摘要:孔(kong)闆流量計 設計技(ji)術成熟、結構簡單(dān)，是石油化工等工(gōng)業領域測量流體(ti)流量的主要設備(bèi)。針對孔闆流量計(jì)長期使用過程中(zhōng)測量誤差增大、精(jīng)度下降問題，基于(yú)孔闆流量計的工(gōng)作原理，分析了🈚直(zhí)徑比β、流出系數C、可(ke)☀️壓縮流體密度ρ1等(deng)物❓理參數變🔞化以(yǐ)及導壓管差壓♍Δp傳(chuán)送失真等對測量(liang)精度的影響。在此(ci)基礎上，提出🌏了對(duì)孔闆進💚行合理設(shè)計與選💁材，降低孔(kǒng)闆腐蝕率;對孔闆(pan)進行正确🙇‍♀️安裝，保(bao)證孔闆前後壓差(chà)的可靠☂️性;直管段(duan)規範安裝，并在檢(jiǎn)修期間嚴格清理(li)孔闆和直管段以(yi)降低直徑比β以及(ji)流出系數C的變化(hua)對測量結果的影(yǐng)響;采用智能儀表(biǎo)，實施溫壓補償，對(dui)❄️計量過程中🛀🏻參數(shù)進行在線計算和(hé)校等多種改進🍓措(cuò)施🤟，力求達到降低(dī)誤差、提高計㊙️量結(jie)果正确的目的。
0引(yin)言
　　計量誤差指計(ji)量結果與真值的(de)偏離程度，計量結(jie)果越接近真值，其(qi)正确率越高。以節(jiē)流裝置爲檢測元(yuán)件的差壓式流量(liàng)㊙️計，用于氣體、液體(tǐ)和蒸汽的流量測(cè)量，被廣泛應用于(yu)🌈石油、化❓工、冶金、電(diàn)力、供熱、供水等領(ling)域，實現對生産過(guo)程的❄️監控以及能(néng)源的計☔量。其主要(yào)原因是該 差壓式(shì)流量計 具有相對(dui)簡單的結構、成熟(shu)的設計技術、較低(di)的生産成本🐕和穩(wen)定、可靠的性能等(děng)特點。但是在流量(liàng)計的使用過♈程中(zhong)，由于各種因素(如(rú)孔闆腐蝕磨損、測(ce)量範圍度較窄、現(xiàn)場安裝的要求不(bú)達⭐标、引壓管線維(wei)護不到位等)，會造(zào)🈚成一系列計量誤(wu)差，使測量精度下(xià)降。如何正确設計(ji)、安裝、維護流量計(ji)，減小計量📧誤差，提(ti)高計♌量精度，是每(mei)一個流量計量工(gōng)作☀️者的工作重點(dian)［1-3］。
　　差壓式流量計由(you)檢測元件、 差壓變(biàn)送器 以及流量顯(xian)示儀表組成。檢測(ce)元件有多種，如節(jiē)流孔闆、噴嘴和文(wen)丘裏管等。其中，節(jiē)流孔闆以加工方(fang)便、穩定性好等優(you)點，應用較爲普遍(biàn)。
1孔闆流量計工作(zuo)原理
　　節流裝置測(ce)量原理如圖1所示(shì)。流體流經孔闆時(shí)，由于‼️孔闆❗孔徑小(xiao)于管徑，會造成流(liú)束的急劇收縮，流(liú)速增加，動能的增(zeng)大來自☎️壓力能的(de)減小。流體流過孔(kǒng)闆後🔱壓力降低，孔(kǒng)闆前後壓力不相(xiàng)等，産生壓差🏃‍♀️。

　　根據(jù)流體流動連續性(xìng)原理和伯努利方(fāng)程(能量守恒定律(lǜ)‼️)可知🐕［4］，節流式差壓(ya)流量計可壓縮流(liu)體流量計算♋公式(shì)✌️爲:

