摘要(yao):孔闆流量(liang)計 設計技(jì)術成熟、結(jie)構簡單，是(shi)石油化工(gong)等工業領(lǐng)域測量流(liú)體流量的(de)主要設備(bei)。針對孔闆(pǎn)流量計長(zhang)期使用過(guo)程中測量(liàng)誤差增大(da)、精度下降(jiang)問題，基于(yu)孔㊙️闆流量(liang)計的工⭐作(zuò)原理，分析(xi)了直徑比(bǐ)✌️β、流出系數(shu)C、可壓縮流(liú)體密度ρ1等(deng)物♍理參數(shu)變化以及(jí)導壓管差(cha)壓🔞Δp傳送失(shī)真等✏️對測(cè)量精度的(de)影響。在此(ci)基礎上，提(ti)出了對孔(kǒng)闆進行合(hé)理設計與(yu)選材，降低(di)孔闆腐蝕(shi)率;對孔闆(pǎn)進行正确(què)安裝，保♉證(zheng)孔闆前後(hòu)壓差的可(ke)靠性;直管(guǎn)段規範安(ān)裝🔞，并在檢(jian)修期間嚴(yan)格清理孔(kong)闆和直管(guǎn)段以降低(dī)直徑比β以(yǐ)及💃🏻流出系(xì)數C的變化(hua)對測量結(jié)果的影響(xiǎng);采用智能(neng)儀表，實施(shī)溫壓補償(cháng)，對計量過(guò)程中🤟參數(shu)進行在線(xian)計算和校(xiao)等多種改(gǎi)進措施👅，力(li)求達到降(jiang)低誤差🐆、提(ti)高計量結(jié)果正确的(de)目的。
0引言(yán)
　　計量誤差(chà)指計量結(jie)果與真值(zhi)的偏離程(cheng)度，計量結(jie)果越接近(jìn)真值，其正(zhèng)确率越高(gāo)。以節流裝(zhuāng)置爲檢測(cè)🐇元件🈲的差(chà)壓式🌈流量(liang)計，用于氣(qi)體、液體和(he)蒸汽的流(liú)量測量，被(bei)廣泛應用(yòng)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(jí)能源的計(jì)♌量。其主要(yào)原因是該(gai) 差壓式流(liú)量計 具有(yǒu)相對簡單(dān)的結構、成(chéng)熟的設計(jì)技術、較低(dī)的生産成(cheng)本和穩定(dìng)、可靠的性(xing)能等特點(dian)。但是在流(liu)量計㊙️的使(shǐ)用過程中(zhōng)，由于各種(zhong)因素(如孔(kong)闆腐蝕磨(mó)損、測量範(fàn)圍👌度較窄(zhǎi)、現場安裝(zhuāng)的要求不(bú)達标、引壓(ya)管線維護(hù)不到位等(deng))，會造㊙️成一(yī)系列計量(liàng)誤差，使測(cè)量精💘度下(xià)降。如何🤞正(zhèng)确設計、安(ān)裝、維護流(liú)量計，減小(xiǎo)計量誤差(cha)，提高計量(liang)🔞精度，是每(měi)一個✍️流量(liàng)計量工作(zuo)🔴者的🌈工作(zuo)重點［1-3］。
　　差壓(yā)式流量計(jì)由檢測元(yuán)件、 差壓變(bian)送器 以及(ji)流量顯示(shì)儀表組成(chéng)。檢測元件(jiàn)有多種，如(rú)節流孔闆(pan)、噴嘴和文(wen)丘裏管等(děng)。其中，節流(liu)孔闆以加(jiā)工方🙇🏻便、穩(wěn)♉定性好等(deng)🔞優點，應用(yòng)較爲普遍(bian)。
1孔闆流量(liàng)計工作原(yuan)理
　　節流裝(zhuang)置測量原(yuán)理如圖1所(suǒ)示。流體流(liú)經孔闆時(shí)，由于孔🧑🏽‍🤝‍🧑🏻闆(pǎn)🏃🏻‍♂️孔徑小于(yú)管徑，會造(zào)成流束的(de)急劇收縮(suo)，流速增加(jiā)，動能的增(zēng)大來自壓(ya)力能的減(jiǎn)小。流體流(liú)過孔闆後(hòu)壓力降🏃🏻‍♂️低(dī)，孔闆前後(hòu)壓力不相(xiang)等，産生壓(ya)差。

