差壓式流量計工作原理

差壓式流量計利用節流裝置測量流體的流量。這種測量方法是石油化工應用廣泛的流量測量方法，是儀表運行、維護人員必須掌握的測量方法。

1.測量原理

如圖1-3-14所示，當充滿(mǎn)管道的流體流經(jīng)管道內的節流件時(shí)，流束將在節流件處形成局部收縮，因而流速增加，靜壓力降低。這種在節流件前后管壁處流體的靜壓力產(chǎn)生差異的現象稱(chēng)為節流現象。節流件前后產(chǎn)生壓差，管道中流體流量越大，產(chǎn)生的壓差越大。根據流體力學(xué)中的伯努利方程和流體連續性方程式可推導得出流量與壓差之間的定量關(guān)系式，被稱(chēng)為流量基本方程式。

在流量基本方程式中C是一個(gè)受許多因素(如節流裝置形式或管道內流體的物理性質(zhì)等)影響的綜合性參數，其值可通過(guò)查閱有關(guān)設計手冊或由實(shí)驗方法確定。在進(jìn)行節流裝置的設計計算時(shí)，針對特定條件，選擇一個(gè)C值來(lái)計算的，計算結果只能應用在一定條件下一旦條件改變，就必須另行計算。例如，按小負荷情況計算的孔板，用來(lái)測量大負荷時(shí)的流體流量，就會(huì )引起較大的誤差，必須加以修正。

由流量基本方程式還可以看出，流量與壓差p的平方根成正比，用這種流量計測量流量時(shí)，如果不作開(kāi)方處理，流量標尺刻度是不均勻的。為使標尺刻度均勻，便于讀數，一般

要做開(kāi)方計算。常用的節流件有孔板、噴嘴、文丘里管以及楔形節流件、V形錐節流件等，因孔板、噴嘴、文丘里管等節流裝置應用廣泛，其結構、尺寸、加工要求、取壓方法、使用條件等已經(jīng)標準化，標準化的節流裝置稱(chēng)為“標準節流裝置"。

2.節流裝置的取壓方式

由基本流量方程式可知，節流件前后的差壓Pi-P是計算流量的關(guān)鍵數據，取壓方法相當重要。就孔板而言，主要有三種取壓方式，分別是角接取壓、法蘭取壓、徑距取壓。其中，法蘭取壓方式應用較多，如圖1-3-15所示。

角接取壓法就是在節流件前后兩端面與管壁的夾角處取壓。角接取壓方法包括環(huán)室取壓和單獨鉆孔取壓

環(huán)室取壓法能得到較好的測量準確度，但是加工制造和安裝要求嚴格，如果由于加工和現場(chǎng)安裝條件的限制，達不到預定的要求時(shí)，其測量準確度仍難保證。所以，在實(shí)際應用時(shí)，為了加工和安裝方便，常使用單獨鉆孔取壓，特別是對大口徑管道。

法蘭取壓法就是在夾緊節流件的兩片法蘭上開(kāi)孔取壓。

3.標準孔板的結構及使用

標準孔板又稱(chēng)同心直角銳邊孔板，其軸向截面如圖1-3-16所示?？装迨且粔K加工成圓形同心孔的具有銳利直角邊沿的薄板，開(kāi)孔的上游側邊沿是銳利的直角。標準孔板對尺寸和公差、光潔度等都有詳細規定，其中孔徑與管道直徑之比d/D在0208之間d不小于12.5mm，節流孔厚度h=(0.005-0.02)D孔板厚度H<005D錐面的斜角a=30°~45°。具體數值可參閱設計手冊。

標準孔板結構簡(jiǎn)單、安裝方便?？装宓娜秉c(diǎn)是流體經(jīng)過(guò)孔板后壓力損失大，當工藝管道上不允許有較大的壓力損失時(shí)，便不宜采用。標準噴嘴和標準文丘里管的壓力損失較孔板為小，但結構比較復雜，不易加工。實(shí)際應用中仍多采用孔板。

標準節流裝置僅適用于測量管道直徑大于50mm，雷諾數在10-10’以上的流體，流體應當清潔，充滿(mǎn)全部管道，不發(fā)生相變。為保證流體在節流裝置前后為穩定的流動(dòng)狀態(tài)在節流裝置的上、下游必須配置一定長(cháng)度的直管段。

節流裝置將管道中流體流量的大小轉換為相應的差壓大小，這個(gè)差壓由導壓管引出，傳遞到相應的差壓變送器，實(shí)現差壓信號的遠傳，以便于集中顯示和控制。

4.V錐節流裝置的結構與工作原理

采用V錐節流裝置的流量計稱(chēng)為V錐流量計，如圖1-3-18所示。V節流件是一個(gè)懸掛在管道中央的具有一定錐角的尖圓錐體。流體從錐體頂部方向流入，從底部方向流出，在錐體安裝處產(chǎn)生節流，通過(guò)錐體前后的差壓來(lái)測量流量。在錐體上游流體尚未收縮處取正壓P1，在錐體底部取負壓P2。

