摘要(yào):孔闆流量計(ji) 設計技術成(chéng)熟、結構簡單(dan)，是石油化工(gong)等工業領域(yu)🌈測量流👅體流(liu)量的主要設(she)備。針對孔闆(pan)流量計長期(qī)使用過程中(zhong)測量誤差增(zēng)🈲大、精度下降(jiang)問題，基于孔(kǒng)闆流量計的(de)工作原理，分(fen)析了直徑比(bi)β、流出系數C、可(ke)壓縮流體密(mi)度ρ1等物理參(can)數變化以及(jí)導💋壓管差壓(yā)Δp傳送失真等(deng)對測量精度(dù)的影響。在此(ci)❗基礎上，提出(chū)♊了對孔闆進(jin)行合理設計(ji)與選材，降低(dī)孔闆腐蝕率(lü);對孔闆進👉行(háng)正确安裝，保(bao)證孔闆前後(hou)壓差的可靠(kào)性;直管段規(gui)範安裝，并在(zài)檢修期間嚴(yan)格清理孔闆(pǎn)🏃🏻‍♂️和直管段以(yǐ)降低直徑比(bi)β以及流出系(xì)數C的變化對(duì)💃🏻測量結果的(de)影響;采用智(zhi)能儀表，實施(shī)溫壓補償，對(duì)❄️計量過程中(zhong)🏃參數進行在(zài)線計算和校(xiào)等多種改進(jìn)措施，力求達(da)到降低誤差(chà)、提高計量結(jie)果正确的目(mù)的。
0引言
　　計量(liàng)誤差指計量(liàng)結果與真值(zhi)的偏離程度(dù)，計量結果越(yuè)🏃‍♀️接近真值，其(qi)正确率越高(gao)。以節流裝置(zhi)爲檢測📱元件(jian)的差壓式流(liu)量計，用于氣(qi)體、液體和蒸(zhēng)汽的流量測(ce)量☔，被廣泛✉️應(ying)用于石油、化(huà)⭕工、冶金、電力(li)、供熱、供水等(děng)領域，實現對(dui)生産過程的(de)監控以及能(neng)源的計💚量。其(qi)主要原因是(shi)該 差壓式流(liú)量計 具有相(xiàng)對簡單的結(jie)構、成熟的設(she)計技術、較低(di)的生産成本(ben)🐇和穩定、可靠(kao)的性能等特(tè)點。但是在流(liu)量計的使用(yòng)過程中🌈，由于(yu)各種因素(如(ru)孔闆腐蝕磨(mo)損、測量範圍(wei)度較窄、現場(chang)安裝的要求(qiú)不達😄标、引壓(ya)管線維護不(bu)到位等)，會造(zao)成一系列計(ji)量誤差，使測(cè)量精🔴度下降(jiàng)。如何正确設(she)計、安裝、維護(hù)流量計，減小(xiao)計量誤差，提(tí)高計量精度(dù)，是每一個流(liu)量計量工作(zuò)者的工作重(zhòng)點🛀［1-3］。
　　差壓式流(liú)量計由檢測(ce)元件、 差壓變(biàn)送器 以及流(liú)量顯示儀表(biao)組成。檢測元(yuan)件有多種，如(ru)節流孔闆、噴(pēn)💜嘴和文丘裏(li)管等。其中，節(jiē)流孔闆以加(jia)工方便、穩定(dìng)性好等優點(dian)，應用較爲普(pu)遍。
1孔闆流量(liang)計工作原理(lǐ)
　　節流裝置測(cè)量原理如圖(tú)1所示。流體流(liu)經孔闆時，由(you)于孔闆孔徑(jing)小于管徑，會(huì)造成流束的(de)急劇收縮，流(liu)✨速增🌈加，動能(néng)的增大來自(zi)壓力能的減(jiǎn)小。流體流過(guo)孔闆後壓力(lì)降低，孔闆前(qian)後壓力不相(xiàng)等，産生壓差(cha)💯。

　　根(gen)據流體流動(dong)連續性原理(li)和伯努利方(fāng)程(能量守恒(héng)定律)可知［4］，節(jiē)流式差壓流(liú)量計可壓縮(suō)流體流量計(jì)算公式爲:

　　式(shi)中:qv爲單位體(tǐ)積流量，m3/s;C爲流(liú)出系數;d爲工(gōng)作條件下節(jiē)流孔闆🔞開孔(kong)直徑，m;β爲孔闆(pan)開孔直徑與(yu)管道内徑之(zhi)比;Δp爲節流孔(kǒng)闆前🔴後差壓(yā)，Pa;ε、ρ1分别爲節流(liú)孔闆正端取(qu)壓口❤️平面上(shàng)的可膨脹系(xi)數和流體密(mì)度，kg/m3。
　　由式(1)可知(zhi)，體積流量qv與(yǔ)流體流經孔(kǒng)闆前後的差(cha)壓Δp的⛱️平方根(gēn)成正比。差壓(yā)Δp通過差壓變(biàn)送器測量。變(bian)送器将流體(tǐ)流經孔闆前(qian)後的差壓信(xin)号轉變爲與(yu)之相對應的(de)電信号并輸(shu)🛀🏻出至流量儀(yi)表，從而由流(liú)量儀表根據(jù)測量參數計(ji)算出流📱體标(biāo)準狀态下的(de)瞬⛹🏻‍♀️時流量或(huo)累計流量。
2造(zao)成誤差的原(yuán)因分析及影(ying)響參數
　　由式(shi)(1)可知，流量測(ce)量結果qv同時(shí)受很多參數(shu)的影響，如流(liu)出系🔞數C、節流(liu)裝置直徑比(bi)β、雷諾系數ＲeD、氣(qì)體膨脹系數(shu)ε以及🚶‍♀️節流孔(kong)闆正端取壓(yā)口平面上流(liu)體密度ρ1等。如(rú)果⭕能夠得到(dao)這些參數的(de)準确值，同時(shi)差壓變送器(qi)能夠不失真(zhēn)地測量到節(jie)🔞流孔闆前後(hou)的差壓👉信号(hao)，就能提高流(liú)量儀表計量(liang)結果的正确(que)率和可靠性(xìng)。
2．1節流裝置直(zhi)徑比β、流出系(xì)數C
　　流出系數(shu)C和取壓點位(wei)置、雷諾系數(shù)、管道粗糙度(du)、孔闆開孔截(jié)🌈面積與管道(dao)截面積比值(zhi)、孔闆入口邊(biān)緣尖銳度都(dōu)有關。流出🈲系(xi)數C可由式(2)計(ji)算［4］。

　　由式(2)可知(zhi)，如果節流裝(zhuang)置前管道直(zhi)徑發生變化(huà)，節流🆚孔闆☁️在(zai)使☎️用過程中(zhong)腐蝕變形，直(zhi)徑比β變化很(hěn)大⛹🏻‍♀️，都會🌈使流(liú)出系數C發生(shēng)變化，從而降(jiàng)低流量測量(liang)精度。
　　以動能(néng)公司空壓站(zhàn)空壓機出口(kǒu)流量計爲例(lì)，空壓機大修(xiū)期間，技術人(ren)員對空壓站(zhan)出口節流裝(zhuang)置前管道進(jìn)行了檢📧查，發(fa)現孔闆前管(guǎn)道内積存大(dà)量受腐蝕而(ér)📞掉落的氧化(hua)鐵皮垃圾，孔(kǒng)闆端面腐蝕(shí)。齒輪分廠煤(mei)氣流量計長(zhǎng)年使用，拆換(huan)煤氣流🌈量節(jiē)流孔⭕闆時發(fa)現，孔✔️闆孔壁(bì)和端面上沾(zhān)附黑色焦泥(ni)，孔闆🔆開孔已(yǐ)經近似橢圓(yuan)形。這些因素(sù)的存在都會(huì)使孔闆直徑(jìng)與管道直徑(jìng)之比β改變，緻(zhi)使流出系數(shù)C改變，從而降(jiàng)低流量示值(zhí)🧡精度。
2．2密度ρ1和(he)流量儀表積(ji)算功能的影(yǐng)響
　　氣體流量(liang)測量的最終(zhōng)目标是得到(dào)标準狀态下(xià)的體積流量(liàng)。如果氣體的(de)溫度、壓力發(fa)生變化，密度(dù)也随之變化(hua)。孔闆開孔直(zhí)徑設計計算(suàn)，以常用工作(zuò)溫度、工作壓(ya)力爲🐅主要參(cān)數指标。但待(dài)測氣體的工(gong)作溫度、壓力(lì)不是恒定值(zhi)，随着工況、環(huán)境溫度的變(biàn)化而變化。傳(chuan)統的流量計(ji)量🥰中，由于流(liu)量⁉️積算功能(néng)的限制，使用(yòng)過🏃🏻‍♂️程💃中未裝(zhuāng)溫度、壓力儀(yí)表進行測量(liàng)補🐅償。當管道(dào)💞内氣體溫度(dù)、壓力變化較(jiào)大與設計值(zhi)不🌐符🈚時，計量(liang)誤差加大。例(lì)如，空壓站出(chū)口空氣流量(liang)計量過程中(zhōng)，同一台機組(zǔ)冬、夏兩季産(chan)氣量相差較(jiao)大。經查，夏季(ji)氣體溫👨‍❤️‍👨度40°左(zuǒ)右，冬季10°左右(you)，孔闆設計溫(wēn)度🚶25°左右。由于(yú)實際溫度與(yu)設計♋溫度存(cún)在偏差，由實(shi)際工作條件(jian)偏離設計工(gong)作✔️條件時流(liú)量修正公式(shi)(3)，可🌈推導出冬(dong)季實際流量(liàng)爲流量計測(cè)量❗流♉量值的(de)1．026倍，夏季實際(ji)流量爲流量(liàng)計測量流量(liang)的0．976倍，計量的(de)正🙇‍♀️确率不能(néng)保證。