　　根(gēn)據流體流(liu)動連續性(xìng)原理和伯(bo)努利方程(cheng)(能量守恒(héng)定律🔱)可知(zhi)［4］，節流式差(chà)壓流量計(ji)可壓縮流(liu)體流量計(jì)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(gōng)作條件下(xia)節流孔闆(pan)開孔直徑(jìng)，m;β爲孔闆開(kai)孔直徑與(yu)管道内徑(jing)之比;Δp爲節(jiē)流孔闆前(qian)後差壓，Pa;ε、ρ1分(fèn)别爲節流(liú)孔闆正端(duān)取壓口平(píng)面上的可(kě)膨脹系數(shù)和流體⭕密(mi)度，kg/m3。
　　由式(1)可(kě)知，體積流(liu)量qv與流體(tǐ)流經孔闆(pan)前後的差(cha)壓Δp的平方(fāng)根🆚成正比(bi)。差壓Δp通過(guò)差壓變送(song)器測量。變(bian)送器将流(liú)體流經孔(kǒng)闆前後的(de)差壓信号(hao)轉變爲與(yǔ)之💯相對應(yīng)的電信号(hao)并輸✂️出至(zhì)流量儀表(biǎo)，從而由流(liú)量儀表根(gēn)據測量參(can)數計算出(chu)流體标準(zhun)狀态下的(de)瞬時流量(liàng)或累計流(liú)量。
2造成誤(wù)差的原因(yīn)分析及影(ying)響參數
　　由(you)式(1)可知，流(liú)量測量結(jié)果qv同時受(shou)很多參數(shu)的影響，如(ru)🈲流出🆚系數(shù)C、節流裝置(zhì)直徑比β、雷(léi)諾系數ＲeD、氣(qì)體膨脹🌈系(xì)數ε以及節(jie)流孔闆正(zhèng)端取壓口(kǒu)平面上流(liu)體密度ρ1等(děng)。如果能夠(gòu)得到這些(xiē)💜參數的準(zhun)确值，同時(shi)差壓變送(song)器能夠不(bu)失真地測(cè)量到節🔴流(liu)孔闆前後(hou)的差壓💜信(xìn)号，就能提(tí)高流量儀(yí)表計量結(jie)果的正确(què)率和可靠(kao)性。
2．1節流裝(zhuang)置直徑比(bǐ)β、流出系數(shu)C
　　流出系數(shu)C和取壓點(dian)位置、雷諾(nuò)系數、管道(dao)粗糙度、孔(kǒng)闆開孔截(jié)面積與管(guan)道截面積(jī)比值、孔闆(pan)入口邊緣(yuan)尖銳度都(dōu)有關。流出(chū)系數C可由(you)式(2)計算［4］。

　　由(yóu)式(2)可知，如(ru)果節流裝(zhuāng)置前管道(dào)直徑發生(sheng)變化，節流(liú)孔闆在使(shǐ)☂️用過程中(zhōng)腐蝕變形(xing)，直徑比β變(bian)化很大🏃，都(dōu)會使流出(chu)系數C發生(shēng)變化，從而(er)降低流量(liàng)測量精度(du)。
　　以動能公(gōng)司空壓站(zhàn)空壓機出(chū)口流量計(jì)爲例，空壓(ya)機大修期(qī)間，技術人(rén)員對空壓(ya)站出口節(jie)流裝置前(qian)管道進行(hang)了檢查，發(fā)現孔闆前(qian)管道内積(ji)存大量受(shou)腐蝕而☂️掉(diao)落的🙇🏻氧化(huà)鐵皮垃圾(ji)，孔闆端面(miàn)腐蝕。齒輪(lún)🔱分廠煤氣(qi)流量計長(zhang)年使用，拆(chāi)換煤氣流(liú)量節流孔(kǒng)闆時發現(xiàn)，孔闆孔壁(bì)和端☁️面上(shàng)沾附黑色(sè)焦泥，孔闆(pan)開孔已經(jing)近似橢圓(yuán)形。這些因(yīn)素的存在(zài)都會使孔(kǒng)闆直徑與(yǔ)🏃‍♀️管道直徑(jing)之比🌈β改變(bian)，緻使流出(chu)系數C改變(biàn)，從而降低(dī)流量示值(zhí)💚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(liàng)測量的最(zuì)終目标是(shì)得到标準(zhǔn)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(yě)随之變化(huà)。孔闆開孔(kǒng)直徑設計(jì)計算，以常(cháng)用工作溫(wēn)度、工作壓(ya)力爲主要(yào)參✌️數指标(biao)。但待測氣(qi)體的工作(zuò)溫度、壓力(lì)不是恒定(dìng)值，随着工(gong)況、環境溫(wēn)度的變化(hua)而變化。