流量仪表介绍综述

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1、翔 鹭 石 化团队零距离 荣誉无极限 主讲人：黄志明 流量仪表介绍 2017年 1月 翔 鹭 石 化团队零距离 荣誉无极限 目录 CONTENTS 常用流量仪表 流量概念 流量的测量与变送 翔 鹭 石 化团队零距离 荣誉无极限 在。 一、流量测量流量测量： 流量 单位时间内流过管道某截面的体积或 质量 翔 鹭 石 化团队零距离 荣誉无极限 二、流量的测量与变送 在化工生产过程中，为了有效地进行生产操作和控制，经常需 要测量生产过程中各种介质 (如液体、气体和蒸汽等)的流量，以 便为生产操作和控制提供依据。同时，为了进行经济核算，也需 要知道在一般时间 (如一班、一天等)内流过的介质总量。所以，

2、 对管道内介质流量的测量和变送是实现生产过程的控制以及进行 经济核算所必需的。 在工程上，流量是指单位时间内流过管道某一截面的流体的体 积或质量，即瞬时流量。 流量的计量单位如下: 表示体积流量的单位常用立方米每小时 (m3/h)、升每分 (I/min)、升每秒(l/s)等； 表示质量流量的单位常用吨每小时 (t/h)、千克每小时 (kg/h) 、千克每秒 (kg/s)等。 若流体的密度是，则体积流量Q与质量流量M的关系是: M=Q 或 Q=M/ 翔 鹭 石 化团队零距离 荣誉无极限 二、流量的测量与变送 流体的密度是随工况参数而变化的。对于液体，由于压力变化对密度 的影响很小，一般可以忽略不

3、计；但因温度变化所产生的影响，则应引 起注意。不过一般温度每变化10时，液体的密度变化约在1%以内。所 以，除温度变化较大，测量准确度要求较高的场合外，往往也可以忽略 不计。 对于气体，由于密度受温度、压力变化影响较大，例如，在常温附近 ，温度每变化10，密度变化约为3%。在常压附近，压力每变10kPa，密 度也约变化3%。因此，在测量气体体积流量时，必须同时测量气体的温 度和压力，并将工作状态下的体积流量换算成标准体积流量。所谓标准 体积流量，在工业上是指20、0.10133MPa(称标定状态)或0、 0.10133MPa (称标准状态)条件下的体积流量。在仪表计量上多数以标定 状态条件下的

4、体积流量为标准体积流量。 流量测量的方法和仪表种类繁多，其测量原理和仪表的结构形式各不 相同。针对石油化工生产过程的不同要求，采用不同的流量仪表。下表 中列出了几种主要类型流量表 (或称流量计)的性能及适用场合。 翔 鹭 石 化团队零距离 荣誉无极限 二、流量的测量与变送 翔 鹭 石 化团队零距离 荣誉无极限 三、差压式流量计 差压式流量计是根据安装于管道中流量检测件产生的 差压,已知的流体条件和检测件与管道的几何尺寸来计算 流量的仪表。 差压式流量计由一次装置(检测件)和二次装置(差压转 换和流量显示仪表)组成。通常以检测件形式对差压式流 量计分类,如孔板流量计、文丘里流量计、均速管流量计

5、等。 分类： 1、按产生差压的作用原理分：节流式、水力阻力式、离 心式、动压头式、动压增益式、射流式； 2、按结构形式分：标准孔板、标准喷嘴、经典文丘里管 、文丘里喷嘴、1/4园孔板、锥形孔板等； 3、按用途分：标准节流装置、小管径装置等。 翔 鹭 石 化团队零距离 荣誉无极限 三、差压式流量计 节流现象及其原理： 流体在有节流元件的管道中流动时，在节流元件前后的管 璧处，流体的静压力产生差异的现象称为节流现象，如图 所示。所谓节流装置就是设置在管道中能使流体产生局部 收缩的节流元件和取压装置的总称。应用最广泛的节流元 件是孔板，其次是喷嘴、文丘里管。下面以孔板为例说明 节流原理。 翔 鹭 石

6、 化团队零距离 荣誉无极限 三、差压式流量计 下图表示在孔板前后流体的流速与压力的分布情况： 翔 鹭 石 化团队零距离 荣誉无极限 三、差压式流量计 沿管道轴向连续地向前流动的流体，由于遇到节流元件的阻挡，使靠近 管壁处的流体受到的阻挡作用最强，因而使其一部分动压能转化成静压能， 于是就出现了节流元件入口端面靠近管壁处的流体静压力P1，的升高 (即图 中P1P2)。此压力比管道中心处压力要大，即在节流元件入口端面处产生一 径向压差。这一径向压差使流体产生径向附加速度，从而使靠近管壁处的流 体质点的流向就与管道中心轴线相倾斜，形成了流束的收缩运动。同时，由 于流体运动的惯性，使得流束收束最厉害

