摘要(yao):孔闆流量計 設(she)計技術成熟、結(jié)構簡單，是石油(you)化工等工業領(lǐng)域測🐪量流體流(liú)量的主要設備(bei)。針對孔闆流量(liàng)計長期❗使用過(guo)程㊙️中測量誤差(cha)增大、精度下降(jiang)問題，基于孔闆(pan)流量🚶計的工作(zuo)原理🥵，分析了直(zhi)徑比β、流出系數(shu)C、可壓縮流體密(mi)度ρ1等物理參數(shù)變化以及導壓(yā)管差壓Δp傳送失(shi)真等對測量精(jīng)度的影響。在此(cǐ)基礎上，提出了(le)對孔闆進行合(hé)理設計與選材(cái)，降低孔闆腐蝕(shí)率;對孔闆進🙇🏻行(háng)正确安裝，保💋證(zhèng)孔闆前後壓差(cha)的可靠💜性;直管(guǎn)段規範安裝，并(bìng)在檢修期間嚴(yan)👅格清理孔闆和(hé)直管段⁉️以降低(dī)直徑比β以及流(liu)出系數C的變⭐化(huà)對📧測量結果的(de)影響;采用智💯能(néng)儀表，實施溫壓(yā)補償，對🤩計量過(guo)程中參數進行(háng)在⭐線計算和校(xiao)等多種改進㊙️措(cuo)施，力求達到降(jiàng)低誤差、提高計(jì)量結果正确的(de)目的。
0引言
　　計量(liang)誤差指計量結(jié)果與真值的偏(piān)離程度，計量結(jié)果越接🙇‍♀️近真值(zhí)，其正确率越高(gao)。以節流裝置爲(wèi)檢測🤟元件的差(chà)🏃‍♂️壓式流量計，用(yòng)于氣體、液體和(hé)蒸汽的流量測(cè)量，被廣泛🏃‍♂️應用(yòng)于石油、化工、冶(yě)金🌍、電力、供熱、供(gòng)水等領域，實現(xian)對生産過程的(de)監控以及能源(yuán)的計量。其主要(yào)原因是該 差壓(ya)式流量計 具有(you)相對簡單的結(jié)構、成熟的設計(jì)技術、較低的生(shēng)産成📱本和穩定(dìng)、可靠的性能等(deng)特點。但是在流(liu)量計的使用過(guo)程中，由于各種(zhǒng)因素(如孔闆腐(fu)蝕磨損、測量範(fàn)圍度較窄、現場(chang)安裝的要求不(bu)達标、引壓管線(xiàn)維護不到位等(děng))，會造💛成一系列(liè)計量誤差，使測(cè)量精🛀度下降。如(ru)何正确設計、安(an)㊙️裝、維護流量計(ji)，減小計量誤差(chà)，提高計量精度(dù)，是每一個流量(liàng)計量工作🐕者的(de)工作重點［1-3］。
　　差壓(ya)式流量計由檢(jiǎn)測元件、 差壓變(bian)送器 以及流量(liang)顯示儀表組成(chéng)。檢測元件有多(duō)種，如節流孔闆(pǎn)、噴嘴和文丘裏(lǐ)管等。其中，節流(liú)孔闆以加工方(fang)便、穩定性💋好等(děng)優點，應用較爲(wei)普遍。
1孔闆流量(liang)計工作原理
　　節(jiē)流裝置測量原(yuán)理如圖1所示。流(liu)體流經孔闆時(shí)，由于孔闆孔徑(jìng)小于管徑，會造(zao)成流束的急劇(ju)收縮，流⭕速增加(jiā)，動能的增大來(lai)自壓力能的減(jiǎn)小。流體流過孔(kong)闆後壓力降低(di)，孔闆前後壓力(li)不相💰等，産生壓(ya)差。

　　根據流(liu)體流動連續性(xing)原理和伯努利(li)方程(能量守恒(heng)定律)可知［4］，節流(liu)式差壓流量計(jì)可壓縮流體流(liu)量🌏計算公式爲(wèi):