傳(chuan)統的流量(liàng)計量中，由(you)于流量✂️積(jī)算功能的(de)🈲限制，使用(yong)過🌈程⭐中未(wèi)裝溫度、壓(ya)力儀表進(jìn)行測量補(bǔ)♉償。當管道(dao)内氣體溫(wen)度、壓力變(biàn)化較👣大與(yu)設計值不(bú)符時，計量(liang)誤差加大(dà)。例如，空壓(ya)站出口⛷️空(kong)氣流量計(jì)💘量過程中(zhōng)，同一台機(ji)組冬、夏兩(liang)季産氣量(liang)相差較大(da)。經查，夏季(jì)氣體溫度(dù)40°左右☀️，冬季(ji)10°左右，孔闆(pǎn)🈲設計溫度(du)25°左右。由于(yu)實際溫度(dù)與設計溫(wen)度存在偏(piān)差，由實際(jì)🐇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(kě)推導出冬(dong)季實際流(liú)量爲流量(liàng)計測量🌈流(liú)🌈量值的1．026倍(bèi)㊙️，夏季實際(jì)流量爲流(liú)量計測量(liang)流量的0．976倍(bei)，計量的正(zheng)确率不能(néng)保證。

　　式中(zhong):Q實爲實際(ji)工作條件(jiàn)時氣體标(biao)準體積流(liú)量;Q設🈲爲設(shè)計條件時(shí)氣體标準(zhǔn)體積流量(liang);P實爲氣體(tǐ)實際工作(zuo)表壓;P設爲(wei)設計表壓(yā)✨;P0爲當地大(da)氣壓;T實爲(wèi)氣體實際(jì)工作溫度(dù);T設爲設計(jì)溫度;T0爲絕(jué)對溫度273．15K［5］。
2．3差(chà)壓Δp的測量(liang)
　　在傳輸環(huan)節，流體流(liú)過節流裝(zhuāng)置産生的(de)差壓信号(hào)需要通🧑🏾‍🤝‍🧑🏼過(guò)導壓管路(lu)傳遞給差(cha)壓變送器(qi)。導壓管内(nèi)🌂徑過小、節(jiē)流裝置距(jù)離變送器(qi)過遠都會(huì)引起壓損(sǔn)增大，從而(er)造成差壓(ya)信号失真(zhen)。另外，如果(guǒ)導壓管路(lù)存在堵塞(sai)、洩漏以及(ji)🔱因積水、積(ji)💰液造成的(de)假差壓，同(tóng)樣會引起(qi)差🐉壓信号(hao)傳遞失真(zhen)。導壓管安(ān)裝時，如果(guo)💯沒有充分(fen)考慮流體(ti)介質的性(xing)🍓質，氣體導(dǎo)壓管内是(shì)否含液、含(han)塵，液體🧑🏾‍🤝‍🧑🏼導(dǎo)壓管🍓内是(shì)否有✔️氣體(tǐ)進入，以及(ji)🔴要排除這(zhe)些幹擾因(yīn)素，集氣器(qì)、積水沉降(jiàng)器的位置(zhi)是否合理(lǐ)，是否需要(yao)伴熱等，由(yóu)此引起的(de)假差壓會(huì)⚽使流量計(jì)量結果失(shi)真。
2．4流量量(liàng)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(shì)流量計誤(wu)差的主要(yao)原因之一(yī)，特别是當(dang)小流量遇(yù)到大🌈量程(cheng)孔闆流量(liang)計時。由式(shi)(1)可知，由于(yú)流量與差(chà)壓信号的(de)開方成正(zhèng)比，并且使(shi)用流🐇量下(xia)限偏離常(cháng)用流量越(yue)多，流🤟量計(ji)量誤差值(zhi)越大，對計(ji)量結果争(zhēng)議越大。小(xiao)信号時，爲(wèi)了防止因(yīn)零點漂移(yi)，通常流量(liang)計算器進(jìn)行小信🌈号(hào)切除。但這(zhè)樣又會使(shǐ)流量不能(néng)得到積算(suan)。例如，在進(jin)行管道氧(yang)流量計量(liàng)㊙️巡檢時，有(you)小流量氧(yang)氣在使用(yong)，但流🔞量計(ji)無指示現(xiàn)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(jiē)流孔闆的(de)設計以現(xiàn)場調研爲(wei)主，取得流(liú)體常用♈的(de)工作壓力(li)、工作溫度(dù)，對直管段(duàn)内徑進行(háng)實際測量(liàng)，掌❌握設計(jì)第一手🐇資(zī)料，并嚴格(gé)按照設計(jì)标準計算(suan)節流孔闆(pǎn)的開孔直(zhí)徑，孔徑🌏的(de)制造質量(liàng)和加工精(jing)度達标。