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1、流量测量,概述,流量测量基础,流量单位时间内流过管道某一横截面的流体数量 流体数量以体积表示的称为体积流量 Q， 常用单位 M3 / H，L / H 流体数量以质量表示的称为质量流量 M; 常用单位 T / H，Kg / H，Kg / S 体积流量Q与质量流量M的关系： M = Q （式中 为流体密度）,流量测量的方法很多，其测量原理和所采用的仪表结构形式各不相同，分类方法也不尽相同。按流量测量原理分类如下：,2, 流量测量仪表的分类, 速度式流量计。主要是以测量流体在管道内的流动速度作为测量依据，根据qv=VA(qv体积流量; A流体通过的有效截面积；V截面A上的平均流速 )原理测量流量。例
2、如差压式流量计、转子流量计、靶式流量计、电磁流量计、涡轮流量计等均属此类。 容积式流量计。主要以流体在流量计内连续通过的标准体积V0的数目N作为测量依据，根据V=NV0进行累积流量的测量，如椭圆齿轮流量计、腰轮(罗茨)流量计、刮板流量计等。 质量式流量计。直接以测量流体的质量流量qm为测量依据的流量仪表。它具有测量精度不受流体的温度、压力、黏度等变化影响的优点，如热式质量流量计、补偿式质量流量计、振动式质量流量计等。,差压式流量计,3,差压式流量计也叫节流式流量计，是利用测量流体流经节流装置所产生的静压差来显示流量大小的一种流量计。差压式流量计是目前工业生产中检测气体、蒸汽、液体流量最常用的一
3、种检测仪表。因为其检测方法简单，没有可动部件，工作可靠，适应性强，可不经实流标定就能保证一定精度等优点，被广泛应用于生产过程中。 压差式流量计使用历史长久，已经积累了丰富的实践经验和完整的实验资料。国内外已将孔板、喷嘴、文丘里管等最常用的节流装置进行了标准化。, 节流式差压流量计的组成：节流装置、引压管路 、差压变送器（或差压计） 以下为差压是流量计的组成图,节流装置是使流体产生收缩节流的节流元件和压力引出的取压装置的总称，用于将流体的流量转化为压力差。节流元件的形式很多，如孔板、喷嘴、文丘里管等，但以孔板的应用最为广泛。 导压管是连接节流装置与差压计的管线，是传输差压信号的通道。通常，导压管
4、上安装有平衡阀组及其他附属器件。 差压计用来测量差压信号，并把此压差转换成流量指示记录下来。可以采用各种形式的差压计、差压变送器和流量显示计算仪等。 节流装置的流量测量原理 工作原理：充满管道的流体流经管道内的节流件时，流束将在节流件处形成局部收缩。此时流速增大，静压降低，在节流件前后产生差压。流量越大，差压越大，因此可依据差压来衡量流量的大小。 流量Q 的大小与差压 P 的平方根成正比, 标准节流装置,节流装置包括节流元件、取压装置。标准节流装置是指国际（国家）标准化的节流装置。 我们通常称ISO 5167(GB/T 2624.93)中所列节流装置为标准节流装置，其他节流装置称为非标准节流装
5、置。 ISO 5167(GB/T 2624.93)规定：标准节流装置中的节流元件为孔板、喷嘴和文丘里管；取压方式为角接取压法、法兰取压法、径距取压法；适用条件为流体必须充满圆管和节流装置，流体通过测量段的流动必须保持亚声速的、稳定的或仅随时间缓慢变化的，流体必须是单相流体或可以认为是单相流体；工艺管道公称直径在501000之间。 可认为是单相的流体包括：混合气体、溶液、胶体、（其分散粒子应小于0.1微米）；在气体流中分散固体散粒和液流应均匀分布，且不超过2%（质量成分），在液流中的均匀分散的气泡应不超过5%（体积成分）。计算时后二种流体的密度按平均密度计算。,7,标准孔板,标准孔板是一块具有圆
