摘要(yao):孔闆流量(liang)計 設計技(ji)術成熟、結(jie)構簡單，是(shi)石油化工(gong)等工業領(ling)域測量流(liu)體流量的(de)主要設備(bei)。針對孔闆(pan)流量計長(zhang)期使用過(guo)程中測量(liang)誤差增大(da)、精度下降(jiang)問題，基于(yu)孔闆流量(liang)計的工作(zuo)原理，分析(xi)了直徑比(bi)β、流出系數(shu)C、可壓縮流(liu)體密度ρ1等(deng)物🔞理參數(shu)變化以及(ji)導壓管差(cha)壓Δp傳送失(shi)真等☀️對測(ce)量精度的(de)影響。在此(ci)基礎上，提(ti)出了對孔(kong)闆進行合(he)理設計與(yu)選材，降低(di)孔闆腐蝕(shi)率;對孔闆(pan)進行正确(que)安裝，保證(zheng)孔闆前後(hou)壓差的可(ke)靠性;直管(guan)段規範安(an)裝，并在檢(jian)修期間嚴(yan)格🌈清理孔(kong)闆和直管(guan)段以降低(di)直徑比β以(yi)及流出系(xi)數C的變化(hua)對💚測量結(jie)果的影響(xiang);采用智💞能(neng)儀表，實施(shi)溫壓補償(chang)，對🔅計量過(guo)程中參數(shu)進行在線(xian)🔱計算和校(xiao)等多種改(gai)進❤️措施，力(li)求達到降(jiang)低誤差、提(ti)高計量結(jie)果正确的(de)目的。
0引言(yan)
　　計量誤差(cha)指計量結(jie)果與真值(zhi)的偏離程(cheng)度，計量結(jie)果越接近(jin)真值，其正(zheng)确率越高(gao)。以節流裝(zhuang)置爲檢測(ce)元件的差(cha)壓式流量(liang)計，用🈚于氣(qi)體、液體和(he)蒸汽的流(liu)量測量，被(bei)廣泛應用(yong)于☎️石油、化(hua)工、冶金、電(dian)力、供熱、供(gong)水等領域(yu)，實現對生(sheng)産過程的(de)監控以及(ji)能源的計(ji)量。其主要(yao)原因是該(gai) 差壓式流(liu)量計 具有(you)相對簡單(dan)的結構、成(cheng)熟的設計(ji)技術、較低(di)的生産成(cheng)⭐本和穩定(ding)、可靠的性(xing)能等特點(dian)。但是在流(liu)量計的使(shi)用過🤟程中(zhong)💛，由于各種(zhong)因素(如孔(kong)闆腐蝕磨(mo)損、測㊙️量範(fan)圍度較窄(zhai)❌、現場安裝(zhuang)的要求不(bu)達标、引壓(ya)管線維護(hu)不到位等(deng))，會造成一(yi)系列💰計量(liang)誤差，使測(ce)量精度下(xia)降。如何正(zheng)确設計、安(an)裝、維護流(liu)量⛱️計，減小(xiao)計量誤差(cha)，提高計🙇🏻量(liang)精度，是每(mei)一個流量(liang)計量工作(zuo)者的工作(zuo)重點［1-3］。
　　差壓(ya)式流量計(ji)由檢測元(yuan)件、 差壓變(bian)送器 以及(ji)流量顯示(shi)儀表組成(cheng)。檢測元件(jian)有多種，如(ru)節流孔闆(pan)、噴🧑🏽‍🤝‍🧑🏻嘴和文(wen)丘裏管等(deng)。其中，節流(liu)孔闆以加(jia)工方便、穩(wen)定性好等(deng)優點，應用(yong)🌈較爲普遍(bian)。
1孔闆流量(liang)計工作原(yuan)理