在(zai)按照合理(lǐ)的工況設(she)計孔闆尺(chǐ)寸的同👌時(shi)，應充分考(kǎo)♋慮流體對(duì)節流孔闆(pǎn)材料的影(yǐng)響，選擇🌈适(shi)當的材料(liào)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(zhuāng)置，停産檢(jiǎn)修過程中(zhōng)，打開裝置(zhi)卸下孔闆(pan)後，發現孔(kong)闆開孔嚴(yán)重變形，近(jin)似橢圓形(xing)，端面麻蝕(shí)。因此，測量(liàng)有腐蝕性(xing)流體時，應(yīng)采用耐腐(fu)蝕材料。孔(kong)闆流量計(ji)常用🔞材料(liào)選擇如表(biǎo)1所示［6-7］。

3．2孔(kong)闆的正确(què)安裝
　　孔闆(pan)加工技術(shù)指标達标(biao)，并确保孔(kong)闆的正确(que)安裝。節流(liú)孔闆安裝(zhuang)示意圖如(ru)圖2所示。孔(kǒng)闆開孔與(yu)上遊端面(mian)之間夾角(jiǎo)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(tǐ)流動的方(fāng)向［7］。若孔闆(pǎn)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(xiǎo)，測量誤差(cha)增大。

3．3直管(guǎn)段、導壓管(guǎn)的安裝維(wéi)護
　　節流裝(zhuang)置前後直(zhi)管段滿足(zú)安裝要求(qiú)，節流裝置(zhi)直管段長(zhang)度以前10倍(bèi)直徑、後5倍(bèi)直徑的原(yuan)則實施敷(fū)設，直管段(duan)管壁粗糙(cāo)度應符合(he)标準要求(qiú)，否則将影(ying)響流出系(xì)🚶數;管壁✔️粗(cū)糙度越大(da)，流出系數(shù)的偏差越(yuè)大。安裝時(shí)，根據需要(yào)處⁉️理節流(liu)裝置及直(zhí)管段。如:氧(yang)氣👣流量測(cè)量需要進(jin)行節流✂️裝(zhuāng)置和前後(hou)直管段的(de)四氯化碳(tan)脫油處理(lǐ)。設備停車(chē)檢修檢查(chá)孔闆的同(tóng)時🍓，還需要(yao)對節流裝(zhuang)置前後直(zhí)管段進行(háng)吹掃清理(lǐ)，排除管道(dao)氧化物、焊(han)渣⭐、油垢之(zhī)類改變管(guǎn)📞道💋内徑的(de)異物，情況(kuàng)嚴重或條(tiáo)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(xuǎn)擇導壓管(guǎn)的材料性(xing)能以滿足(zu)被測流體(ti)的性質爲(wèi)基礎，如耐(nai)腐蝕、耐壓(ya)力等。導壓(yā)管的敷設(she)傾斜度不(bu)得小于規(guī)定要求。測(ce)量濕氣體(tǐ)時，無論節(jiē)流裝置安(ān)裝在水平(píng)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(dōu)需要考慮(lǜ)在導壓管(guan)路的最底(di)部安裝積(ji)水罐，避免(mian)液體進入(rù)變送器，引(yin)起測量🌏誤(wù)差。
3．4溫度壓(ya)力補償
