摘要(yao):孔闆流量計 設(she)計技術成熟、結(jié)構簡單，是石油(yóu)化工等工業領(ling)域測量流體流(liú)量的主要設備(bèi)。針對孔闆流量(liàng)計長期使用過(guò)程中測量誤差(chà)增大、精度下降(jiang)問題，基于孔💜闆(pǎn)流量計的工作(zuò)原理🈲，分析了直(zhi)徑比β、流出系數(shù)C、可壓縮流體密(mì)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(ci)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(shi)率🛀;對孔闆進行(hang)正确安裝，保證(zhèng)孔闆前後壓差(chà)的可靠性;直管(guǎn)段規範安裝，并(bing)在檢修期間嚴(yan)格清理孔闆和(he)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(neng)儀表，實施溫壓(yā)補償，對計量過(guò)程中㊙️參數進行(hang)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(wei)檢測元件的差(cha)壓式流量計，用(yòng)于氣體、液體和(he)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(yuan)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(jie)構、成熟的設計(ji)技術、較低的生(shēng)産成本和穩定(ding)、可靠的性能等(deng)特點。但是在流(liú)量計的使🐅用過(guò)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(chǎng)安裝的要求不(bú)達📧标、引壓管線(xian)💞維護不到位等(děng))，會造💯成一系列(lie)👅計量誤差🔞，使測(ce)量精度下降。如(rú)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(liang)計量工作者的(de)工作重點［1-3］。
　　差壓(yā)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(cheng)。檢測元件有多(duō)種，如節流孔闆(pan)、噴嘴和文丘裏(lǐ)管等。其中，節流(liu)孔闆以加工方(fāng)💃便、穩定性好等(děng)優點，應用較爲(wei)普遍。
1孔闆流量(liàng)計工作原理
　　節(jie)流裝置測量原(yuán)理如圖1所示。流(liú)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(jù)收縮，流速增加(jia)，動能的📧增大來(lai)自♊壓力能的減(jiǎn)小。流體流過孔(kǒng)闆後壓力降低(di)，孔闆前後壓力(lì)不相等，産生壓(yā)差。

　　根據流(liu)體流動連續性(xing)原理和伯努利(lì)方程(能量守恒(héng)定律)可知［4］，節流(liú)式差壓流量計(ji)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(tiao)件下🛀🏻節流🧑🏽‍🤝‍🧑🏻孔闆(pan)開孔直徑，m;β爲孔(kong)闆開孔直徑與(yu)管道内徑🤟之比(bi);Δp爲節流孔闆前(qián)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(shu)和流體密度，kg/m3。
　　由(you)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(liú)體流經💔孔闆前(qian)後的差壓信号(hao)轉變爲與之👌相(xiang)對應的電信号(hào)并輸出至流量(liang)儀表，從而由流(liú)量🏃‍♂️儀表根據測(cè)量參數計算出(chū)流體标準狀态(tai)下的瞬☔時流量(liàng)或累計流量。
2造(zào)成誤差的原因(yin)分析及影響參(can)數
　　由式(1)可知，流(liú)量測量結果qv同(tóng)時受很多參數(shu)的影響，如流出(chū)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(kou)平面上流體密(mì)度ρ1等。如果能夠(gou)得🌐到這些㊙️參數(shù)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(liu)量儀表計量結(jie)果的正确率和(hé)可靠性。
2．1節流裝(zhuang)置直徑比β、流出(chu)系數C
　　流出系數(shu)C和取壓點位置(zhi)、雷諾系數、管道(dào)粗糙度、孔闆開(kāi)孔截面積與管(guǎn)道截面積比值(zhi)、孔闆入口邊緣(yuan)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(zhuang)置前管道直徑(jìng)發生變化，節流(liu)孔闆在使用過(guo)程中腐蝕變形(xíng)，直徑比β變化很(hen)大，都會⭐使流出(chu)系數C發🤟生變化(huà)，從而降低流量(liang)測量精度。
　　以動(dòng)能公司空壓站(zhan)空壓機出口流(liú)量計爲例，空壓(yā)🌈機大修期間，技(jì)術人員對空壓(ya)站出口節流裝(zhuang)置前管道進行(hang)了檢查，發現孔(kong)闆前管道内積(jī)存大量受腐蝕(shi)而掉落的❓氧化(huà)鐵皮垃圾，孔闆(pan)端面腐蝕。齒輪(lún)分廠煤氣🔞流量(liang)計長年使用，拆(chai)換煤氣流量節(jiē)流孔‼️闆時發現(xiàn)，孔闆孔壁和端(duan)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(kong)闆直徑與😄管道(dao)直徑之比🔅β改變(biàn)，緻使流出系數(shù)C改變，從而降低(di)流量示值🛀精度(dù)。
2．2密度ρ1和流量儀(yí)表積算功能的(de)影響
　　氣體流量(liàng)測量的最終目(mù)标是得到标準(zhun)狀态下的體積(ji)流量。如果氣體(ti)的溫度、壓力發(fa)生變化，密度也(yě)随之變化。孔闆(pǎn)🙇‍♀️開孔直徑設計(jì)計算，以常用工(gong)作溫度、工作壓(yā)力爲主要參數(shù)指标。但待測🌍氣(qi)體的工作溫度(du)、壓力不是恒定(ding)值，随着工況、環(huán)境溫度的變化(hua)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(wēn)度、壓力儀表進(jìn)行測量補償。當(dang)管道内氣體溫(wēn)度、壓力變化較(jiào)大與設計值不(bú)🌈符❓時，計量誤差(chà)加大。例如，空壓(yā)站出口空🧑🏽‍🤝‍🧑🏻氣流(liú)量計量過程中(zhōng)，同一台機組冬(dōng)、夏兩季産氣量(liàng)相差較大。經查(chá)，夏季氣體溫度(du)40°左右，冬季10°左右(you)，孔闆設計溫度(dù)25°左右。由于實際(jì)溫度與設計溫(wen)度存在偏差，由(you)實際⁉️工作條件(jian)偏離設計工作(zuò)條件時流量修(xiu)正公式(3)，可推導(dǎo)出冬季實際流(liú)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(liàng)的正确率不能(néng)保證。