　　節流裝(zhuang)置測量原(yuan)理如圖1所(suo)示。流體流(liu)經孔闆時(shi)，由于孔闆(pan)孔🍓徑🍉小于(yu)管徑，會造(zao)成流束的(de)急劇收縮(suo)，流速增加(jia)，動能的♉增(zeng)大來自壓(ya)力能的減(jian)小。流體流(liu)過孔闆後(hou)壓力降低(di)，孔闆前後(hou)壓力不相(xiang)✏️等，産生壓(ya)差🌈。

　　根(gen)據流體流(liu)動連續性(xing)原理和伯(bo)努利方程(cheng)(能量守恒(heng)定律🏃‍♀️)可知(zhi)［4］，節流式差(cha)壓流量計(ji)可壓縮流(liu)體流量計(ji)算公式🈲爲(wei):

　　式中:qv爲單(dan)位體積流(liu)量，m3/s;C爲流出(chu)系數;d爲工(gong)作條件下(xia)節流🧡孔闆(pan)開孔直徑(jing)，m;β爲孔闆開(kai)孔直徑與(yu)管道内徑(jing)之比;Δp爲節(jie)流孔🚶‍♀️闆前(qian)後差壓，Pa;ε、ρ1分(fen)别爲節流(liu)孔闆正端(duan)取壓口🔞平(ping)面上的可(ke)膨脹系數(shu)和流體密(mi)度，kg/m3。
　　由式(1)可(ke)知，體積流(liu)量qv與流體(ti)流經孔闆(pan)前後的差(cha)壓Δp的✍️平🍓方(fang)🔴根成正比(bi)。差壓Δp通過(guo)差壓變送(song)器測量。變(bian)送器将流(liu)體🌈流經孔(kong)闆前後的(de)差壓信号(hao)轉變爲與(yu)之相對應(ying)的電信🔴号(hao)并輸出至(zhi)流量儀表(biao)，從而由流(liu)量儀表根(gen)據測量參(can)數計算出(chu)流體标準(zhun)狀☎️态下的(de)瞬💋時流量(liang)或累👄計流(liu)量。
2造成誤(wu)差的原因(yin)分析及影(ying)響參數
　　由(you)式(1)可知，流(liu)量測量結(jie)果qv同時受(shou)很多參數(shu)的影響，如(ru)⭕流出👨‍❤️‍👨系數(shu)C、節流裝置(zhi)直徑比β、雷(lei)諾系數ＲeD、氣(qi)體膨脹系(xi)數ε以及節(jie)流孔闆正(zheng)端取壓口(kou)平面上流(liu)體密度😍ρ1等(deng)。如果能夠(gou)得到這些(xie)參數的準(zhun)确值，同時(shi)差壓變送(song)器能夠不(bu)失真地㊙️測(ce)量到節🈲流(liu)孔闆前後(hou)的差壓信(xin)号，就能提(ti)高流量儀(yi)表🛀計量結(jie)果的正确(que)率和可靠(kao)性。
2．1節流裝(zhuang)置直徑比(bi)β、流出系數(shu)C
　　流出系數(shu)C和取壓點(dian)位置、雷諾(nuo)系數、管道(dao)粗糙度、孔(kong)💋闆開孔截(jie)面💯積與管(guan)道截面積(ji)比值、孔闆(pan)入口邊緣(yuan)尖銳度都(dou)有關🔞。流出(chu)系數C可由(you)式(2)計算［4］。

　　由(you)式(2)可知，如(ru)果節流裝(zhuang)置前管道(dao)直徑發生(sheng)變化，節流(liu)孔👅闆在使(shi)用過程中(zhong)腐蝕變形(xing)，直徑比β變(bian)化很大，都(dou)會使流🈲出(chu)系數C發生(sheng)變化，從而(er)降低流量(liang)測量精度(du)。
