孔板流量計(jì)測(cè)量原理
孔板流量計(jì)是將標(biāo)準(zhǔn)孔板與多參數(shù)差壓變送器（或差壓變送器、溫度變送器及壓力變送器）配套組成的高量程比差壓流量裝置，可測(cè)量氣體、蒸汽、液體及引的流量，廣泛應(yīng)用于石油、化工、冶金、電力、供熱、供水等領(lǐng)域的過(guò)程控制和測(cè)量。節(jié)流裝置又稱為差壓式流量計(jì)，是由一次檢測(cè)件（節(jié)流件）和二次裝置（差壓變送器和流量顯示儀）組成廣泛應(yīng)用于氣體。蒸汽和液體的流量測(cè)量。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便，性能穩(wěn)定。在已知有關(guān)參數(shù)的條件下，根據(jù)流動(dòng)連續(xù)性原理和伯努利方程可以推導(dǎo)出差壓與流量之間的關(guān)系而求得流量。
其基本公式如下：
c－流出系數(shù) 無(wú)量綱
d－工作條件下節(jié)流件的節(jié)流孔或喉部直徑
D－工作條件下上游管道內(nèi)徑
qm－質(zhì)量流量 Kg/s
qv－體積流量 m3/s
?－直徑比d/D無(wú)量綱
流體的密度Kg/m3
可膨脹性系數(shù) 無(wú)量綱
基本結(jié)構(gòu)
節(jié)流件：標(biāo)準(zhǔn)孔板、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴、長(zhǎng)徑噴嘴、1／4圓孔板、雙重孔板、偏心孔板、圓缺孔板、錐形入口孔板等
取壓裝置：環(huán)室、取壓法蘭、夾持環(huán)、導(dǎo)壓管等
連接法蘭（家標(biāo)準(zhǔn)、各種標(biāo)準(zhǔn)及其它設(shè)計(jì)部門的法蘭） 、緊固件。
測(cè)量管
孔板流量計(jì)結(jié)構(gòu)圖：
使用條件
孔板流量計(jì)是將標(biāo)準(zhǔn)孔板、智能差壓變送器、三閥組、智能流量積算儀配套組成的，又稱差壓式流量計(jì)、平衡流量計(jì)，具有量程比差壓流量裝置，可測(cè)量氣體、蒸汽、液體的流量。廣泛應(yīng)用于石油、化工、冶、電力、供熱、供水等域的過(guò)程控制和測(cè)量。
在充滿管道的流體，當(dāng)它們流經(jīng)管道內(nèi)的節(jié)流裝置時(shí)，流束將在節(jié)流裝置的節(jié)流件處形成局部收縮，從而使流速增加，靜壓力低，于是在節(jié)流件前后便產(chǎn)生了壓力降，即壓差，介質(zhì)流動(dòng)的流量越大，在節(jié)流件前后產(chǎn)生的壓差就越大，所以孔板流量計(jì)可以通過(guò)測(cè)量壓差來(lái)衡量流體流量的大小。這種測(cè)量方法是以能量守衡定律和流動(dòng)連續(xù)性定律為基準(zhǔn)的。
孔板流量計(jì)節(jié)流裝置（孔板流量計(jì)）是集流量、溫度、壓力檢測(cè)功能于體，并能進(jìn)行溫度、壓力自動(dòng)補(bǔ)償?shù)男麓髁坑?jì)，該孔板流量計(jì)采用先進(jìn)的微機(jī)技術(shù)與微功耗新技術(shù)，功能強(qiáng)，結(jié)構(gòu)緊湊，操作簡(jiǎn)單，使用方便。
孔板流量計(jì)正常使用條件：
（1）工藝介質(zhì)要持續(xù)的通過(guò)孔板流量計(jì)而且要充滿導(dǎo)壓管管，否則流量將無(wú)法測(cè)量。例如棒磨機(jī)給水流量無(wú)指示，儀表工到現(xiàn)場(chǎng)檢查變送器打開(kāi)排污有少量水流出，認(rèn)為是導(dǎo)壓管堵塞了，用氮?dú)獯担l(fā)現(xiàn)是通的，仔細(xì)檢查后發(fā)現(xiàn)節(jié)流元件安裝在靠近出水口附近（常壓），而且管道又再處（距地面11m）水沒(méi)有充滿工藝管道。建議把孔板流量計(jì)移位，后來(lái)把孔板移到距地面7米左右的橫管段，這時(shí)水能滿管流量指示正常。