7、(即流束最小截面)的位置不在节流 孔处，而是位于节流孔之后 (即图中截面处)，并随流量大小而变化。以上 就是流体流经节流元件时，流束为什么产生收缩的原因。 # 由于节流元件的阻挡造成了流束的局部收缩，同时，又因流体始终处于 连续稳定的流动状态，因此在流束截面最小处的流速达到最大。根据伯努利 方程式和位能、动能的相互转化原理，在流束截面最小处的流体静压力最低 ，同理，在孔板出口端面处，由于流速已比原来增大，因此静压力也就较原 来为低 (即图中P25s/cm的导电液体都可测量，量程范围可以任意选定 4、仪表采用了低频三态方波励磁技术、先进的小信号处理技术 和软件技术，故抗干扰性强、精度高 、稳定可

8、靠 5、仪表不受液体流动方向的影响，正反向安装均可测量，并安 装方便，对直管段要求不高。 6、电磁流量计的电极及内衬材料耐腐性和耐磨性极好，寿命长 。可按用户特殊工况要求生产电磁流量计。 7、仪表的耐冲击、耐振性良好。 8、仪表不能测量气体及不导电液体。 翔 鹭 石 化团队零距离 荣誉无极限 三、涡街流量计 涡街流量计主要用于工 业管道介质流体的流量测量,如气 体、液体、蒸气等多种介质。其特 点是压力损失小,量程范围大,精度 高,在测量工况体积流量时几乎不 受流体密度、压力、温度、粘度等 参数的影响。无可动机械零件，因 此可靠性高,维护量小。 翔 鹭 石 化团队零距离 荣誉无极限 三、涡街流量

9、计 涡街的原理 基于冯卡门效应 流体交替地在旋涡发生体两侧分离 产生旋涡后在旋涡发生体后端形成了一个交替的压力差 交替的旋涡频率和流体的流速成线性关系 流体 旋 涡 翔 鹭 石 化团队零距离 荣誉无极限 三、涡街流量计 涡街流量计的工作原理 交替的压力差使发生体的一 部分产生振动 振动由位于外部的压电传感 器检测 压电传感器把检测到的交替 压力差信号转换成电脉冲信 号 电脉冲信号的频率就是旋涡 的频率 电脉冲信号被传输到电子部 件进行处理 传感器 旋涡发生体 表体 翔 鹭 石 化团队零距离 荣誉无极限 三、涡街流量计 选用注意事项 1）涡街流量计适用的流体种类较多，液体、气体、 蒸汽、部分混相

10、流体皆可应用，不适用于低雷诺数 RED=104)流体，高粘度可能影响涡街的形成。口径 一般为DN25300mm。 2)涡街流量计在混相流中仪表系数会发生变化。一 般可用场合为含分散均匀的固体颗粒。 3）涡街流量计是对于流场畸变，旋转流等敏感的流 量计，应有足够长度的直管段才能保证测量精度。 4）在各种新型流量计中涡街流量计是比较经济实惠 的。 翔 鹭 石 化团队零距离 荣誉无极限 三、科氏奥力质量流量计 质量流量计是根据科里奥利力原 理制造的一种新型的直接测量封 闭管道内流体质量流量测量仪表 ，其结构一般由信号测量传感器 和信号转换器两部分组成。 由 于科氏质量流量计具有能够直接 测量流体质量

11、流量，测量准确度 高，应用范围广，安装要求低， 仪表运行可靠，维修率低等特点 ，已广泛应用于石油，化工，冶 金，热力，电力，食品等领域的 流量测量。 翔 鹭 石 化团队零距离 荣誉无极限 三、科氏奥力质量流量计 工作原理 在传感器外壳中的流量管振 动有它的固有频率。振动管由安装于振 动管端部的电磁驱动线圈驱动作近似于 音叉的振动。当流体流入流量管时被强 制接受流量管的垂直运动。在流量管向 上振动的半个周期时，流体反抗管子向 上运动对其垂直动量的增加而对流量管 施加一个向下的力。反之，流出流量管 的流体至流量管施加一个向上的力以反 抗管子向上振动而对其垂直动量的减少 。这便导致了流量管产生扭曲。