　　由(yóu)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(jiē)📐流孔闆的(de)設計參數(shù)是固定值(zhí)。爲了降💘低(di)計量誤差(cha)，采🏃🏻‍♂️用具有(yǒu)溫壓補償(cháng)功能的 流(liu)量積算儀(yí) 表，實施溫(wēn)壓補償，進(jin)行流量值(zhí)的實時修(xiu)正。爲了避(bì)免對流體(ti)流動的幹(gan)擾，測溫點(dian)一般選在(zài)節流裝置(zhi)的下遊、直(zhi)管段以外(wài)、大于5倍直(zhí)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(xiǎng)流出系數(shu)，又能夠反(fǎn)映流體的(de)🐅溫度。測壓(ya)信号取自(zì)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(liàng)儀表所具(jù)有的微處(chu)理功能，實(shí)現對流量(liàng)各參數的(de)在線計算(suàn)和校正。智(zhì)能流量儀(yí)表能夠實(shí)現溫度壓(yā)力補償、流(liu)束膨脹系(xi)數補償，提(ti)高計量結(jié)果的準确(que)度。當孔闆(pan)開孔直徑(jing)實測值🏃🏻與(yǔ)設計值有(yǒu)偏離時，由(you)🔆于β值變化(hua)以及流出(chu)系數C的變(biàn)化，使最大(da)差壓對應(ying)的☔最大流(liu)量值變化(huà)，智能流量(liang)儀表的功(gōng)能足夠滿(mǎn)足量程的(de)修改，從而(er)提高流量(liàng)測量的精(jing)度。智能流(liú)量儀表還(hái)實現了兩(liang)台差壓變(biàn)送器的🙇‍♀️自(zi)動切換使(shǐ)用，從而拓(tuò)寬了量😍程(chéng)範圍，解決(jué)了小流量(liang)計量問題(tí)［9］。
3．6實時的維(wei)護與保養(yang)
　　日常維護(hù)的重點不(bú)僅要及時(shi)觀察工況(kuang)、與各項參(cān)數核對、定(dìng)時校驗流(liú)量計，還要(yào)維護節流(liú)裝置和與(yǔ)差壓🌈變送(song)器連接的(de)引壓管線(xiàn)，避免差壓(ya)信号洩露(lu)、堵塞、凍結(jie)以及傳輸(shū)過程中壓(ya)力損失。當(dāng)環境溫度(du)變化較大(da)時，應加強(qiáng)維護。制氧(yang)機噴冷塔(tǎ)出口空氣(qi)爲清潔濕(shī)空氣，差壓(yā)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(shì)失靈現象(xiang)⭐。出現這一(yi)現象的主(zhǔ)要原因是(shi)壓空水分(fèn)析出增多(duō)，積👈滿積水(shui)罐，又沒有(you)及時排水(shuǐ)，伴熱管沒(méi)有及時打(da)開，造成積(ji)水罐結冰(bīng)，堵住出口(kou)，流量示值(zhi)異常🚶。故日(rì)🈲常定時維(wei)護、重點維(wéi)護、周期校(xiào)驗都是計(ji)量工作的(de)重點。
3．7計量(liàng)技術管理(li)人員的培(péi)訓
　　計量人(ren)員如果對(dui)流量計量(liang)儀表的計(jì)量原理、安(an)标準、使用(yòng)維護、精準(zhǔn)校驗等各(gè)個環節認(ren)識不到位(wei)，不能弄清(qing)産🎯生誤差(cha)的具體影(yǐng)響因素，就(jiu)不能把計(ji)量工作做(zuò)🏃好。所以，隻(zhī)有提高計(ji)量人員管(guǎn)🈲理、維護儀(yí)表的業務(wù)素質、業務(wù)技能，才能(néng)善于發現(xian)問☎️題、及時(shi)解決問題(ti)，盡可能減(jian)小計量誤(wù)差，從而進(jìn)一步提高(gāo)計🏒量精度(dù)。
4結論
　　綜上(shàng)所述，孔闆(pǎn)流量計雖(sui)然結構較(jiào)簡單、設計(jì)技術成熟(shú)，但長☂️期使(shǐ)用過程中(zhong)存在大量(liàng)影響測量(liàng)精度🏒的因(yin)❓素。如果各(ge)環節在設(she)計、安裝時(shi)嚴格按照(zhào)标準執行(háng)，使用精度(dù)高功能強(qiáng)的智能儀(yí)器，對計量(liang)影響💘因素(su)進行實時(shi)修正，使用(yong)過程中加(jiā)強管理，定(dìng)時維護校(xiào)驗，就能夠(gou)降低測量(liang)誤差，提高(gāo)計✔️量結果(guǒ)的可靠性(xing)。

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