差壓式流量計(以下簡稱DPF或流量計)是根�(jù)安裝于管道中流量檢測件產(chǎn)生的差壓、已知的流體條件和檢測件與管道的幾何尺寸來測量流量的儀�。DPF由一次裝�(檢測�)和二次裝�(差壓�(zhuǎn)換和流量顯示儀�)組成。通常以檢測件的型式對DPF分類,如孔扳流量計、文丘里管流量計及均速管流量計等。二次裝置為各種機械、電�、機電一體式差壓��差壓變送器和流量顯示及計算儀�,它已發(fā)展為三化(系列化、通用化及標準�)程度很高的種類規(guī)格龐雜的一大類儀�。差壓計既可用于測量流量參數(shù),也可測量其他參�(shù)(如壓力、物�、密度等)�
▲節(jié)流裝置結(jié)�(gòu)易于復制,簡單、牢�,性能�(wěn)定可�,使用期限長,價格低��
▲孔板計算采用國際標準與加工
▲應用范圍廣,全部單相流皆可測量,部分混相流亦可應用�
▲標準型節(jié)流裝置無須實流校�,即可投用�
▲一體型孔板安裝更簡�,無須引壓管,可直接接差壓變送器和壓力變送器�
▲采用進口單晶硅智能差壓傳感器
▲高精度,完善的自診斷功�
▲智能孔板流量計其量程可自編程調(diào)整�
▲可同時顯示累計流量、瞬時流量、壓�、溫度�
▲具有在�、動�(tài)全補償功能外,還具有自診斷、自行設定量��
▲配有多種通訊接口
▲穩(wěn)定性高
▲量程范圍寬、大�10�
▲高精度:�0.075[%]
▲高�(wěn)定性:�(yōu)�0.1[%]FS/�
▲高靜壓�40MPa
▲連續(xù)工作5年不需�(diào)�
▲可忽略溫度、靜壓影�
充滿管道的流�,當它流�(jīng)管道�(nèi)的節(jié)流件時,如圖4.1所�,流速將在節(jié)流件處形成局部收縮,因而流速增�,靜壓力降低,于是在節(jié)流件前后便產(chǎn)生了壓差。流體流量愈�,產(chǎn)生的壓差愈大,這樣可依�(jù)壓差來衡量流量的大小。這種測量方法是以流動連續(xù)性方�(�(zhì)量守恒定�)和伯努利方程(能量守恒定律)為基礎的。壓差的大小不僅與流量還與其他許多因素有�,例如當節(jié)流裝置形式或管道�(nèi)流體的物理性質(zhì)(密度、粘�)不同�,在同樣大小的流量下�(chǎn)生的壓差也是不同的�
�1 孔板附近的流速和壓力分布
2.2 流量方程
式中 qm--�(zhì)量流�,kg/s;
qv--體積流量,m3/s;
C--流出系數(shù)�
ε--可膨脹性系�(shù)�
β--直徑比,β=d/D;
d--工作條件下節(jié)流件的孔�,m�
D--工作條件下上游管道內(nèi)�,m�
△P--差壓,Pa�
ρl--上游流體密度,kg/m3�
由上式可見,流量為C、ε、d、�、△P、�(D)6個參�(shù)的函�(shù),此6個參�(shù)可分為實測量[d,ρ,△P,�(D)]和統(tǒng)計量(C、�)兩類�
(1)實測�
1)d、D �(4�1)中d與流量為平方關系,其精確度對流量總精度影響較�,誤差值一般應控制在�0�05%左右,還應計及工作溫度對材料熱膨脹的影�。標準規(guī)定管道內(nèi)徑D必須實測,需在上游管段的幾個截面上進行多次測量求其平均�,誤差不應大于�0�3�。除對數(shù)值測量精度要求較高外,還應考慮�(nèi)徑偏差會對節(jié)流件上游通道造成不正常節(jié)流現(xiàn)象所帶來的嚴重影響。因�,當不是成套供應節(jié)流裝置時,在�(xiàn)場配管應充分注意這個問��
2)ρ ρ在流量方程中與△P是處于同等位�,亦就是�,當追求差壓變送器高精度等級時,絕不要忘記ρ的測量精度亦應與之相匹配。否則△P的提高將會被ρ的降低所抵消�
3)△P 差壓△P的精確測量不應只限于選用一臺高精度差壓變送器。實際上差壓變送器能否接受到真實的差壓值還決定于一系列因素,其中正確的取壓孔及引壓管線的制�、安裝及使用是保證獲得真實差壓值的關鍵,這些影響因素很多是難以定量或定性確定的,只有加強制造及安裝的規(guī)范化工作才能達到目的�
(2)�(tǒng)計量
1)C �(tǒng)計量C是無法實測的�(指按標準設計制造安�,不�(jīng)校準使用),在�(xiàn)場使用時最復雜的情況出�(xiàn)在實際的C值與標準確定的C值不相符�。它們的偏離是由設計、制�、安裝及使用一系列因素造成�。應該明確,上述各環(huán)節(jié)全部嚴格遵循標準的規(guī)�,其實際值才會與標準確定的值相符合,現(xiàn)場是難以完全滿足這種要求��
應該指出,與標準條件的偏�,有的可定量估算(可進行修正),有的只能定性估�(不確定度的幅值與方向)。但是在�(xiàn)實中,有時不僅是一個條件偏�,這就帶來非常復雜的情�,因為一般資料中只介紹某一條件偏離引起的誤�。如果許多條件同時偏�,則缺少相關的資料可��
2)ε 可膨脹性系�(shù)ε是對流體通過節(jié)流件時密度發(fā)生變化而引起的流出系數(shù)變化的修�,它的誤差由兩部分組成:其一為常用流量下ε的誤�,即標準確定值的誤差;其二為由于流量變化ε值將隨之波動帶來的誤�。一般在低靜壓高差壓情況,ε值有不可忽略的誤�。當△P/P�0.04�,ε的誤差可忽略不��
選用考慮因素可分�5個方面:儀表性能、流體特性、安裝條�、環(huán)境條件和�(jīng)濟因素,�(xiàn)分述如下�
?�?� 儀表性能
在國際標準ISO5167或國家標準GB/T2624中我們可以見到標準節(jié)流裝置的主要技術參�(shù),這些參數(shù)包括管徑,直徑比,雷諾數(shù),管壁粗糙度,流出系�(shù)與可膨脹性系�(shù)的計算式及其不確定度�,超出這些參數(shù)以外并非不能使用,例如管�50mm以下�1000mm(對于孔板)以上的節(jié)流裝置,采取實流校準仍可應用,有時為提高測量精確度亦采取實流校準,例如標準噴�,在標準中其測量精度較低(約2[%]�,而事實上個別校準可獲得很高的測量精確�。節(jié)流式DPF的精確度在很大程度上決定于現(xiàn)場的使用條件。如果檢測件的制造質(zhì)量符合要�,則影響其精確度主要是二方面:流體物性參�(shù)的確定和流體流動特性是否符合標準的要求。對于流動特性在安裝條件中再介紹。整套流量計的精確度還決定于差壓變送器和流量顯示儀的精確度。選用高精確度差壓變送器應該有一個全面的估計,若節(jié)流裝置流出系�(shù)精度不高,密度數(shù)值不準,則高精度差壓變送器并不能提高整體的精確�。這里應特別強�(diào),節(jié)流式DPF是一種從設計、制造到安裝使用都要求很嚴格的流量計,任何一個環(huán)節(jié)不符合標準的要求,產(chǎn)生的誤差有時難以用定量估��
檢測件為標準節(jié)流裝置原則上無須實流校準,但其前提條件為需符合標準的全部規(guī)�,這點在現(xiàn)場使用往往難以完全滿足,因此使用時附加誤差的估計很重要,有許多資料提供這方面咨詢,但都不是可靠�,當然是盡量按標準的�(guī)定去做。這從另一方面顯示節(jié)流式DPF的精確度提高有一定潛�,只要精益求精,其精確度是可以提高的�
關于儀表性能的提�,前面我們已�(jīng)介紹了近年來國內(nèi)外的一些措�,它說明雖然節(jié)流式DPF是一種古老的流量�,它仍在隨著時代科技進步不斷在開拓自己的前景.