　　式中:qv爲單位體(ti)積流量，m3/s;C爲流出系(xì)數;d爲工作條件下(xià)節流孔闆開孔直(zhí)徑，m;β爲孔闆開孔直(zhi)徑與管道内徑✌️之(zhi)比;Δp爲節流孔闆前(qian)後差壓，Pa;ε、ρ1分别爲節(jiē)流孔闆正端取壓(yā)口平面上的可膨(peng)脹系數和流體🍓密(mì)度，kg/m3。
　　由式(1)可知，體積(ji)流量qv與流體流經(jing)孔闆前後的差壓(yā)Δp的平方⁉️根成⭐正比(bǐ)。差壓Δp通過差壓變(bian)送器測量。變送☎️器(qi)将流體流經🐅孔闆(pǎn)前後的差壓信号(hào)轉變爲與之相對(dui)應的電信号并輸(shu)出至流量儀表，從(cong)而由流量💞儀表根(gēn)據測量參數計算(suan)出流體标準狀㊙️态(tài)下的瞬🔞時流量或(huò)累計流量。
2造成誤(wù)差的原因分析及(jí)影響參數
　　由式(1)可(kě)知，流量測量結果(guǒ)qv同時受很多參數(shu)的影響，如流出系(xi)數C、節流裝置直徑(jing)比β、雷諾系數ＲeD、氣體(tǐ)膨脹系數ε以及節(jiē)流孔闆正端🙇‍♀️取壓(ya)口平面上流體密(mì)度ρ1等。如果🏃🏻能夠得(dé)🐕到這些🙇‍♀️參數的準(zhun)确值，同時差壓變(bian)🈲送器能夠不失真(zhen)地🐉測量到節流孔(kǒng)闆前後的差壓信(xin)号，就能提🙇‍♀️高流量(liàng)儀表計量結果的(de)正确率和可靠性(xìng)。
2．1節流裝置直徑比(bi)β、流出系數C
　　流出系(xì)數C和取壓點位置(zhì)、雷諾系數、管道粗(cū)糙度、孔闆開孔截(jie)面積與管道截面(miàn)積比值、孔闆入口(kou)邊緣尖銳度都有(you)關❗。流出系數🔴C可由(yóu)式(2)計算［4］。

　　由式(2)可知(zhi)，如果節流裝置前(qián)管道直徑發生變(bian)化，節流孔闆✊在使(shǐ)用過程中腐蝕變(bian)形，直徑比β變化很(hen)大，都會♉使流出系(xi)數C發生變化，從而(er)降低流量測量精(jīng)🐇度。
　　以動能公司空(kong)壓站空壓機出口(kou)流量計爲例，空壓(ya)機👉大🎯修期間🧡，技術(shu)人員對空壓站出(chū)口節流裝置前管(guan)道進行了檢查，發(fa)🔴現孔✉️闆前管道内(nei)積存大量受腐蝕(shí)而掉落的☁️氧化鐵(tie)皮垃圾，孔闆端面(mian)腐蝕。齒輪分廠煤(mei)氣流量計長年使(shǐ)用，拆換煤氣流量(liang)節流孔👉闆時發現(xian)，孔闆孔壁和端面(mian)上沾附黑色焦泥(ní)，孔闆👌開孔已經近(jin)似橢圓形。這些因(yīn)素的存在都會使(shǐ)孔闆直徑與管道(dao)直徑之比😘β改變，緻(zhi)使流出系數C改變(bian)☔，從而降低流量示(shì)值🙇‍♀️精度。
2．2密度ρ1和流(liu)量儀表積算功能(neng)的影響
　　氣體流量(liang)測量的最終目标(biāo)是得到标準狀态(tài)下的體積流量。如(rú)果氣體的溫度、壓(yā)力發生變化，密度(dù)也随之變化。孔闆(pǎn)開孔直徑設計計(jì)算，以常用工作溫(wen)㊙️度、工作壓力爲主(zhu)要參數指标。但待(dài)測氣體的工作溫(wen)度、壓力不是恒定(ding)值，随着工況、環境(jìng)溫度的變化而變(bian)化。傳統♊的流量計(ji)量中，由于流量積(ji)算功能的限制，使(shǐ)用過程中未裝溫(wen)度、壓力儀表進行(háng)測量補償。