摘要(yào):孔闆流量計 設(she)計技術成熟、結(jié)構簡單，是石油(you)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(guo)程中測量誤差(cha)增大、精度下降(jiang)問題，基于孔闆(pan)流量計的工作(zuo)原理，分析了直(zhí)徑比β、流出系數(shu)C、可壓縮流體密(mi)度ρ1等物理參數(shu)變化以及導壓(ya)管差壓Δp傳送失(shī)真等對測量精(jing)度的影響。在此(cǐ)基礎上，提出✊了(le)對孔闆進🎯行合(hé)理設計與選材(cai)，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(guan)段規範安裝，并(bìng)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(liú)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(ya)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(cuò)施📐，力求達到降(jiang)低誤差、提高💁計(ji)🍉量結果正确的(de)目的。
0引言
　　計量(liàng)誤差指計量結(jié)果與真值的偏(piān)離程度，計量結(jie)果🏃‍♀️越接近真值(zhí)，其正确率越高(gāo)。以節流裝置爲(wei)檢測元件的差(chà)壓式流量計，用(yong)于氣體、液體和(he)蒸汽的流🐉量測(ce)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(yao)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(jì)技術、較低的生(sheng)産成本和穩👣定(dìng)、可靠的性能等(děng)特點。但是在流(liu)量計的使用過(guo)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(xiàn)維護不到位等(deng))，會造成一系列(liè)🐅計量誤差，使測(cè)量精度下降。如(rú)何正确設計、安(an)裝、維護流量計(jì)，減小計量🐪誤差(cha)，提高計量精度(du)，是每一個流量(liàng)計量工作者的(de)🌈工作重點［1-3］。
　　差壓(yā)式流量計由檢(jian)測元件、 差壓變(biàn)送器 以及流量(liàng)顯示儀表組成(chéng)。檢測元件有多(duō)種，如節流孔闆(pǎn)、噴嘴和文丘裏(lǐ)管等。其中，節流(liú)孔闆以加工方(fāng)便、穩定性好等(děng)優點，應用較爲(wèi)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(liu)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(jiā)，動能的增大來(lai)自壓力能的減(jiǎn)小。流體流過孔(kong)闆後壓力降❄️低(di)，孔闆前後壓力(li)不相等，産生壓(ya)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(heng)定律)可🍉知［4］，節流(liu)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(tǐ)積流量，m3/s;C爲流出(chū)系數;d爲工作條(tiao)件下節流🔅孔🌈闆(pan)開🐪孔直徑，m;β爲孔(kǒng)闆開孔直徑與(yu)管道内徑之比(bi);Δp爲節🔴流孔闆前(qian)🏃🏻‍♂️後差壓，Pa;ε、ρ1分别爲(wèi)節流孔闆正端(duan)取壓口平面上(shang)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(jing)孔闆前後的差(cha)壓Δp的平⭕方根🙇‍♀️成(chéng)正比。差壓Δp通過(guò)差壓變送器測(ce)量。變送器将流(liu)體流經孔闆✌️前(qián)後的差壓信号(hào)轉變爲與之⁉️相(xiang)對應的電信✂️号(hao)并輸出至流量(liàng)儀表，從而由流(liu)量儀表根據測(ce)量參數計算出(chū)流體标準狀态(tài)下的瞬時流量(liàng)或累☎️計流量。
2造(zào)成誤差的原因(yīn)分析及影響參(cān)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(chu)系🚶‍♀️數C、節流裝置(zhì)直徑比β、雷諾系(xì)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(mi)度ρ1等。如果🛀🏻能夠(gòu)得到這些參數(shù)的準确值🔞，同時(shí)差壓變送器能(néng)夠🛀不失真地測(cè)量到節流孔闆(pǎn)前🆚後的差壓信(xìn)号，就能提高流(liu)量儀表計量結(jié)果的正确率和(hé)可💛靠性。
2．1節流裝(zhuāng)置直徑比β、流出(chū)系數C
　　流出系數(shù)C和取壓點位置(zhì)、雷諾系數、管道(dào)粗糙度、孔🚶闆開(kai)孔截面積與管(guan)道截面積比值(zhí)、孔闆入口邊緣(yuán)尖銳度都有關(guan)。流出系數C可由(you)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(liú)孔闆在使用過(guo)程中腐蝕變形(xing)，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(liàng)測量精度。