　　以動能公(gong)司空壓站(zhan)空壓機出(chu)口流量計(ji)爲例，空壓(ya)機㊙️大修👨‍❤️‍👨期(qi)間，技術人(ren)員對空壓(ya)站出口節(jie)流裝置前(qian)管道進行(hang)👌了檢查，發(fa)現孔闆前(qian)管道内積(ji)存大量受(shou)腐蝕而掉(diao)落的📐氧化(hua)鐵皮垃圾(ji)🈚，孔闆端面(mian)腐蝕。齒輪(lun)分廠煤氣(qi)流量計長(zhang)年使用，拆(chai)換煤氣流(liu)量節流孔(kong)闆時發現(xian)，孔闆孔壁(bi)和端面上(shang)沾附黑色(se)焦泥，孔闆(pan)開孔已經(jing)近似橢圓(yuan)形。這些因(yin)素的存在(zai)都會使孔(kong)📞闆直徑與(yu)管道直徑(jing)之比β改變(bian)，緻使流出(chu)系數C改變(bian)，從💜而降低(di)流量示值(zhi)精度。
2．2密度(du)ρ1和流量儀(yi)表積算功(gong)能的影響(xiang)
　　氣體流量(liang)測量的最(zui)終目标是(shi)得到标準(zhun)狀态下的(de)體🥵積流量(liang)。如果氣體(ti)的溫度、壓(ya)力發生變(bian)化，密度也(ye)随之變化(hua)。孔闆開孔(kong)直徑設計(ji)計算，以常(chang)用工作溫(wen)度、工作壓(ya)力爲主要(yao)參數指标(biao)。但待測⁉️氣(qi)體的工作(zuo)溫度、壓力(li)不是恒定(ding)值，随着工(gong)況、環境溫(wen)度的變化(hua)🛀而變化。傳(chuan)統🐆的流量(liang)計量中，由(you)于流量積(ji)算功能的(de)限制，使用(yong)過程中未(wei)裝溫度、壓(ya)✨力儀表進(jin)行測🔞量補(bu)償。當管道(dao)内氣體溫(wen)度、壓力變(bian)化較🌍大與(yu)設計值不(bu)符時，計量(liang)誤差加大(da)。例如，空壓(ya)站出口🔴空(kong)❌氣流量計(ji)量過程中(zhong)，同一台機(ji)組冬、夏兩(liang)季産氣量(liang)相差較大(da)。經查，夏季(ji)氣體溫度(du)40°左右，冬季(ji)10°左右，孔闆(pan)設計溫度(du)25°左右。由于(yu)實際溫度(du)與設計溫(wen)度存在偏(pian)差，由實際(ji)✂️工作條件(jian)偏離設計(ji)工作條件(jian)時💋流量修(xiu)正公式(3)，可(ke)推導出冬(dong)季實際流(liu)量爲流量(liang)計測量流(liu)♋量值的1．026倍(bei)，夏季實際(ji)流量爲流(liu)量計測量(liang)流量的0．976倍(bei)，計量的正(zheng)㊙️确率不能(neng)保證。

　　式中(zhong):Q實爲實際(ji)工作條件(jian)時氣體标(biao)準體積流(liu)量;Q設爲設(she)計條件時(shi)氣體标準(zhun)體積流量(liang);P實爲氣體(ti)實際工作(zuo)表壓;P設爲(wei)設計表壓(ya);P0爲當地大(da)氣壓;T實爲(wei)氣體實際(ji)工作溫度(du);T設爲設🐆計(ji)溫度;T0爲絕(jue)對💚溫度273．15K［5］。
2．3差(cha)壓Δp的測量(liang)
　　在傳輸環(huan)節，流體流(liu)過節流裝(zhuang)置産生的(de)差壓信号(hao)需要通過(guo)🏃🏻導壓管路(lu)傳遞給差(cha)壓變送器(qi)。導壓管内(nei)徑過小、節(jie)❤️流裝置距(ju)離變送器(qi)過遠都會(hui)引起壓損(sun)增大，從而(er)造成差壓(ya)信号失真(zhen)♋。另外，如果(guo)導壓管路(lu)存在堵塞(sai)⛷️、洩漏以及(ji)因積水、積(ji)液造成的(de)假差壓，同(tong)樣會引起(qi)差🍉壓信号(hao)傳遞失真(zhen)。導壓管安(an)裝時，如果(guo)沒有充分(fen)考慮流體(ti)介質的性(xing)質，氣體導(dao)壓管内是(shi)否含液、含(han)塵，液體導(dao)壓管内是(shi)否有氣體(ti)進入，以及(ji)☁️要排除這(zhe)些幹擾因(yin)素，集氣器(qi)、積水沉降(jiang)器的位置(zhi)是否合理(li)，是否需要(yao)伴🤩熱等，由(you)❓此引起的(de)假差壓會(hui)⁉️使流量計(ji)量結果失(shi)真。