V錐流量計具有如下特點(diǎn):

(1)懸掛在管道中心的錐體可以使管道中心處的流速減慢，使管壁附近的流速加快，從而改善上游速度分布，起到了自整流作用，達到流速“均勻化"的效果，即使在低流速時(shí)仍能產(chǎn)生足夠的差壓，同時(shí)縮短了直管段的長(cháng)度，如圖1-3-19所示。

(2)流體逐漸接近V型錐時(shí)，管道中央流速越來(lái)越慢，管壁附近逐漸加快，沒(méi)有積垢死角，易黏結的雜質(zhì)不會(huì )黏在V型錐上，具有自清潔功能。

(3)流體通過(guò)流量計時(shí)在錐面產(chǎn)生邊界層效應，使流體不能直接沖擊其下游邊緣，自動(dòng)保護了錐體的外形尺寸，無(wú)需重復標定，具有長(cháng)期的穩定性

(4)具有降噪功能，量程得以向低限擴展。

(5)與孔板相比，壓力損失小，能耗小。

(6)適用范圍廣，適用于貿易計量，尤其適用于各種潔凈/臟污流體、低靜壓/低流速流體、高溫高壓流體和腐蝕性流體等的測量。

(7)V錐流量計的缺點(diǎn)是尚未標準化，產(chǎn)品需要逐臺做性能測試或檢定

5.差壓式流量計的連接

采用節流元件的差壓式流量計，為了準確地測量差壓，除了正確安裝節流件和取壓裝置外，還要正確安裝導壓管。如果導壓管安裝不正確，即使選用了高準確度的差壓變送器，也測不到準確的差壓值，影響節流裝置的運行。敷設導壓管的總原則是:應使所傳送的差壓信號不因管路而發(fā)生額外誤差，能保證節流裝置的安全運行。差壓變送器與節流元件的連接如

圖1-3-20所示。

敷設導壓管時(shí)，應注意(1)導壓管應按最短距離敷設。導壓管越長(cháng)，其內徑應越大。對于清潔的氣體、水蒸氣和水，內徑可小一些，而對于黏性流體，尤其是臟污介質(zhì)時(shí)，導壓管內徑應大一些。

(2)導壓管應垂直或傾斜安裝，以便能及時(shí)排出氣體(測量液體介質(zhì)時(shí))或凝結水(測量氣體介質(zhì)時(shí))。當傳送距離較大時(shí)，導壓管應分段傾斜，并在各最高點(diǎn)和低點(diǎn)分別裝設集氣器(或排氣閥)和沉降器(或排污閥)。3)導壓管應帶有閥門(mén)等必要的附件，以便能在主設備運行的條件下沖洗

導壓管、現場(chǎng)調試差壓計以及在導壓管發(fā)生故障時(shí)與主設備隔離。

(4)應能防止有害物質(zhì)(如高溫介質(zhì)、腐蝕性介質(zhì)等)進(jìn)入差壓計。在測量高溫蒸氣時(shí)使用冷凝器，在測量腐蝕性介質(zhì)時(shí)使用隔離容器。如果導壓管中介質(zhì)有凝固和凍結的可能，應沿導壓管設置保溫或加熱裝置，并注意防止導壓管加熱不均或局部汽化造成的誤差。

(5)被測介質(zhì)為液體時(shí)，應防止氣體進(jìn)人導壓管，被測介質(zhì)為氣體時(shí)，應防止水或臟污物進(jìn)人導壓管。

將差壓計的引壓管線(xiàn)上的閥及正負壓室間的平衡閥制造成專(zhuān)門(mén)的閥門(mén)組件，這就是實(shí)際應用中的三閥組或五閥組，如圖1-3-20(a)。

6.差壓式流量計的投運

差壓式流量計的投運主要是三閥組或五閥組的操作，以三閥組為例，一般情況下的操作順序如下:

(1)打開(kāi)平衡閥;

(2)打開(kāi)一次閥(如孔板根部閥);

(3)緩慢打開(kāi)正壓閥，同時(shí)關(guān)閉平衡閥;4)打開(kāi)負壓閥。差壓式流量計投運操作完成如果需要停運，其儀表三閥組操作的順序與上述相反差壓式流量計投運時(shí)應注意不能讓導壓管和冷凝罐內的冷凝液或隔離液流失:不可使測量元件(膜盒或波紋管)受熱或單向受壓。