當管道(dào)内氣體溫度、壓力(li)變化較大與設計(ji)值不符時，計量誤(wù)差加大。例如，空壓(yā)站出口空氣流量(liàng)計量過程中，同一(yi)台機組冬、夏兩季(ji)産氣量相差較大(da)🏃‍♂️。經查，夏季氣體溫(wen)度40°左右🔞，冬季10°左右(you)，孔闆設計溫度25°左(zuo)右。由于實🈲際溫度(du)與設計溫度存在(zài)偏差，由實際工作(zuo)條件偏離設計工(gong)作條件🌏時流量修(xiū)正公式(3)，可推導出(chu)冬季實際流量爲(wei)流量計🌐測量流量(liàng)值的1．026倍，夏季實際(ji)流量爲流量計測(cè)量流量🌂的0．976倍，計量(liang)的正✌️确率不能保(bao)證。

　　式中:Q實爲實際(jì)工作條件時氣體(ti)标準體積流量;Q設(shè)✍️爲設📧計👄條件時氣(qì)體标準體積流量(liang);P實爲氣體實際工(gōng)作表壓🈲;P設爲設計(jì)表壓;P0爲當地大氣(qi)壓;T實爲氣體💁實際(jì)工作溫度🚩;T設爲設(shè)計溫度🏃‍♀️;T0爲絕對溫(wen)度273．15K［5］。
2．3差壓Δp的測量
　　在(zài)傳輸環節，流體流(liú)過節流裝置産生(sheng)的差壓信号需要(yao)通過💯導壓管路傳(chuan)遞給差壓變送器(qi)。導壓管内徑過小(xiǎo)、節🔴流裝置距離變(bian)‼️送器過遠都會引(yin)起壓損增大，從而(er)造成差壓信号失(shī)真。另外，如果導壓(ya)管路存在堵塞、洩(xie)漏以及因積水、積(jī)液造成的假差壓(ya)，同👨‍❤️‍👨樣會引起差壓(yā)信号傳遞失真。導(dao)壓管😍安裝時，如果(guo)👨‍❤️‍👨沒有充分考慮流(liu)體介質的性質，氣(qi)體導壓管‼️内是否(fou)含液、含塵，液體導(dao)壓管内是否有氣(qi)體進入，以及要🐇排(pai)除這些幹擾因素(su)，集氣器、積水沉⭕降(jiang)✍️器的位置是否合(hé)理，是否需要伴熱(re)等，由此引起的假(jia)差壓會使流量計(ji)量結果失真。
2．4流量(liang)量程與流量計匹(pǐ)配性問題
　　流量量(liang)程與流量計匹配(pei)性也是造成差壓(yā)式流量計誤差的(de)主要原因之一，特(te)别是當小流量遇(yu)到大量程💋孔闆流(liú)量計時✏️。由式(1)可知(zhī)，由于流量與差壓(yā)信🈚号的開方成正(zheng)比，并且📧使用流量(liang)下限偏離常用流(liu)💁量越多，流量計量(liàng)誤🌈差值越大，對計(ji)量結🛀🏻果争議越大(da)。小信号時，爲了防(fáng)止因零點漂移，通(tōng)常流量計算👨‍❤️‍👨器進(jìn)行小信号切除。但(dan)這樣又會使流量(liang)不能得到積算。例(li)如💛，在進行管道氧(yǎng)流量計量巡檢時(shi)，有小流量氧氣在(zai)使用，但流量計無(wú)指示現象。
3減小計(ji)量誤差提高計量(liang)精度的相應措施(shi)
3．1孔闆的合理設計(ji)、選材