2．4流量量(liang)程與流量(liang)計匹配性(xing)問題
　　流量(liang)量程與流(liu)量計匹配(pei)性也是造(zao)成差壓式(shi)流量計誤(wu)差👄的主要(yao)原因之一(yi)，特别是當(dang)小流量遇(yu)到大量程(cheng)⭐孔闆流量(liang)‼️計時。由式(shi)🐆(1)可知，由于(yu)流量與差(cha)壓信号的(de)開方成正(zheng)😘比，并且使(shi)用流🧑🏾‍🤝‍🧑🏼量下(xia)限偏離常(chang)用流🤩量越(yue)多，流量計(ji)量誤差值(zhi)越大，對計(ji)量結果争(zheng)議越大。小(xiao)信号時，爲(wei)了防止因(yin)零點漂移(yi)，通常流量(liang)計算✉️器進(jin)行小信🔞号(hao)切除。但這(zhe)樣又會使(shi)流量不能(neng)得到積算(suan)。例如，在進(jin)行管道氧(yang)流量計量(liang)巡檢時，有(you)小流量氧(yang)氣在使用(yong)，但流☂️量計(ji)無指示現(xian)象🏃‍♂️。
3減小計(ji)量誤差提(ti)高計量精(jing)度的相應(ying)措施
3．1孔闆(pan)的合理設(she)計、選材
　　節(jie)流孔闆的(de)設計以現(xian)場調研爲(wei)主，取得流(liu)體常用的(de)🎯工作壓🔆力(li)、工作溫度(du)，對直管段(duan)内徑進行(hang)實際測🏒量(liang)，掌握設計(ji)第一手資(zi)料，并嚴格(ge)按照設計(ji)标準計算(suan)節流📧孔闆(pan)的開孔直(zhi)徑，孔徑的(de)制造質量(liang)和加工精(jing)度達标。在(zai)按照合理(li)的工況設(she)計孔闆尺(chi)寸的同時(shi)，應充分考(kao)慮流體對(dui)節流孔闆(pan)材料的影(ying)響，選擇适(shi)當的材料(liao)加工孔闆(pan)，以免孔闆(pan)在使用過(guo)程中發生(sheng)腐蝕和塑(su)性變🚩形嚴(yan)重。如，煤氣(qi)具有腐蝕(shi)性，齒輪😍分(fen)廠煤氣流(liu)量計量裝(zhuang)置，停産檢(jian)修過程中(zhong)，打開裝置(zhi)卸下孔闆(pan)後，發現孔(kong)闆開孔嚴(yan)重變形，近(jin)似橢圓⭐形(xing)，端面麻蝕(shi)。因此，測量(liang)有腐蝕性(xing)流體時，應(ying)采用耐腐(fu)蝕材料。孔(kong)🐕闆流量計(ji)常用材料(liao)選擇如表(biao)1所示［6-7］。

3．2孔(kong)闆的正确(que)安裝
　　孔闆(pan)加工技術(shu)指标達标(biao)，并确保孔(kong)闆的正确(que)安裝。節流(liu)孔闆安裝(zhuang)示意圖如(ru)圖2所示。孔(kong)闆開孔與(yu)上遊端面(mian)🔱之間夾角(jiao)應爲90°±0．3°，直角(jiao)入口邊緣(yuan)銳利度達(da)标，此端面(mian)迎着流體(ti)🚩流動的👨‍❤️‍👨方(fang)向［7］。若孔闆(pan)裝反，使流(liu)體流經孔(kong)闆流速的(de)變化減小(xiao)，孔闆前後(hou)差壓💋減小(xiao)，測量♍誤差(cha)增大。

