng)往往含有各種各樣易燃、易爆物體，在這種場(chǎng)合可采用本安或防爆差壓變送器。
6、經(jīng)濟(jì)方面
與其它類型流量計(jì)相比，差壓式流量計(jì)的檢測(cè)件(節(jié)流裝置，特別是均速管)的購置費(fèi)比較便宜，尤其是標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置，無須實(shí)流校準(zhǔn)，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(jì)尚有差壓變送器和流量積算儀等，整套差壓式流量計(jì)的價(jià)格就不一定便宜了。
差壓式流量計(jì)的差壓信號(hào)管路在較長距離安裝時(shí)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(chǎng)安裝要考慮防護(hù)措施，這樣安裝費(fèi)用也就增加了。
運(yùn)行費(fèi)用主要為工作時(shí)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(cè)量時(shí)應(yīng)特別注意其能量消耗，曾計(jì)算過大口徑(φ1000mm)水流量孔板流量計(jì)年泵送能耗需幾萬元，遠(yuǎn)超過儀表本身的價(jià)格，這時(shí)選用其它壓損小的流量計(jì)，如文丘利管或電磁流量計(jì)要合算些。
與其它類型流量計(jì)比較，標(biāo)準(zhǔn)型差壓式流量計(jì)無異具有優(yōu)勢(shì)，它無須實(shí)流校準(zhǔn)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(jì)由于與流體接觸的部分(檢測(cè)件)牢固可靠，使用期較長，相對(duì)于檢測(cè)件有活動(dòng)部件的流量計(jì)(如渦輪、容積式流量計(jì))維護(hù)量較少，它的維護(hù)主要在差壓變送器及流量積算儀，差壓變送器需定期校驗(yàn)，其校驗(yàn)費(fèi)不高。差壓式流量計(jì)昂貴部分(差壓變送器、流量積算)通用性強(qiáng)，在大中型企業(yè)一般用量都較多(幾十到幾百臺(tái))，其備品備件相對(duì)較省。
作者：孫淮清
相關(guān)閱讀
差壓式流量計(jì)常用計(jì)算公式及計(jì)算實(shí)例
最小直管段已符合要求,為何差壓式流量計(jì)不能用