　　式中:Q實爲(wei)實際工作條件(jian)時氣體标準體(tǐ)積流量;Q設🤩爲設(shè)♉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(wei)❓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(jì)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(liu)體流過節流裝(zhuāng)置産生的差壓(yā)信号需要通🌂過(guò)導壓管路傳遞(dì)給差壓變送器(qi)。導壓管内徑過(guò)小、節⛱️流裝置距(ju)離變送器過遠(yuan)都會引起壓損(sǔn)增大，從而造成(chéng)差壓信号失真(zhēn)。另外，如果導壓(yā)管路存在堵塞(sai)🔞、洩漏以及因積(jī)水、積液造成的(de)假差壓，同樣會(hui)引起差壓信号(hao)傳遞失真。導壓(yā)管安裝時，如果(guǒ)沒有充分考慮(lü)流體介質的性(xing)質，氣體導壓管(guǎn)内是否含液、含(hán)塵，液體導壓管(guǎn)内是否有氣體(ti)進入，以及要排(pái)除這些幹擾因(yin)🔞素，集氣器、積水(shuǐ)沉降器的位置(zhì)是否合理，是否(fǒu)需要伴熱等，由(yóu)此引起的假差(cha)壓會🧑🏾‍🤝‍🧑🏼使流量計(ji)量結果失真。
2．4流(liú)量量程與流量(liàng)計匹配性問題(ti)
　　流量量程與流(liú)量計匹配性也(yě)是造成差壓式(shì)流量計誤差的(de)🔅主要原因之一(yī)，特别是當小流(liú)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(xìn)✊号的開方成正(zheng)比，并且使用流(liu)量下限偏離常(chang)用流量越多，流(liú)量計量誤差值(zhi)越大，對計量結(jié)果争議越大。小(xiao)信号時，爲了防(fáng)止因零點漂移(yí)，通常流量計算(suan)⭐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(rú)，在進行管道氧(yǎng)流量計量巡檢(jian)時，有小流🤟量氧(yǎng)氣在使用，但流(liú)量計無指示現(xiàn)象。
3減小計量誤(wu)差提高計量精(jing)度的相應措施(shī)
3．1孔闆的合理設(shè)計、選材
　　節流孔(kong)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(zuò)溫度，對直管段(duàn)内徑進行實際(jì)測☀️量，掌握設計(ji)第一手資料，并(bìng)嚴格按照設計(ji)标準計算節流(liú)孔闆的開孔直(zhi)徑，孔徑的制造(zào)💁質量和加工精(jīng)度達标✨。在按照(zhào)合理的工況🏒設(she)計孔闆尺寸的(de)同⭐時，應充分考(kǎo)慮流體對節流(liu)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(shēng)腐蝕和塑性變(bian)形嚴重。如，煤氣(qi)具有腐蝕性，齒(chǐ)輪分廠煤氣流(liu)量計量裝置，停(ting)産檢修過程中(zhong)，打開裝置卸下(xià)孔闆後，發現孔(kǒng)闆開孔嚴重變(biàn)形，近似⭐橢圓形(xíng)，端面麻蝕。因此(ci)，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(biao)1所示［6-7］。

3．2孔闆的(de)正确安裝
　　孔闆(pan)加工技術指标(biao)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(jiān)夾角🚩應爲90°±0．3°，直角(jiǎo)入口邊緣銳利(li)度達标，此端面(miàn)迎着流體✊流動(dòng)的方向［7］。若孔闆(pǎn)裝反，使流體流(liú)經孔闆流💋速的(de)變化減小，孔闆(pǎn)前後差壓減小(xiao)，測量誤差增大(da)。