3．3直管(guan)段、導壓管(guan)的安裝維(wei)護
　　節流裝(zhuang)置前後直(zhi)管段滿足(zu)安裝要求(qiu)，節流裝置(zhi)直管段❤️長(zhang)度以前10倍(bei)直徑、後5倍(bei)直徑的原(yuan)則實施敷(fu)設，直管段(duan)管壁粗糙(cao)度應符合(he)标準要求(qiu)，否則将影(ying)響流出系(xi)數;管壁💃粗(cu)糙度越大(da)，流🛀🏻出系數(shu)的偏差越(yue)大。安裝時(shi)，根據需要(yao)處理節流(liu)裝置及直(zhi)管段。如:氧(yang)氣😘流量測(ce)量需要進(jin)行節流裝(zhuang)置和前後(hou)直管段的(de)四氯化碳(tan)脫油處⚽理(li)。設備停車(che)檢修檢查(cha)孔闆的同(tong)時，還需要(yao)對節流裝(zhuang)置前後直(zhi)管段進行(hang)吹掃清理(li)，排除‼️管道(dao)氧化物、焊(han)渣⭐、油垢之(zhi)類改變管(guan)道内徑的(de)異✊物，情況(kuang)嚴重或條(tiao)件允許時(shi)可進行更(geng)換，盡可能(neng)減小直徑(jing)比β以及流(liu)出系數C的(de)變化，提高(gao)流㊙️量計量(liang)的精度。
　　選(xuan)擇導壓管(guan)的材料性(xing)能以滿足(zu)被測流體(ti)的性質🥵爲(wei)基礎，如耐(nai)腐蝕、耐壓(ya)力等。導壓(ya)管的敷設(she)傾斜度不(bu)得小于規(gui)定要求。測(ce)量濕氣體(ti)時，無論節(jie)流裝置安(an)裝在水平(ping)管道還是(shi)豎直管✨道(dao)上，變☁️送器(qi)安裝在節(jie)流裝置的(de)下部時，都(dou)需要考慮(lü)在導壓管(guan)路的最底(di)部安裝積(ji)水罐，避免(mian)液體進入(ru)變送器，引(yin)起測量誤(wu)差。
3．4溫度壓(ya)力補償
　　由(you)于工作溫(wen)度、壓力随(sui)工況變化(hua)，氣體的密(mi)度也發生(sheng)♌變化，而🌍節(jie)流孔闆的(de)設計參數(shu)是固定值(zhi)。爲了降低(di)計量誤🔞差(cha)，采用具有(you)溫壓補償(chang)功能的 流(liu)量積算儀(yi) 表，實施溫(wen)壓補償，進(jin)行流量值(zhi)的實時修(xiu)正。爲了避(bi)💃🏻免對流體(ti)流動的幹(gan)擾，測溫點(dian)一般選在(zai)節流裝置(zhi)🍉的下遊、直(zhi)管段以外(wai)、大于5倍直(zhi)徑長度小(xiao)于15倍直徑(jing)長度的管(guan)道上，從而(er)既不影響(xiang)🚩流出系🌈數(shu)，又能夠反(fan)映流體的(de)溫度。測壓(ya)信号取自(zi)孔闆流量(liang)計正壓管(guan)［8］。
3．5智能儀表(biao)的使用