　　節流孔闆的(de)設計以現場調研(yán)爲主，取得流體常(cháng)用♉的❓工作壓力、工(gōng)作溫度，對直管段(duan)内徑進行實際測(cè)✏️量，掌🌈握設計第🤞一(yi)手資料⛷️，并嚴格按(an)照設計标準計算(suan)節流孔闆的開孔(kǒng)直🔞徑，孔徑的制造(zao)質量和加工精度(dù)達标👣。在按照合理(lǐ)的工況設計孔闆(pǎn)尺寸的同時，應充(chōng)分考慮流體對節(jie)❄️流孔闆材料的影(yǐng)響，選擇🏃🏻适當的材(cái)料🛀加🌈工孔闆，以免(mian)孔闆在使用過程(chéng)中發生腐蝕和塑(sù)性變形嚴重。如，煤(méi)氣具有腐蝕性，齒(chǐ)輪分廠煤氣流量(liang)計量裝置，停産檢(jiǎn)修過程中，打開裝(zhuāng)🛀🏻置卸下孔闆後，發(fa)現孔♻️闆開孔嚴重(zhong)變形，近似橢圓形(xíng)，端面麻蝕。因此⭐，測(cè)量有腐蝕性流體(ti)時，應采用耐腐蝕(shí)材料。孔闆流量計(ji)常用材料選擇如(ru)表1所示［6-7］。

3．2孔闆的正确(que)安裝
　　孔闆加工技(jì)術指标達标，并确(que)保孔闆的正确安(ān)裝。節流🛀孔闆安❄️裝(zhuāng)示意圖如圖2所示(shi)。孔闆開孔與上遊(yóu)端面之間夾角應(ying)爲90°±0．3°，直角入口邊緣(yuan)銳利度達标，此端(duan)面迎着流體流動(dong)的方向［7］。若孔闆裝(zhuāng)反，使流體流👨‍❤️‍👨經孔(kǒng)闆流速的變化減(jiǎn)小，孔闆🌈前後差壓(yā)減小，測量🆚誤差增(zēng)大。

3．3直管段、導壓管(guǎn)的安裝維護
　　節流(liu)裝置前後直管段(duàn)滿足安裝要求，節(jiē)流裝置直管段長(zhang)度以前10倍直徑、後(hòu)5倍直徑的原則實(shi)施敷設，直管段管(guǎn)🏃壁粗糙度應符合(hé)标準要求，否則将(jiang)影響流出系數;管(guan)壁粗糙度越大，流(liú)出系數的偏差越(yue)大。安裝時，根據需(xū)要處理節流裝🤞置(zhi)及直管段。如:氧氣(qi)流量測量需要進(jìn)行節流裝置和前(qian)後直管段的四氯(lü)化碳脫油處理。設(she)備停車檢修檢查(cha)孔闆的同時，還需(xu)要對節流裝🚩置前(qián)後直管段進行吹(chuī)掃清理，排除🧑🏽‍🤝‍🧑🏻管道(dào)氧化物、焊渣🌏、油垢(gou)之類改變管✂️道内(nei)徑的異物，情況嚴(yan)重或條件允許時(shi)可進行更換，盡可(kě)能減小直徑比β以(yǐ)及流出系數🐇C的變(biàn)化，提高流🏃‍♂️量計量(liang)的精度。
　　選擇導壓(yā)管的材料性能以(yi)滿足被測流體的(de)性質爲📐基礎，如耐(nài)腐蝕、耐壓力等。導(dao)壓管的敷設傾斜(xie)度不得小于規定(dìng)🏃🏻要求。測量⭐濕氣體(tǐ)時，無論節流裝置(zhi)安裝在水平管道(dào)還是豎直管🤟道上(shàng)，變送器安裝在節(jiē)流裝置的下部時(shi)🈚，都需要考慮在導(dǎo)壓管路的最💁底部(bù)安裝積水罐，避免(miǎn)液體進入變送✍️器(qì)，引起測量⚽誤差。
3．4溫(wēn)度壓力補償
　　由于(yu)工作溫度、壓力随(sui)工況變化，氣體的(de)密度也發生變化(hua)，而🚶節流孔闆的設(she)計參數是固定值(zhi)。爲了降🈲低計量誤(wù)差，采用具有溫壓(ya)補償功能的 流量(liang)積算儀 表，實施溫(wēn)壓補償，進行流量(liang)值的實時修正。爲(wei)了避🍉免對流體流(liu)動的幹擾，測溫點(dian)一般選在節流裝(zhuang)置的下遊、直❌管段(duàn)以外、大于5倍直徑(jing)長度小于15倍直徑(jìng)長度的管道上，從(cong)而既不影響🐕流出(chū)系數，又能夠反映(ying)流體的溫度。測壓(yā)信号取自孔闆流(liú)量計正壓管［8］。