3．3直管段、導壓管(guan)的安裝維護
　　節(jiē)流裝置前後直(zhí)管段滿足安裝(zhuang)要求，節流裝置(zhì)直管段長度以(yi)前10倍直徑、後5倍(bèi)直徑的原則實(shí)施敷設，直管段(duàn)管壁粗糙度應(yīng)符合标準要求(qiu)，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(ju)需要處🏃🏻‍♂️理節流(liú)裝置及直管段(duan)。如:氧氣🈲流量測(cè)量需要進行節(jie)流裝置和前後(hou)🔆直管段的四氯(lü)化碳脫油處理(li)。設備停車檢修(xiū)檢查孔闆的同(tong)時，還需要對♌節(jie)流裝置前後直(zhi)管段進♊行吹掃(sao)清理，排除🛀🏻管道(dào)氧化物、焊渣、油(you)垢之類改變管(guǎn)道♈内徑的異物(wu)，情況嚴🏃🏻重或條(tiáo)件允🍉許時可🏃‍♀️進(jin)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(liàng)計量的精度。
　　選(xuǎn)擇導壓管的材(cai)料性能以滿足(zu)被測流體的性(xing)質🥰爲基礎，如耐(nai)腐蝕、耐壓力等(děng)。導壓管的敷設(she)傾斜度不得💛小(xiao)于規定要求💘。測(ce)量濕氣體時，無(wu)論節流裝置安(ān)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(yao)考慮在導壓管(guan)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(bu)償
　　由于工作溫(wēn)度、壓力随工況(kuàng)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(gù)定值。爲了降低(dī)計量誤差，采用(yòng)具有溫壓補償(cháng)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(xiu)正。爲了避📱免對(dui)🛀🏻流體流動的幹(gan)擾，測溫點一般(ban)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(guan)道上，從而既♊不(bu)影響流出系數(shu)，又能夠反映流(liu)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(kē)技的發展，儀表(biao)技術發展飛速(sù)，充分利✉️用智能(néng)流量儀表所具(jù)有的微處理功(gong)能，實現對流量(liang)各參數的在線(xiàn)計♊算和📞校正。智(zhì)能流量儀表能(neng)夠🐇實現溫度壓(ya)力補償、流束膨(péng)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(yǒu)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(zhi)變🔱化，智能流量(liàng)儀㊙️表的功能足(zú)夠滿足量程的(de)修🐪改，從而提高(gao)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(shǐ)用，從而拓寬了(le)量程範圍，解決(jué)了小流量計量(liàng)問題［9］。
3．6實時的維(wei)護與保養
　　日常(cháng)維護的重點不(bú)僅要及時觀察(chá)工況、與各項參(cān)數核對、定時校(xiào)驗流量計，還要(yao)維護節流裝置(zhi)和與差壓變送(sòng)🌈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(du)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(sòng)⛱️器在管道下部(bu)，導壓管路安裝(zhuang)集水器㊙️，但冬季(jì)容易出現流量(liang)指示失靈⛷️現象(xiàng)。出現這一現象(xiàng)的主要原因是(shì)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(méi)有及時打開，造(zào)成積🈲水罐結冰(bīng)，堵住出口，流量(liang)示值異常。故日(rì)🔴常定時維護、重(zhong)點維護、周期校(xiao)驗都是計量工(gōng)作的重點。
3．7計量(liang)技術管理人員(yuán)的培訓
　　計量人(ren)員如果對流量(liàng)計量儀表的計(ji)量原理、安标準(zhun)、使用維護、精準(zhun)校驗等各個環(huán)節認識不到位(wei)，不💚能弄清産生(shēng)誤差的具體🥰影(ying)響因素，就不能(néng)把計量工作做(zuò)好。所以👉，隻有提(tí)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(yu)發現問題、及時(shí)解🔞決問題，盡可(kě)能減小計量‼️誤(wu)差，從而進一步(bù)提高計量精度(du)。
4結論
　　綜上所述(shu)，孔闆流量計雖(sui)然結構較簡單(dan)、設計技術♊成熟(shu)，但長期🈲使用過(guo)程中存在大量(liàng)影響測量精度(dù)的因🆚素。如果各(gè)環節在設計、安(ān)裝時嚴格按照(zhào)标準執行，使用(yòng)精度高功能強(qiang)的智🥰能儀器，對(duì)計量影響因素(su)進行實時修正(zhèng)，使用過程中加(jia)強管理，定時維(wei)🏃護校驗，就能夠(gou)降低測量誤差(cha)，提高計🤞量結果(guǒ)的可靠性。

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