�2)流體特�
流體特性分二方面考慮�
a)流體物性參�(shù)(密�、粘度、等熵指�(shù)等)的確�。一般這些參數(shù)是根�(jù)壓力、溫度和流體組份計算出來�,這里影響參數(shù)精確度有壓力溫度和組分測量的精確度以及物性參�(shù)與這些參數(shù)函數(shù)關系的精確度二方�。應該指出,對于混合物這些函數(shù)關系的精確度存在較大問題,這時若能采用密度計直接確定介�(zhì)密度是的,但是由于實際條件并不是總能做到��
一個重要問題應特別注意,一般物性參�(shù)是在節(jié)流裝置設計時提供�,它在投用后可能�(fā)生變�,因此流量計投用后應該再次確認其正確性,工藝過程中壓力溫度如果波動較大亦應采取補償(修正)措��
b)流體的腐蝕、磨�、結(jié)�、臟污等特性的影響,這些特性對流量計使用的可靠性關系很�。由于節(jié)流式DPF是依�(jù)節(jié)流裝置的幾何形狀及尺寸來確定測量信號的,任何偏離投用時的形狀和尺寸都會使信號�(fā)生偏�。這些特性對檢測件的影響是隨時間而變�,因此定期檢查檢測件應該是使用必須遵守的�(guī)�。這些特性有時連工藝人員都吃不準,要定量確定它更是困難的事。因此,定期檢查檢測件和積累使用�(jīng)驗更為重��
?�?)安裝條�
為使標準節(jié)流裝置符合幾何相似和動力學相�,以便采用標準文件給定的流出系數(shù),除節(jié)流裝置結(jié)�(gòu)及制造應符合標準�(guī)定外,安裝條件是保證幾何相似和動力學相似的重要方靀安裝要求包括管道條�,管道連接情況,取壓口�(jié)�(gòu),節(jié)流裝置上下游直管段長度以及差壓信號管路的敷設情況��
標準�(guī)定進入節(jié)流裝置流體應為充分發(fā)展管流和定常流(亦稱�(wěn)定流�。為得到充分�(fā)展管�,在節(jié)流裝置上游側(cè)各種阻流件必須配備相應的直管段長�,如果現(xiàn)場不能滿足長度要�,可以安裝流動調(diào)整器(亦稱整流器)以縮短必要的直管段長度。但是標準中只列舉有限類型的阻流�,而現(xiàn)場阻流件類型遠超過它,另外標準中各種阻流件的�(shù)�(jù)是在進入該類型流動為充分�(fā)展管流條件得到的,而現(xiàn)場幾種阻流件串接一起是�(jīng)常遇到的,亦就是�,進入阻流件的流動并非充分�(fā)展管�,在這種情況�,要得到可靠的測量惟有安裝流動調(diào)整器�
標準�(guī)定流體流動必須是�(wěn)定的,或僅隨時間緩慢變化,這種定常流條件在�(xiàn)場是很難完全滿足�,偏離這種條件會帶來多大附加誤差一直是流量測量課題之一。引起非定常流的情況是很多的,例如原動機(往復式�(fā)動機、壓氣機、泵、風機等)產(chǎn)生的;控制閥頻繁動作�(chǎn)生的;管線自激振蕩,特別是在有諧振時引起的�
工藝管件(閥、彎�、支管等)使流體分離�(chǎn)生的;整個流動系�(tǒng)布置引起�;混相流中某些流型引起的等等�1998年ISO�(fā)表關于脈動流測量的技術報告ISO/TR3313�1998《Measurement of fluid flow in closed conduits-Guidelines on the effects of flow pulsations on flow measurement instruments》。它給予采用節(jié)流式DPF測量脈動流的有關�(shù)�(jù)�
?�?)環(huán)境條�
節(jié)流式DPF的二部分差壓變送器和流量顯示儀裝備有電子器件及微機�,它們對�(huán)境條件的要求與其它電子儀器儀表是一樣的,這里不再多談。這里談一下關于一體式DPF的環(huán)境條件問�,幾乎所有流量計都有一體式和分離式兩種型式,以前節(jié)流式DPF大都采用分離�,由于分離式中差壓信號管路存在諸多弱點,近年出現(xiàn)的一體式受到用戶的歡�,但是亦應看到由于一體式把差壓顯示部分與節(jié)流裝置安裝在一�,對差壓顯示儀的要求就提高�,它應適應現(xiàn)場環(huán)境條件,顯然它比控制室里的環(huán)境條件要嚴酷�,比如現(xiàn)場管線振動及強電磁場干擾等,因此應該根據(jù)實際情況來決定采用哪一種型式較合適�
?�?)經(jīng)濟因�
�(jīng)濟因素包括購置費、安裝費、運行費、校驗費、維護費及備品備件等,現(xiàn)分述如下:
a)購置費� 與其它型式流量計相比,流量計的檢測件(節(jié)流裝置)的購置費用較便宜,但亦應考慮其它二部分:差壓變送器和流量顯示儀加在一起則整套儀表就不一定便宜了�
b)安裝費� 差壓信號管路的安裝費用較高考慮到有時尚需配備各種輔助設備,如冷凝�、集氣器、沉降器以及隔離器等,因此采用一體式可降低安裝費��
c)運行費� 運行費主要考慮壓損�(chǎn)生的能�,尤其大口徑時更應注意,常用的節(jié)流裝置孔板與噴嘴都是高壓損的檢測�,但相比之下噴嘴比孔板的壓損要小得多(約�30[%]-50[%]�。為降低運行費采用低壓損節(jié)流裝置,但一般低壓損節(jié)流裝置的購置費又較高,兩者應仔細核算一下采用哪種較合算�
d)校驗費� 對于標準節(jié)流裝置無須實流校驗這是其主要優(yōu)�,但節(jié)流裝置的幾何校驗費用還是需要的,對于用戶免實流校驗不僅是節(jié)省費用問�,它還帶來許多免麻煩的事�
e)維護費� 流量計檢測件牢固可靠,與具有可動檢測件(如渦�、容積式)流量計相比維護費較�,但是流量計其它二部分差壓顯示儀還是有一定維護費的�
f)備品備件: 流量計昂貴部分(差壓顯示儀)通用性強,在大中型企�(yè)備品備件較節(jié)省便��
維庫電子通,電子知識,一查百��
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