　　式中:qv爲單位體(ti)積流量，m3/s;C爲流出(chu)系數;d爲工作條(tiáo)件下節流孔闆(pǎn)開孔直徑，m;β爲孔(kǒng)闆開孔直徑與(yu)管道内徑👈之比(bǐ);Δp爲節流孔闆前(qian)後差壓，Pa;ε、ρ1分别爲(wei)節流孔闆正端(duan)取壓口平面上(shàng)的可膨脹系數(shù)📧和流體🤟密度，kg/m3。
　　由(yóu)式(1)可知，體積流(liu)量qv與流體流經(jīng)孔闆前後的差(cha)壓Δp的平方⭐根🎯成(cheng)⭕正比。差壓Δp通過(guò)差壓變送器測(ce)量。變送器将♉流(liu)體流經孔闆㊙️前(qián)後的差壓信号(hào)轉變爲與之相(xiàng)對應🌂的電信号(hao)并輸出至流量(liàng)儀表，從而由流(liu)量儀表根據🔴測(cè)量參數計算出(chu)流體标準狀态(tai)下的瞬✨時流量(liàng)或累計流量。
2造(zao)成誤差的原因(yīn)分析及影響參(can)數
　　由式(1)可知，流(liú)量測量結果qv同(tong)時受很多參數(shu)的影響🥵，如流出(chu)系數C、節流裝置(zhì)直徑比β、雷諾系(xi)數ＲeD、氣體膨脹系(xì)數🎯ε以及節流孔(kǒng)闆正端取壓口(kǒu)平面上流體密(mì)度ρ1等。如果能夠(gòu)得🈲到這些參數(shu)的準确值，同時(shi)差壓變♊送器能(neng)夠不失真地測(ce)量到節㊙️流孔闆(pan)前後的差壓☎️信(xìn)号，就能提高流(liú)量儀表計量結(jié)果的🆚正确率和(he)可靠性。
2．1節流裝(zhuang)置直徑比β、流出(chū)系數C
　　流出系數(shu)C和取壓點位置(zhì)、雷諾系數、管道(dào)粗糙度、孔🧡闆開(kāi)🆚孔截🐆面積與管(guan)道截面積比值(zhi)、孔闆入口邊緣(yuán)尖銳度都有關(guān)。流出🌈系數C可由(yóu)式(2)計算［4］。

　　由式(2)可(kě)知，如果節流裝(zhuāng)置前管道直徑(jing)發生變化，節流(liú)孔闆在使用過(guo)程中腐蝕變形(xing)，直徑比β變化很(hěn)大，都會使流出(chū)系☁️數C發生變化(hua)，從而降低流量(liàng)測量精度。
　　以動(dòng)能公司空壓站(zhàn)空壓機出口流(liú)量計爲例，空壓(ya)♌機💋大修期間，技(ji)術人員對空壓(ya)站出口節流裝(zhuang)置前管道進行(háng)💯了檢查，發現孔(kong)闆前管道内積(ji)存大量受腐蝕(shi)而掉落的氧化(hua)鐵皮垃圾，孔闆(pan)端面腐蝕。齒輪(lun)分廠煤氣流量(liàng)計長☎️年使用，拆(chāi)換煤氣流量節(jiē)流孔😍闆時發現(xiàn)，孔❓闆孔壁和端(duān)面上沾附黑色(sè)焦泥，孔闆開孔(kǒng)已經近似橢圓(yuán)形。這些因❄️素的(de)存在都會使孔(kǒng)🏃🏻‍♂️闆直徑與管道(dao)直徑之比β改變(bian)，緻使😍流出系數(shu)C改變，從🌍而降低(dī)流量示值精度(dù)。
2．2密度ρ1和流量儀(yi)表積算功能的(de)影響
　　氣體流量(liang)測量的最終目(mù)标是得到标準(zhǔn)狀态下的體積(ji)流量。如果氣體(ti)的溫度、壓力發(fā)生變化，密度也(ye)随之🐉變化。孔闆(pǎn)開孔♉直徑🔅設計(ji)計算，以常用工(gōng)作溫度、工作壓(yā)力爲主要參數(shu)指标。但待測氣(qi)體的工作溫度(du)、壓力不是恒定(dìng)值，随着工況、環(huán)境溫度的變化(huà)📧而變化。傳統的(de)流量計量中，由(you)于流量積算功(gong)能的限制，使用(yong)過程☀️中未裝溫(wen)度、壓力儀表進(jìn)行測量補🈲償。