　　以動(dòng)能公司空壓站(zhan)空壓機出口流(liu)量計爲例，空壓(ya)機大修期間，技(jì)術人員對空壓(yā)站出口節流裝(zhuāng)置前管道進行(hang)了檢查，發現孔(kǒng)闆前管道内積(ji)存大量受腐蝕(shí)而🔴掉落的氧化(hua)鐵皮垃圾，孔闆(pan)端面腐蝕。齒輪(lun)🈲分廠煤氣流量(liang)計長年使用，拆(chāi)🌏換煤氣流🧑🏾‍🤝‍🧑🏼量節(jie)流孔闆時發現(xiàn)，孔闆孔壁和端(duān)面上沾附黑色(sè)焦泥，孔闆開孔(kong)已經近似橢圓(yuan)形。這些因素的(de)存在都會使孔(kǒng)闆直徑與管道(dao)直🍉徑之比β改變(biàn)，緻使流出系數(shu)C改變，從👅而降低(dī)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(liang)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(tǐ)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(gōng)作溫度、工作壓(yā)力爲🍓主要參數(shu)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(yóu)于流量積算功(gōng)能的🌈限制，使用(yòng)過程中未裝溫(wen)度、壓力儀表進(jin)行測量補償。當(dāng)管道💛内氣體溫(wēn)度、壓力變化較(jiao)大與設計值不(bú)符時，計量誤差(cha)加大⛷️。例如，空壓(yā)站出口空氣流(liu)量計量過程中(zhong)，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(dù)40°左右，冬季10°左右(you)，孔闆設計溫度(dù)🔞25°左右。由于實際(ji)溫度與設計溫(wēn)度存在偏差，由(you)實際工作條件(jian)偏離設計工作(zuo)條件時流量修(xiū)正公式(3)，可推導(dǎo)出冬季實際流(liu)量爲流量計測(cè)量流量值的1．026倍(bei)，夏季實際流量(liàng)爲流量計測量(liang)流量的0．976倍，計量(liang)的正确率不能(néng)保證。

　　式中:Q實爲(wèi)實際工作條件(jiàn)時氣體标準體(tǐ)積流量;Q設爲設(she)計條件❤️時氣體(ti)标準體積流量(liàng);P實爲氣體實際(ji)工作表壓;P設爲(wèi)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(liang)
　　在傳輸環節，流(liú)體流過節流裝(zhuāng)置産生的差壓(yā)信号需要通過(guo)導壓管路傳遞(di)給差壓變送器(qì)。導壓管内徑過(guò)小、節流裝置距(ju)💋離變🌂送器過遠(yuǎn)都會引起壓損(sun)增大，從而造成(cheng)差壓信号失真(zhen)。另外，如果導壓(yā)管路💋存在堵塞(sāi)、洩漏以及因積(jī)水、積⁉️液造成的(de)假差壓，同樣會(huì)引起差壓信号(hào)傳遞失真。導壓(ya)管安裝時，如果(guǒ)沒有充分考慮(lǜ)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(guan)内是否有㊙️氣體(ti)進入，以及要排(pái)除這些幹擾因(yīn)🐅素，集氣器、積水(shui)沉降器的位置(zhì)✉️是否合理♌，是否(fǒu)需要伴熱等，由(you)🤟此引起的假差(chà)壓會使流量計(ji)量結果失真。
2．4流(liu)量量程與流量(liang)計匹配性問題(ti)
　　流量量程與流(liu)量計匹配性也(yě)是造成差壓式(shi)流量計誤差的(de)主要原因之一(yi)，特别是當小流(liu)量遇到大🆚量程(cheng)孔闆流量計時(shí)。由式(1)可知，由于(yú)流量與差壓信(xin)号的開方成正(zhèng)比，并且使用流(liú)量下限㊙️偏離常(cháng)用流量越多，流(liu)量計量誤差值(zhí)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(suàn)器進行小信号(hào)✊切除。但這樣又(you)會使流量不能(neng)得到積算。例如(rú)，在進行管道氧(yang)流量計量巡檢(jian)時，有小流量氧(yang)氣在使用，但流(liú)🌈量計無指示現(xian)象。
3減小計量誤(wu)差提高計量精(jing)度的相應措施(shi)
3．1孔闆的合理設(shè)計、選材
　　節流孔(kong)闆的設計以現(xian)場調研爲主，取(qu)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(jì)第🔞一手資料👨‍❤️‍👨，并(bìng)嚴格按照設計(jì)标準計算節流(liu)孔闆的開孔直(zhi)徑，孔徑的制造(zào)質量和加工精(jing)度達标。在按照(zhao)合理的工況設(she)計孔闆🏃‍♂️尺寸的(de)同時，應充分考(kao)慮流體對節流(liú)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(shǐ)用過程中發生(shēng)腐蝕和🤟塑性變(biàn)形嚴重。如，煤氣(qì)具👈有腐蝕性，齒(chǐ)輪分廠煤氣流(liú)量計量裝置，停(tíng)産檢修過程中(zhōng)，打開裝置卸下(xià)孔💋闆後，發現孔(kong)闆開孔嚴重變(biàn)形，近似橢圓形(xíng)，端面麻蝕。因此(cǐ)，測量有腐蝕性(xing)流體時，應采用(yong)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(biāo)達标，并确保孔(kong)闆的正确安裝(zhuang)👅。節👅流孔✉️闆安裝(zhuang)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(lì)度達标，此端面(mian)迎着流體流動(dong)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(pan)前後差壓減小(xiǎo)，測量🌈誤差增大(dà)。