3．5智能(néng)儀表的使用
　　随着(zhe)電子科技的發展(zhǎn)，儀表技術發展飛(fēi)速，充分利用智能(neng)流量儀表所具有(you)的微處理功能，實(shi)現對流量各🆚參數(shù)💋的在線計算和校(xiao)正。智能流量儀表(biao)能夠🏃🏻實現溫度壓(ya)力補償、流束膨脹(zhang)系數補償，提高計(jì)量結果的準确度(dù)。當孔闆開孔直徑(jìng)實測值與設計值(zhi)有偏離時，由于β值(zhí)變化以及流出系(xi)數C的變化，使最大(dà)差壓對應的最大(dà)流量值變化，智能(néng)流量儀表的🔴功能(néng)足夠✉️滿足量🐇程的(de)修改，從而提高流(liú)量測量的精度。智(zhì)能流量儀表還實(shí)現了兩台差壓變(biàn)送器的自動切換(huàn)使用，從而拓寬了(le)量程範圍，解決了(le)小流量計量問題(ti)［9］。
3．6實時的維護與保(bǎo)養
　　日常維護的重(zhong)點不僅要及時觀(guān)察工況、與各項參(can)㊙️數核對、定時校驗(yan)流量計，還要維護(hu)節流裝置和與差(chà)壓變送器連接的(de)🐉引壓管線，避免差(chà)壓信号洩露、堵塞(sai)、凍結以及傳輸過(guò)程中壓力損失💃🏻。當(dāng)環境溫度變化較(jiao)大時，應加強維護(hu)。制氧機噴冷塔出(chu)口空氣爲清潔濕(shi)空氣，差壓變送器(qì)在管道下部，導壓(yā)管路安裝集水器(qì)⁉️，但冬季容易出現(xian)流量指示失靈現(xian)象。出現這一現象(xiàng)的主要原🔴因是壓(ya)空水分析出增多(duō)🧡，積滿積水罐，又沒(mei)有及時排水，伴熱(re)管沒☀️有及時打開(kai)，造成積水罐結冰(bing)，堵住出口🧑🏾‍🤝‍🧑🏼，流量示(shi)值異常。故日常定(dìng)時維護、重點維護(hù)、周期校驗都是計(ji)量工作的重點。
3．7計(ji)量技術管理人員(yuán)的培訓
　　計量人員(yuan)如果對流量計量(liàng)儀表的計量原理(li)、安标準、使用維護(hù)、精準校驗等各個(ge)環節認識不到位(wei)，不能弄✏️清産生誤(wù)❓差的具體影響因(yīn)素，就不能把計量(liàng)🈲工作做好。所以，隻(zhi)有提高計量人員(yuán)管理、維護儀表💛的(de)業務素質、業務技(jì)能，才能善于發現(xian)問題、及時解決問(wèn)題，盡可♉能減小計(jì)量誤差，從而進🐪一(yi)步提高計🥵量精度(dù)。
4結論
　　綜上所述，孔(kong)闆流量計雖然結(jie)構較簡單、設計技(jì)術成熟，但長🌍期使(shi)用過程中存在大(da)量影響測量精度(dù)的因🏒素。如果各環(huán)節在設計、安裝時(shi)嚴格按照标準執(zhí)行，使🚶‍♀️用精度高功(gōng)能強的智能儀器(qì)，對計量影響因素(su)進行實時修正，使(shǐ)用過程中加強管(guan)理，定時維護校驗(yàn)，就能夠降低測量(liang)誤差，提高計量結(jié)果的可靠性。

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