當(dang)管道内氣體溫(wen)度、壓😍力變化較(jiao)📐大與設計值不(bu)符🔴時，計量誤差(cha)加大。例如，空壓(ya)站出口空氣流(liu)量計量過程中(zhong)，同一台機組冬(dōng)、夏兩季産氣量(liàng)相差🐉較大❗。經查(cha)，夏季氣體溫度(dù)40°左右，冬季10°左右(you)，孔闆設計溫度(dù)♋25°左右。由于實際(ji)溫度與設計溫(wen)度存在偏差，由(you)實際工作條件(jiàn)偏離設計工作(zuo)🔆條件時流量修(xiū)正公式(3)，可✉️推導(dǎo)出冬⛹🏻‍♀️季實際流(liu)量爲流量計🛀測(ce)量流量值的1．026倍(bèi)♊，夏季實際流量(liàng)爲流量計測量(liang)流量的0．976倍，計量(liang)的正确率不能(néng)保證。

　　式中:Q實爲(wèi)實際工作條件(jiàn)時氣體标準體(tǐ)積流量;Q設爲設(she)計條件🙇🏻時氣體(tǐ)标準體積流量(liàng);P實爲氣體實際(jì)📞工作表壓;P設爲(wèi)🎯設計表壓;P0爲當(dang)地大氣壓;T實爲(wèi)氣體實際工💜作(zuò)溫度;T設爲設計(ji)溫度🈲;T0爲絕對🏒溫(wen)度273．15K［5］。
2．3差壓Δp的測量(liàng)
　　在傳輸環節，流(liú)體流過節流裝(zhuang)置産生的差壓(yā)信号🛀🏻需要通過(guo)導壓管路傳遞(dì)給差壓變送器(qì)。導壓管内徑過(guò)小、節流裝置距(jù)💋離變送器過遠(yuan)都會引起壓損(sǔn)增大，從而造成(cheng)差壓信号失真(zhēn)。另外，如果導壓(yā)管路存在堵塞(sāi)、洩漏以及⁉️因積(jī)水、積液造成的(de)⭐假差壓，同💯樣會(huì)引起差壓信号(hào)傳遞失真。導壓(ya)管安裝時，如果(guǒ)沒有充分考慮(lü)流體介質的性(xìng)質，氣體導壓管(guan)内是否含液、含(hán)㊙️塵，液體導壓管(guan)内是否有氣體(ti)進入，以及要排(pai)除這些幹擾因(yin)素，集氣器、積水(shui)沉降🚩器的位置(zhi)💯是否合理，是否(fǒu)需要伴熱等，由(you)此引起的假差(cha)壓會使流量計(jì)量結果失真。
2．4流(liu)量量程與流量(liàng)計匹配性問題(ti)
　　流量量程與流(liu)量計匹配性也(ye)是造成差壓式(shi)流量🤟計誤差⛱️的(de)主要原因之一(yi)，特别是當小流(liu)量遇到大量程(cheng)孔闆流量計時(shí)。由式(1)可知，由于(yu)流量與差壓信(xin)🔴号的開方成正(zhèng)比，并且😄使用流(liú)量下限偏離常(cháng)用流🛀量越多，流(liu)量計量誤差值(zhi)越大，對計量結(jié)果争議越大。小(xiǎo)信号時，爲了防(fáng)止因零點漂移(yí)，通常流量計算(suàn)器進行小信号(hao)切除。但這樣又(you)會使流量不能(néng)得到💞積算。例如(ru)，在進行管道氧(yang)流量計量巡檢(jiǎn)時，有小流量氧(yang)氣在使用，但流(liú)👉量計無指示現(xiàn)象。
3減小計量誤(wù)差提高計量精(jing)度的相應措施(shī)
3．1孔闆的合理設(she)計、選材