　　随(sui)着電子科(ke)技的發展(zhan)，儀表技術(shu)發展飛速(su)，充分利用(yong)🔞智能流㊙️量(liang)儀表所具(ju)有的微處(chu)理功能，實(shi)現對流量(liang)各參數的(de)在線計算(suan)和校正。智(zhi)能流量儀(yi)表能夠實(shi)現溫度壓(ya)力補償、流(liu)💚束膨脹🌈系(xi)數補✍️償，提(ti)高計量結(jie)果的準确(que)度。當孔闆(pan)開孔直徑(jing)實測值與(yu)設計值有(you)偏離時，由(you)于β值變化(hua)以及流出(chu)系數🍉C的變(bian)化，使最💃大(da)差壓對應(ying)的最大流(liu)量值變💃🏻化(hua)，智能流量(liang)儀表的功(gong)能足夠滿(man)足量程的(de)修改，從而(er)提高流量(liang)測量的精(jing)🐆度。智能流(liu)量儀表💁還(hai)實現了兩(liang)台差壓變(bian)送器的自(zi)動切換使(shi)用，從而拓(tuo)寬了量程(cheng)範圍，解決(jue)了小流量(liang)計量問題(ti)［9］。
3．6實時的維(wei)護與保養(yang)
　　日常維護(hu)的重點不(bu)僅要及時(shi)觀察工況(kuang)、與各項參(can)數核⛷️對、定(ding)時校驗流(liu)量計，還要(yao)維護節流(liu)裝置和與(yu)差壓變送(song)器連🏃‍♂️接的(de)引壓管線(xian)，避免差壓(ya)信号洩露(lu)、堵塞、凍✔️結(jie)以及傳輸(shu)過程中壓(ya)力損失🈲。當(dang)環境溫度(du)變化較大(da)時，應加強(qiang)維護。制氧(yang)機噴冷塔(ta)🐆出口空氣(qi)爲清潔濕(shi)空氣，差壓(ya)變送器在(zai)管道下部(bu)，導壓管路(lu)安裝集水(shui)器♋，但冬季(ji)容易出現(xian)👈流量指示(shi)失靈現象(xiang)😍。出現這一(yi)👨‍❤️‍👨現象的主(zhu)要原因是(shi)壓空水分(fen)析出增多(duo)，積滿積水(shui)罐，又沒有(you)㊙️及時排水(shui)，伴熱管沒(mei)有及時打(da)開，造成積(ji)水罐結冰(bing)，堵住出口(kou)‼️，流量示值(zhi)異常👣。故日(ri)💜常定時維(wei)護、重點維(wei)護、周期校(xiao)驗都是計(ji)量工作的(de)重點。
3．7計量(liang)技術管理(li)人員的培(pei)訓
　　計量人(ren)員如果對(dui)流量計量(liang)儀表的計(ji)量原理、安(an)标準⭐、使用(yong)維護、精準(zhun)校驗等各(ge)個環節認(ren)識不到位(wei)，不能弄清(qing)産生誤差(cha)的🍉具體影(ying)響因素，就(jiu)不能把計(ji)量工作做(zuo)好。所以，隻(zhi)有提高計(ji)量💃人員管(guan)理、維護儀(yi)表的業務(wu)素質、業務(wu)技能，才能(neng)善于發現(xian)問題、及時(shi)解決問題(ti)，盡可能減(jian)小計量誤(wu)差，從而進(jin)一步提高(gao)計量精度(du)。
4結論
　　綜上(shang)所述，孔闆(pan)流量計雖(sui)然結構較(jiao)簡單、設計(ji)技術成熟(shu)，但長期使(shi)用過程中(zhong)存在大量(liang)影響測量(liang)精度😘的因(yin)🔱素。如果各(ge)環節在設(she)計、安裝時(shi)嚴格按照(zhao)标準執行(hang)，使用精度(du)高功能強(qiang)的智🔴能儀(yi)器，對計量(liang)影響因素(su)進行實時(shi)修正，使用(yong)過程中加(jia)強管理，定(ding)時維護校(xiao)驗，就能夠(gou)降低測量(liang)🐪誤差，提高(gao)計量結果(guo)的可👣靠性(xing)。

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