6、形开孔并与管道同心的圆形平板，如下页图所示。逆流方向的一侧是一个具有锐利直角入口边缘的圆柱部分，顺着流向的是一段扩大的圆锥体。用于不同管径的标准孔板，其结构形式基本上是几何相似的。孔板对流体造成的压力损失较大，而且一般只适用于洁净流体介质的测量。 标准规定，孔板上游端面A上任意两点的连线与垂直于轴线的平面之间的斜度应小于0.5%，下游平面B平行于上游平面。必须在节流装置明显部位没有流向标志，在安装后也应看到该标志，以保证孔板相对于流动方向安装正确。孔板的开孔直径是重要的尺寸，应通过实测得到，其值为圆周上等角距测量4个直径的平均值，且单一测量值与平均值之差小于0.05%。孔板的厚度E，节流孔厚度
7、e按要求加工制做。,标准孔板结构图,8,标准喷嘴,有ISAl932喷嘴和长径喷嘴两种形式，图示下页所示，是一个以管道喉部开孔轴线为中心线的旋转对称体，由两个圆弧曲面构成的入口收缩部分及与之相接的圆筒形喉部所组成。标准喷嘴可用多种材质制造，可用于测量温度和压力较高的蒸汽、气体和带有杂质的液体介质流量。标准喷嘴的测量精度较孔板要高，加工难度大，价格高，压力损失略小于孔板，要求工艺管径D不超过500mm。,标准喷嘴结构图,标准文丘里管,由入口圆筒段、圆锥收缩段、圆筒形喉部、圆锥扩散段组成，如图下图所示。压力损失较孔板和喷嘴都小得多，可测量有悬浮固体颗粒的液体，较适用于大流量气体流量的测量但制造困难，
8、价格昂贵，不适用于200mm以下管径的流量测量，工业应用较少。,由下图可知，取压位置不同，即使是使用同一节流元件、在同一流量下所得到的差压大小也是不同的，故流量与差压之间的关系也将随之变化。标准节流装置规定的取压方式有角接取压、法兰取压、径距取压三种,12,取压装置,流体流经孔板时的 压力和速度变化图,角接取压是最常用的一种取压方式，取压点分别位于节流元件前后端面处，适用于孔板和喷嘴两种节流装置。它又分为环室取压和单独钻孔取压两种方法。 环室取压是在孔板两侧的取压环的环状槽(环室)取出，紧贴节流元件两侧端面有一道环形缝隙，流体产生的静压经缝隙进入环室，起到一个均衡管内各个方向静压的作用，然后从
9、引压孔取压力进行测量，如图下页图上半部分所示。这种方法取压均匀，测量误差小，对直管段长度要求较短，但加工和安装复杂，一般用于400以下管径的流量测量。,13,角接取压,环室取压,单独钻孔取压是在紧靠节流元件两侧的两个夹紧环(或法兰)上钻孔，直接取出压力进行测量。如上图下半部分所示，取压孔轴线应尽可能与管道轴线垂直，与节流元件上、下端面形成的夹角允许小于或等于3。一般钻孔的孔径在4100之间。这种方法常适用于管径大于200mm的流量测量。,单独钻孔取压,(2)法兰取压,在距节流元件前、后端面各1英寸(25.4)的位置上钻孔取压，如右图所示。一般要求在法兰上钻孔取压，上、下游取压孔直径d相同，应满
10、足d0.08D，一般为618。取压孔轴线与孔板前后端面之间的距离x为（25.40.8），且应与管道中心线垂直，所以法兰取压也叫做”1英寸法兰取压”，此种取压方式仅适用于孔板。,法兰取压,(3)径距取压(D-D/2取压),在距节流元件前端面D、后端面D/2处的管道上钻孔取压，其他要求同法兰取压，可适用于孔板和喷嘴。ISAl932喷嘴的取压方式只有角接取压一种，长经喷嘴的取压方式仅D-D/2取压一种。, 标准节流装置的管道使用条件,标准节流装置的流量系数，都是在一定的条件下通过试验取得的，因此除对节流件， 取压装置有严格的规定外，对管道、安装、使用条件都有严格的规定。如果实际工作中离开了规定条件，
11、则引起的流量测量误差将是难以估计的。 国家标准提供的流量系数数值，都是流体在节流件上游测1D处的管道截面上形成典型的紊流流速分布的条件下取得的。当靠近节流件的上游侧有游涡或旋转流等不正常流速分布时，就会引起流量系数值的改变，固此管道条件和安装要求必须符合国家标准的规定。, 标准节流装置的使用条件,标准节流装置在使用时必须满足下列条件： a、流体充满圆管并连续地流动。 b、管道内的流动应该是稳定的，在进行测量时，流体流量应不随时间变化，或变化的非常缓慢。 c、流体必须是牛顿流体，在物理上和热力学上是单相的、均匀的，或者可认为是单相，且流体经节流件时不发生相变。 d、流体在流进节流件以前，其流速必