　　節流孔(kǒng)闆的設計以現(xiàn)場調研爲主，取(qǔ)得流體常用的(de)工作壓力👌、工作(zuo)溫度，對直管段(duan)内徑進行實際(jì)測量，掌握設💘計(jì)第☎️一手資料，并(bing)嚴格按照設計(ji)标準計算節流(liu)孔闆的🚶開孔直(zhí)徑，孔徑♉的制造(zào)質量和加工精(jing)度達标。在按照(zhào)合理的工況設(shè)計孔闆🏃🏻‍♂️尺寸的(de)同時，應充分考(kǎo)慮流體對節流(liú)孔闆材料的影(ying)響，選擇适當的(de)材料加工孔闆(pan)，以免孔闆在使(shi)用過程中發生(sheng)腐蝕和塑性變(bian)形嚴重。如，煤氣(qì)具🈲有腐蝕性，齒(chi)輪分🤞廠煤氣流(liú)量計量裝置，停(ting)産檢修過程中(zhōng)，打開裝置卸下(xia)孔闆後，發現孔(kǒng)闆開孔嚴重變(biàn)形，近似橢圓🈚形(xing)，端面麻蝕。因此(cǐ)，測量有腐蝕性(xing)流體時🍉，應采用(yòng)耐🏃🏻‍♂️腐蝕材料。孔(kǒng)闆流量計常用(yong)💯材料選擇如表(biǎo)1所示［6-7］。

3．2孔闆的(de)正确安裝
　　孔闆(pan)加工技術指标(biāo)達标，并确保孔(kong)闆的正确安裝(zhuang)。節流孔闆安裝(zhuāng)示意圖如圖2所(suǒ)示。孔闆開孔與(yu)上遊端面之間(jian)夾角應爲90°±0．3°，直角(jiǎo)入口邊緣銳利(lì)度達标，此端面(mian)迎🐕着流體流動(dong)的方向［7］。若孔闆(pan)裝🍉反，使流體流(liu)經孔闆流速的(de)變化減小，孔闆(pǎn)🐆前後差壓㊙️減小(xiǎo)，測量🏃🏻誤差增大(dà)。

3．3直管段、導壓管(guan)的安裝維護
　　節(jie)流裝置前後直(zhí)管段滿足安裝(zhuāng)要求，節流裝置(zhì)直管段長度以(yǐ)前10倍直徑、後5倍(bei)直徑的原則實(shí)施敷設，直管段(duan)管🆚壁粗糙度應(ying)符合标準要求(qiú)，否則将影響流(liu)出系數;管壁粗(cu)糙度越大，流出(chū)系數的偏差越(yue)大。安裝時，根據(jù)需要處理節流(liu)裝置及直管🚶段(duàn)。如:氧氣流量測(ce)量需🐉要進行節(jiē)流裝置和前後(hòu)直管段的四⚽氯(lǜ)化碳脫油處理(lǐ)。設備停車檢🔞修(xiū)檢查孔闆的同(tong)時，還需要對節(jiē)流裝置前後直(zhi)管段進行吹掃(sao)清理，排除管道(dao)氧化物、焊渣、油(you)垢之類改變管(guan)道内徑的異物(wu)，情況嚴重或條(tiáo)件允⁉️許時可進(jìn)行更換，盡可能(neng)減小直徑比β以(yi)及流✍️出系數C的(de)變化，提高流量(liang)計量的精度。
　　選(xuan)擇導壓管的材(cái)料性能以滿足(zú)被測流體的性(xing)質爲基礎，如耐(nài)腐蝕、耐壓力等(deng)。導壓管的敷設(shè)傾斜度不得👉小(xiǎo)于規定要求。測(cè)量濕氣體時，無(wú)論節流裝置安(an)裝在水平管道(dào)還是豎直管道(dào)上，變送器安裝(zhuang)在節流裝置🧑🏽‍🤝‍🧑🏻的(de)下部時，都需要(yào)考慮在導壓管(guǎn)路的最🥵底部安(an)裝積水罐，避免(mian)液體進入變送(sòng)器，引起測量🧑🏽‍🤝‍🧑🏻誤(wù)差。
3．4溫度壓力補(bǔ)償
　　由于工作溫(wēn)度、壓力随工況(kuang)變化，氣體的密(mì)度也發生🍓變化(huà)，而節流孔闆的(de)設計參數是固(gu)定值。爲了降低(dī)計量誤差，采用(yòng)具🌈有溫壓補償(chang)功能的 流量積(ji)算儀 表，實施溫(wēn)壓補償，進行流(liu)量值的實時修(xiū)正。爲了避免對(dui)流體流動的幹(gàn)擾，測溫點一般(bān)選在節流裝置(zhi)的下遊、直管段(duàn)以外、大于5倍直(zhí)徑長度小于15倍(bèi)直徑長度的管(guǎn)道上，從而既不(bú)影響♌流出系數(shu)，又能夠反映流(liú)體的🏃溫度。測壓(yā)☔信号取自🐅孔闆(pǎn)流量計正壓管(guan)［8］。