3．3直管段、導壓管(guan)的安裝維護
　　節(jiē)流裝置前後直(zhi)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(qiú)，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(yuè)大。安裝時，根據(jù)需要處理節流(liu)裝置及直管段(duan)。如:氧氣🏃流量測(cè)量需♊要進行節(jiē)流裝置和前後(hòu)直管段的四氯(lü)化碳脫油處💯理(li)。設備停車檢修(xiu)檢查孔闆的同(tong)時，還需要對節(jie)流裝置前後直(zhí)管段進💃行吹掃(sǎo)清理，排除管道(dao)氧化物、焊渣⁉️、油(you)垢之類改變管(guan)道内徑的異物(wù)，情況嚴重或條(tiao)件允許時可進(jìn)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(xìng)質爲基礎，如耐(nai)腐蝕、耐壓力等(deng)。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(wú)論節流裝置❌安(an)裝在水平管道(dao)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(guǎn)路的最💋底部安(an)裝積水罐，避免(miǎn)液🏒體進入變送(song)器，引起測量👌誤(wu)差。
3．4溫度壓力補(bu)償
　　由于工作溫(wen)度、壓力随工況(kuang)變化，氣體的密(mì)度也發生變化(hua)，而節流孔闆的(de)設計參數是固(gu)定值。爲了降低(di)計量誤差，采用(yong)具有溫壓補償(cháng)功能的 流量積(jī)算儀 表，實施溫(wēn)壓補償，進行流(liú)量值的實時修(xiū)正。爲了避免對(duì)流體流動的幹(gan)擾，測溫點一般(bān)選在節流裝置(zhi)的下遊、直☂️管段(duàn)⛹🏻‍♀️以外♊、大于5倍直(zhi)徑長度小于15倍(bèi)直徑🔴長度的管(guǎn)道上🐇，從而既⛷️不(bú)影響流出系數(shù)，又能夠反映流(liú)體的溫度。測壓(ya)信号取自孔闆(pǎn)流量計正壓管(guǎn)🙇‍♀️［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(neng)流量儀表所具(ju)有的微處理功(gōng)能，實現對流量(liang)各🈲參數的在線(xian)計♊算和校正。智(zhì)能流量儀表能(neng)夠❤️實現溫👅度壓(yā)力補償、流束膨(péng)脹系數補償，提(tí)高計量結果的(de)準确度。當孔闆(pǎn)開孔直徑實測(cè)值與設計值有(you)偏離時，由于β值(zhi)變化以及流出(chu)系數C的變化，使(shi)最🌐大差壓對應(ying)的最大流量值(zhí)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(jīng)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(jue)了小流量計量(liàng)問題［9］。
3．6實時的維(wéi)護與保養
　　日常(cháng)維護的重點不(bú)僅要及時觀察(cha)工況、與各項參(cān)數核對、定時☔校(xiao)驗流量計，還要(yao)維護節流裝置(zhi)和與差壓🏃🏻‍♂️變送(song)器連接的引壓(ya)管線，避免差壓(ya)信号洩露、堵塞(sai)、凍結以及傳輸(shu)過程中壓力損(sun)失🍉。當環境溫度(du)變化較大時，應(ying)加強維護。制氧(yǎng)機噴冷塔出口(kǒu)空氣爲清潔濕(shi)空氣，差壓變送(sòng)器在管道下部(bù)，導壓管路安裝(zhuāng)集水器，但㊙️冬季(ji)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(shuǐ)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(bing)，堵住出口，流量(liàng)示值異常。故日(ri)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(liàng)技術管理人員(yuan)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(wèi)，不能弄清産生(sheng)誤差的具體影(ying)響因素，就不能(neng)把計量工作做(zuò)好。所以，隻有提(ti)高計量人員管(guǎn)理、維護儀表的(de)業務素😄質、業務(wu)技能，才能善于(yú)發現問題、及時(shi)解決問題，盡可(ke)能減小計量誤(wu)差，從而進一步(bù)提高計量精度(dù)。
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(shú)，但長期使用過(guo)程中存在大量(liang)影響測量精度(du)的因🧡素。如🈚果各(gè)環節在設⛹🏻‍♀️計、安(an)裝時嚴格按照(zhao)标準執行，使用(yòng)精度高功能強(qiáng)的智🏒能儀器，對(dui)計量影響因素(sù)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(gòu)降低測量💯誤差(cha)，提高計量結果(guo)的可靠性。

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