12、须与管道轴线平行，不得有旋转流。 标准节流装置不适用于脉动流和临界流的流量测量。,（2）管道条件,a、安装节流件用的管道应该是直的，并且是圆形管道。管道直度可以用目测法检验。管道圆度要按“流量测量节流装置国家标准”的规定进行检验，对节流件上下游侧2D长范围内必须实测，2D长范围之外的管道圆度，以目测检验管道外圆。 b、管道内壁应该洁净。可以是光滑的，也可以是粗糙的，在节流件上游侧10D的管道内，当管道内壁的相对平均粗糙度K/D符合限值范围时，则认为该管道是光滑的，称之为光管。 c、节流件前后要有足够的直管段长度。标准节流装置的流量系数是在节流前有很长直管段的条件下得到的，其目的是为了使流体的流
13、动稳定但是在工业管道上常常会有拐弯、分叉、汇合、闸门等局部阻力出现，原来平稳的流束经过这些阻力时会受到严重的扰乱，而后流经相当长的管段才会恢复平稳。因此，要根据局部阻力的不同情况在节流件前后设置不同长度的直管段。, 差压式流量计的安装及应用,一般差压仪表均可作为差压式流量计中的差压计使用。目前工业生产中大多数采用差压变送器，它可将压差转换为标准信号。 一体式差压流量计，将节流装置、引压管、三阀组、差压变送器直接组装成一体，省去了引压管线，现场安装简单方便，可有效减小安装失误带来的误差。有的仪表将温度、压力变送器整合到一起，可以测量孔板前的流体压力、温度，实现温度压力补偿；可以显示瞬时流量、累积
14、流量，直接指示流体的质量流量。一体式孔板流量计如右图所示。,1差压变送器；2三阀组； 3引压管；4节流装置 一体式差压流量计实物图, 差压式流量计的安装,1应保证节流元件前端面与管道轴线垂直，不垂直度不得超过1。 2应保证节流元件的开孔与管道同心，不同心度不得超过0.015D(D/d1)。 3节流元件与法兰、夹紧环之间的密封垫片，在夹紧后不得突入管道内壁。 4节流元件的安装方向不得装反，节流元件前后常以“+”、“”标记。装反后虽然也有差压值，但其误差无法估算。 5节流装置前后应保证要求长度的直管段。直管段长度应根据现场情况，按国家标准规定确定最小直管段长度。 6引压管路应按最短距离敷设，一般总
15、长度不超过50m，最好在16m以内。管径不得小于6mm，一般为1018mm。 7取压位置对不同检测介质有不同的要求。测量液体时，取压点在节流装置中心水平线下方045内；测量气体时，取压点在节流装置上方中心线45 内；测量蒸汽时，取压点在节流装置的中心水平线045内位置引出。,8引压管沿水平方向敷设时，应有大于l：10的倾斜度，以便能排出气体(对液体介质)或凝液(对气体介质)。 9引压管应带有切断阀、排污阀、集气器、集液器、凝液器等必要的附件，以备与被测管路隔离进行维修和冲洗排污之用。测量液体、气体及蒸汽介质时，常用的安装方案如图上页所示。如被测介质有腐蚀性时应在引压管上加隔离罐，如图下页所示。
16、 10如果引压管路中介质有凝固或冻结的可能，则应沿引压管路进行保温或增加拌热。,1节流装置；2凝液器；3引压管路；4排放阀；5差压变送器；6三阀组；7切断阀,(a),(b),1节流装置；2隔离器；3三阀组； 4差压变送器；5切断阀,测量蒸汽流量时的连接图 (带有凝液罐）,(a),(b),测量有腐蚀性液体时的连接图 （隔离罐）, 差压式流量计的应用,差压式流量计具有结构简单、工作可靠、使用寿命长、适应性强、测量范围广的特点，适用于501000mm管径的流体测量。采用标准节流装置只要严格遵循加工安装要求，不需单独标定，即可达到规定精度。不足之处是测量精度不高，测量范围较窄(量程比3:14:1)，要求直管段长，压力损失较大，刻度为非线性，某些请况下(如测量高黏度或有腐蚀性介质等)使用维护工作量较大。 流量计应用不当，容易造成测量误差，使用时应注意以下问题。 1应考虑流量计的使用范