3．5智能儀表的使(shǐ)用
　　随着電子科(ke)技的發展，儀表(biao)技術發展飛速(su)，充分利用智能(neng)🚶‍♀️流量儀表所具(jù)有的微處理功(gong)能，實現對流量(liàng)各參數🔴的在線(xian)計算和校正。智(zhì)能流量儀表能(néng)夠☂️實現溫🌈度壓(yā)力補償、流♻️束膨(peng)脹⭕系數補償，提(ti)高計量結果的(de)準确度。當孔闆(pǎn)開孔直徑實測(ce)值與設計值有(you)偏離時，由于β值(zhí)變化以及流出(chu)系數C的變化，使(shǐ)最大差壓對應(ying)⭕的最大流量值(zhí)變化，智能流量(liang)儀表的功能足(zú)夠滿足量程的(de)修🎯改，從而提👈高(gāo)流量測量的精(jing)度。智能流量儀(yí)表還實現了兩(liǎng)台差壓變送器(qì)的自動切換♻️使(shi)用，從而拓⛱️寬了(le)量程範圍，解決(jue)了小流✔️量計量(liang)問題［9］。
3．6實時的維(wéi)護與保養
　　日常(chang)維護的重點不(bú)僅要及時觀察(chá)工況、與各項參(can)數核對🔞、定時校(xiào)驗流量計，還要(yao)維護節流裝置(zhì)和與差壓變送(song)器連接的🚶引壓(ya)管線，避免差壓(yā)信号洩露🥰、堵塞(sai)、凍♉結以及傳輸(shu)過♋程中壓力損(sǔn)失❄️。當環境溫度(dù)變化較大時，應(yīng)加強維護。制氧(yang)機噴冷塔出口(kou)空氣🚩爲清潔濕(shī)空氣，差壓變送(song)器在管道下部(bù)，導壓管路安裝(zhuāng)集水器，但冬季(ji)容易出現流量(liàng)指示失靈🥵現象(xiang)。出現這一現象(xiàng)的主要原因是(shi)壓空水分析出(chū)增多，積滿積水(shui)罐，又沒有🔞及時(shí)排水，伴熱管沒(mei)有及時打開，造(zao)成積水罐結冰(bing)，堵住出口，流量(liàng)示值異常。故日(rì)常定時維護、重(zhòng)點維護、周❗期校(xiao)驗都是計量工(gong)作的重點。
3．7計量(liàng)技術管理人員(yuan)的培訓
　　計量人(rén)員如果對流量(liang)計量儀表的計(jì)量原理、安标準(zhun)、使用維🧡護、精準(zhǔn)校驗等各個環(huán)節認識不到位(wèi)，不能弄清産生(shēng)誤差的具體影(ying)響因素，就不能(neng)把計量工作做(zuò)好。所以👈，隻有提(ti)高計量人員管(guǎn)理、維護儀表的(de)業務素質、業務(wù)技能，才能善于(yú)發現問題、及時(shí)解決問題，盡可(kě)能減小計量❌誤(wù)差，從而進一步(bu)提高計🧡量精度(dù)。
4結論
　　綜上所述(shu)，孔闆流量計雖(suī)然結構較簡單(dan)、設計技術成💰熟(shu)，但長期使用過(guò)程中存在大量(liang)影響測量精度(du)的因素。如🈲果各(ge)🏃環節♋在設計、安(ān)裝時嚴格按照(zhao)标準執行，使用(yòng)精度高功能強(qiang)的智能儀器，對(dui)計量影響因素(sù)進行實時修正(zheng)，使用過程中加(jia)強管🔞理，定時維(wéi)⛹🏻‍♀️護校驗，就能夠(gòu)降低測量誤差(cha)，提高計量結果(guǒ)的可靠性。

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