（2）被測(cè)介質(zhì)在物理上和熱力學(xué)上必須是均勻的單相流體。
（3）被測(cè)介質(zhì)流經(jīng)節(jié)流裝置時(shí)不得發(fā)生相變；即使導(dǎo)壓管內(nèi)發(fā)生相變也不行。
（4）節(jié)流裝置所測(cè)得被測(cè)介質(zhì)必須是穩(wěn)定流，或被測(cè)介質(zhì)是穩(wěn)定的緩慢變化的，不適用于動(dòng)流和臨界的流量測(cè)量。
（5）流束應(yīng)與管道平行，不得有旋轉(zhuǎn)流。
安裝要求
節(jié)流裝置的安裝和適用于下列管段和管件有關(guān)：節(jié)流件上游側(cè)第一阻力件、第二阻力件，節(jié)流件下右側(cè)第一阻力件，從節(jié)流件上游第二阻力件到下游第一阻力件之間的管段以及差壓訊號(hào)管路等。
管道條件
（1）節(jié)流件前后的直管段必須是直的，不得有肉眼可見(jiàn)的彎曲。
（2）安裝節(jié)流件用得直管段應(yīng)該是光滑的，如不光滑，流量系數(shù)應(yīng)乘以粗糙度修正稀疏。
（3）為保證流體的流動(dòng)在節(jié)流件前1D出形成充分發(fā)展的紊流速度分布，而且使這種分布成均勻的軸對(duì)稱形，所以直管段必須是圓的，而且對(duì)節(jié)流件前2D范圍，其圓度要求其甚為嚴(yán)格，并且有一定的圓度指標(biāo)。具體衡量方法：
（A）節(jié)流件前OD，D/2，D，2D4個(gè)垂直管截面上，以大至相等的角距離至少分別測(cè)量4個(gè)管道內(nèi)徑單測(cè)值，取平均值D。任意內(nèi)徑單測(cè)量值
與平均值之差不得超過(guò)±0.3%。
（B）在節(jié)流件后，在OD和2D位置用上述方法測(cè)得8個(gè)內(nèi)徑單測(cè)值，任
意單測(cè)值與D比較，其最大偏差不得超過(guò)±2%。
2）節(jié)流件前后要求一段足夠長(zhǎng)的直管段，這段足夠長(zhǎng)的直管段和節(jié)流件前的局部阻力件形式有關(guān)和直徑比β有關(guān)，見(jiàn)表1（β=d/D,d為孔板開(kāi)孔直徑，D為管道內(nèi)徑）。
（4）節(jié)流件上游側(cè)第一阻力件和第二阻力件之間的直管段長(zhǎng)度可按第二阻力件的形式和β=0。7（不論實(shí)際β值是多少）取表一所列數(shù)值的1/2。
（5）節(jié)流件上游側(cè)為敞開(kāi)空間或直徑≥2D大容器時(shí)，則敞開(kāi)空間或大容器與節(jié)流件之間的直管長(zhǎng)不得小于30D（15D）。若節(jié)流件和敞開(kāi)空間或大容器之間尚有其它局部阻力件時(shí)，則除在節(jié)流件與局部阻力件之間設(shè)有附合表1上規(guī)定的最小直管段長(zhǎng)1外，從敞開(kāi)空間到節(jié)流件之間的直管段總長(zhǎng)也不得小于30D（15D）。
節(jié)流件上下游側(cè)的最小直管段長(zhǎng)度表
注：1、上表只對(duì)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置而言，對(duì)特殊節(jié)流裝置可供參考
2、列數(shù)系為管內(nèi)徑D的倍數(shù)。