12、在振动 的另外半个周期，流量管向下振动，扭 曲方向则相反。这一扭曲现象被称之为 科里奥利（Coriolis）现象。 翔 鹭 石 化团队零距离 荣誉无极限 三、科氏奥力质量流量计 根据牛顿第二定律，流量管 扭曲量的大小是完全与流经 流量管的质量流量的大小成 正比的。安装于流量管两侧 的电磁信号检测器用于检测 振动管的振动。质量流量大 小是由这两个信号的相位差 来决定的，当没有流体流过 流量管时，流量管不产生扭 曲，两边电磁信号检测器的 检测信号是同相位的，当有 流体互流量管时产生流量管 的扭曲，从而导致两个检测 信号的相位差，这一相位差 直接正比于流过的质量流量 翔 鹭 石 化团队零距离 荣誉无

13、极限 三、科氏奥力质量流量计 科里奥利质量流量计特点 科里奥利质量流量计直接测量质量流量，有很高的测量精确 度。 可测量流体范围广泛，包括高粘度液的各种液体、含有固形 物的浆液、含有微量气体的液体、有足够密度的中高压气体。 测量管的振动幅小，可视作非活动件，测量管路内无阻碍件 和活动件。 对应对迎流流速分布不敏感，因而无上下游直管段要求。 测量值对流体粘度不敏感，流体密度变化对测量值得值的影 响微小。 可做多参数测量，如同期测量密度，并由此派生出测量溶液 中溶质所含的浓度。 翔 鹭 石 化团队零距离 荣誉无极限 三、科氏奥力质量流量计 缺点 科里奥利质量流量计零点不稳定形成零点漂移，影响其精确

14、度的进 一步提高，使得许多型号仪表只得采用将总误差分为基本误差和零点不 稳定度量两部分。 科里奥利质量流量计不能用于测量低密度介质和低压气体；液体中 含气量超过某一限制（按型号而异）会显着著影响测量值。 科里奥利质量流量计对外界振动干扰较为敏感，为防止管道振动影 响，大部分型号科里奥利质量流量计的流量传感器安装固定要求较高。 不能用于较大管径，目前尚局限于150（200）mm以下。 测量管内壁磨损腐蚀或沉积结垢会影响测量精确度，尤其对薄壁管 测量管的科里奥利质量流量计更为显着。 压力损失较大，与容积式仪表相当，有些型号科里奥利质量流量计 甚至比容积式仪表大100%。 大部分型号科里奥利质量流量

15、计重量和体积较大。 翔 鹭 石 化团队零距离 荣誉无极限 三、科氏奥力质量流量计 科里奥利质量流量计计的安装使用 为了使科里奥利质量流量计能正常、安全和高性能地工作，正确地安装 和使用是非常重要。这里包括机械安装、电气安装和使用维护。 (1)安装 机械安装应注意这样几个问题： a.流量传感器应安装在一个坚固的基础上。内径小于10mm的小口径 质量流量计安装在平衡坚硬和无振动的底面上，如墙面、地面或专门的 基础。如果在高振动环境使用，应注意对基础的振动吸收，而且传感器 进出口与管道之间应用柔性管道连接；较大口径的流量计直接安装在工 艺管道上，应用管卡和支撑物将流量计牢牢地固定。 b.为防止CMF

16、间的相互影响，在多台流量计串联或并联使用时，各流 量传感器之间的距离应足够远，管卡和支撑物应分别设置在各自独立基 础上。 C为保证使用时流量传感器内不会存积气体或液体残值，对于弯管型 流量计，测量液体，弯管应朝下，测量气体时，弯管应朝上。测量浆液 或排放液时，应将传感器安装在垂直管道，流向由下而上。对于直管型 流量计，水平安装时应避免安装在最高点上，以免气团存积。连接传感 器和工艺管道时，一定要做到无应力安装，特别对某些直管型测量管的 流量传感器更应注意。 翔 鹭 石 化团队零距离 荣誉无极限 三、科氏奥力质量流量计 科里奥利质量流量计计的安装使用 流量计零点调整。待流量传感器充满被测流体后关闭传感 器下游阀门，在接近工作温度的条件下调整流量计的零点。调整 零点时保证下游阀门彻底关闭，确认不泄漏流体是非常重要的。 如果调零时阀门存在泄漏，将会给整个测量带来很大误差。 设置流量和密度校准系数。正确设置流量和密度校准系数 流量计的工作十分重要。流量校准系数代表传感器的灵敏度及流 量温度系数，灵敏度表示每微秒时差测量多大的流量。 (单位往往为克