3、上表括號(hào)外的數(shù)字為“附加相對(duì)極限誤差為零”的數(shù)值，括號(hào)內(nèi)的數(shù)字為“附加相對(duì)極限誤差為±0.5%”的數(shù)值。即直管段長(zhǎng)度中有一個(gè)采用括號(hào)內(nèi)的數(shù)值時(shí)，流量測(cè)量的極限相對(duì)誤差τQ/Q。應(yīng)再算術(shù)相加0.5%亦即（τQ/Q+0.5）%
4、若實(shí)際直管段長(zhǎng)度大于括號(hào)內(nèi)數(shù)值，而小于括號(hào)外的數(shù)值時(shí)，需按“附加極限相對(duì)誤差為0.5%”處理。
（1）直流件安裝在管道中，其前端面必須與管道軸線垂直，允許的最大不垂直度不得超過(guò)±1°。
（2）節(jié)流件安裝在管道中后，其開(kāi)孔必須與管道同心，其允許的最大不同心度ε不
得超過(guò)下列公式計(jì)算結(jié)果:ε≤0.015D（1/β-1）。
（3）所有墊片不能用太厚的材料，最好不超過(guò)0.5mm，墊片不能突出管壁內(nèi)否則可能引起很大的測(cè)量誤差。
（4）凡是調(diào)節(jié)流量用的閥門，應(yīng)裝在節(jié)流件后最小值管段長(zhǎng)度以外
（5）節(jié)流裝置在工藝管道上的安裝，必須在管道清洗吹掃后進(jìn)行。
（6）在水平或傾斜管道安裝的節(jié)流裝置的取壓方式。
一、被測(cè)流體為液體時(shí)，為防止氣泡進(jìn)工藝管道入導(dǎo)壓管，取壓口應(yīng)處于工藝管道中心線下偏≤45°的位置上，正負(fù)取壓口處于與管道對(duì)稱位置時(shí)，兩者應(yīng)在同一水平面上（如下圖）。
二、被測(cè)流體為氣體時(shí)，為防止液體截止閥導(dǎo)壓管（冷凝液）進(jìn)入導(dǎo)壓管，取壓口應(yīng)處工藝管道中心管道上方線上插≤45°的位置，正負(fù)取壓口處于與管道對(duì)稱位置時(shí)，兩者應(yīng)在同一水平線上（見(jiàn)下圖）。
三、被測(cè)流體為蒸汽時(shí)，應(yīng)保證冷凝器中冷凝液面恒定和正負(fù)導(dǎo)壓管上的冷凝面高度一致，正負(fù)壓口處于與管道對(duì)稱位置時(shí)，兩者應(yīng)在同一水平面上（見(jiàn)下圖）。
上述三種取壓口的安裝量式，均可與管道對(duì)稱和管道的同一側(cè)進(jìn)行安裝。
（7）安裝節(jié)流裝置的管道處于垂直時(shí)，冷凝器應(yīng)處于同一水平位置上，這樣可以消除因取壓孔位置高度不同而引起的測(cè)量誤差。
（8）導(dǎo)壓管應(yīng)按被測(cè)流體的性質(zhì)和參數(shù)使用耐壓，耐腐蝕的材質(zhì)制造，其內(nèi)徑不得小于6㎜長(zhǎng)度最好在16M之內(nèi)，視被測(cè)流體性質(zhì)而安，不同長(zhǎng)度下的最小內(nèi)徑（見(jiàn)下表）。
（9）安裝差壓信號(hào)按1：10傾斜度敷設(shè)。
安裝方式
測(cè)量液體：測(cè)量液體流量時(shí)工藝管道水平安裝，差壓變送器的位置放出空氣處于節(jié)流裝置下方時(shí)，取壓口應(yīng)在節(jié)流裝置的水平中心軸線下偏45°角引出，這樣可以消樣除由流體傳放出的氣體進(jìn)入導(dǎo)壓管和差壓變送器。
測(cè)量水蒸汽：測(cè)量蒸汽流量時(shí)，安裝方式一般為差壓變送器低于、高于節(jié)流裝置兩種。取壓口位置應(yīng)附合上述安裝要求，并在導(dǎo)壓管制高點(diǎn)處裝上放氣閥和氣體收集器。
測(cè)量氣體：測(cè)量介質(zhì)為清潔的氣體流量時(shí)，安裝方式一般為差壓變送器高于、低于節(jié)流裝置兩種取壓口位置應(yīng)符合上述安裝要求，當(dāng)差壓變送器低于節(jié)流裝置時(shí)，導(dǎo)壓管必須向下彎至差壓變送器，并在最低處裝置放水閥和沉積器。
測(cè)量腐蝕性液體和氣體：測(cè)量腐蝕性的液體和氣體流量時(shí)，取壓口應(yīng)附合上述安裝要求，不論管道是水平安裝或垂直安裝，差壓變送器高于或低于節(jié)流裝置，均必須在差壓變送器和節(jié)流裝置之間的隔離器，并在隔離器至差壓變送器的管路內(nèi)填充隔離液，使被測(cè)流體不能與差壓變送器接觸，以免破壞差壓變送器的正常工作性能。
重復(fù)開(kāi)方
差壓式流量計(jì)總是要有開(kāi)平方運(yùn)算這一環(huán)節(jié)，但若在差壓變送器開(kāi)了平方后，在流量二次表中再開(kāi)一次平方，就會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)大的誤差。表9.2所列即為各典型試驗(yàn)點(diǎn)重復(fù)開(kāi)方后理論輸出值的對(duì)照表。
重復(fù)開(kāi)方后的理論輸出對(duì)照表
| 差壓值/％ |
開(kāi)方后的流量值/％ |
重復(fù)開(kāi)方后的輸出值/％ |
差壓值/％ |
開(kāi)方后的流量值/％ |
重復(fù)開(kāi)方后的輸出值/％ |
差壓值/％ |
開(kāi)方后的流量值/％ |
重復(fù)開(kāi)方后的輸出值/％ |
0
1
4
9 |
0
10
20
30 |
0
31.62
44.72
54.77 |
16
25
36
49 |
40
50
60
70 |
63.25
70.71
77.46
83.67 |
64
81
100 |
80
90
100 |
89.44
94.87
100 |
重復(fù)開(kāi)方的錯(cuò)誤一般發(fā)生在差壓變送器帶來(lái)開(kāi)方功能的系統(tǒng)中，是由于疏忽引起的，一般是在物料平衡計(jì)算中出現(xiàn)嚴(yán)重問(wèn)題而懷疑流量示值大幅度偏高時(shí)才進(jìn)行檢查，并最后得到糾正。
避免重復(fù)開(kāi)方錯(cuò)誤的有效方法如下。
①更新認(rèn)識(shí)。許多老的儀表人員對(duì)差壓變送器功能的認(rèn)識(shí)習(xí)慣性停留在“差壓變送”上面，意即僅為差壓測(cè)量而已，故習(xí)慣性將二次表設(shè)置為開(kāi)平方特性。
②加強(qiáng)基礎(chǔ)資料管理�；A(chǔ)資料不僅包括二次表校驗(yàn)單，還應(yīng)包括二次表的組態(tài)數(shù)據(jù)記錄單，變送器校驗(yàn)單。
③組態(tài)時(shí)強(qiáng)調(diào)按數(shù)據(jù)記錄單操作，避免即興操作。并在組態(tài)完畢與記錄單校對(duì)無(wú)誤后加上密碼，防止隨意改動(dòng)。
孔板銳角
普通孔板流量計(jì)的測(cè)量主要取決于迎向流體的開(kāi)孔及其端面（要尖銳），而與其后的形狀關(guān)系不大。后面加工倒角（喇叭口）是為了盡快使流體恢復(fù)均衡平穩(wěn)流動(dòng)狀態(tài)，也有利于減小孔板造成的永久壓力損。近十年出現(xiàn)的多孔孔板平衡流量計(jì)，巧妙地將流體整流器和測(cè)量裝置融合為一體，此類孔板一般無(wú)須刻意倒角，流束仍恢復(fù)很快，各孔入口也無(wú)須特別尖銳（對(duì)精確測(cè)量無(wú)礙），卻大大縮短了所須直管段，減小了永久壓力損。
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