　　式中:Q實(shí)爲實際工作(zuo)條件時氣體(tǐ)标準體積流(liu)量;Q設爲設計(ji)條✔️件時氣體(tǐ)标準體積流(liú)量;P實爲氣體(tǐ)實際工作表(biao)壓;P設爲設計(jì)表壓;P0爲當地(di)大氣壓;T實爲(wèi)氣體實際工(gōng)作溫度;T設爲(wei)設計溫度;T0爲(wei)絕對🙇🏻溫度273．15K［5］。
2．3差(chà)壓Δp的測量
　　在(zai)傳輸環節，流(liu)體流過節流(liu)裝置産生的(de)差壓信号需(xū)要通過導壓(ya)管路傳遞給(gěi)差壓變送器(qì)。導壓管内徑(jing)過小、節流裝(zhuāng)置距🐇離變送(sòng)器過遠都會(hui)引起壓損🈲增(zeng)大，從而造成(chéng)差壓信号失(shī)真。另外，如果(guo)導壓管路存(cún)在堵塞、洩漏(lòu)以及因積水(shui)、積液造成的(de)假差壓，同樣(yang)會引起差壓(yā)信号傳遞失(shī)真。導壓管♻️安(ān)裝時，如果沒(méi)有充分考慮(lü)流體介質的(de)性質，氣體導(dao)壓管内是否(fǒu)含液、含💞塵，液(ye)體導壓管内(nei)是否有氣體(ti)進入，以及要(yao)排除這些幹(gan)擾因素，集氣(qì)器、積水沉降(jiang)器的位置是(shi)否合理，是否(fǒu)需要伴熱等(děng)，由此引起的(de)假差壓會㊙️使(shǐ)流量計量結(jie)果失真。
2．4流量(liang)量程與流量(liang)計匹配性問(wèn)題
　　流量量程(cheng)與流量計匹(pǐ)配性也是造(zào)成差壓式流(liú)量👈計誤差的(de)主要原因之(zhi)一，特别是當(dang)小流量遇到(dào)大量程孔闆(pǎn)流量計時。由(you)式(1)可知，由于(yu)流量與差壓(yā)信💛号的開方(fāng)成正比，并且(qiě)使用流量下(xià)限偏離常用(yòng)流❤️量越多，流(liú)量計量誤差(cha)值越大，對計(ji)量結🐪果争議(yì)越♌大。小信号(hào)時，爲了防止(zhi)因零點漂移(yi)，通常流量計(ji)算器進行小(xiǎo)信号⁉️切除。但(dàn)這樣又會使(shi)流量不能得(de)到積算。例如(ru)，在進行管道(dào)氧💞流量計量(liàng)巡檢時，有小(xiao)流量氧氣在(zai)使用，但流🌈量(liang)計無指示現(xian)象。
3減小計量(liàng)誤差提高計(jì)量精度的相(xiang)應措施
3．1孔闆(pan)的合理設計(ji)、選材
　　節流孔(kǒng)闆的設計以(yi)現場調研爲(wei)主，取得流體(ti)常用的工作(zuò)壓力、工作溫(wēn)度，對直管段(duan)内徑進行實(shi)際測量，掌握(wò)設計第一手(shou)資料，并嚴格(gé)按照設計标(biāo)準計算節流(liú)孔闆的開孔(kong)直徑，孔徑🐅的(de)制造質量和(hé)加工精度達(da)标。在按照合(he)理的工況設(she)計孔闆尺寸(cun)的同時，應充(chong)分考慮流體(ti)對節流孔闆(pan)材料的影響(xiang)，選擇✔️适當的(de)材料加工孔(kǒng)闆，以免孔闆(pǎn)在使用過程(cheng)中發🏒生腐蝕(shí)和塑性變形(xing)嚴重。如，煤氣(qì)具有腐蝕性(xìng)，齒輪分廠煤(méi)氣流量計量(liàng)🤩裝置，停産檢(jian)修過程😄中，打(dǎ)開裝置卸下(xia)孔闆後，發現(xian)孔闆開孔嚴(yan)重變形，近似(sì)橢圓形，端面(miàn)麻蝕。因此🐉，測(cè)量有腐蝕性(xìng)流體時，應采(cǎi)用耐💋腐蝕材(cái)料。孔闆流量(liang)計常用🐅材料(liào)選擇如表1所(suo)示［6-7］。

3．2孔(kǒng)闆的正确安(ān)裝
　　孔闆加工(gōng)技術指标達(dá)标，并确保孔(kong)闆的正确安(ān)裝。節流孔闆(pan)🔴安裝示意圖(tu)如圖2所示。孔(kong)闆開孔與上(shang)遊端面🤩之間(jiān)夾角應爲90°±0．3°，直(zhi)角📧入口邊緣(yuan)銳利度達标(biāo)，此端面迎着(zhe)流體流動的(de)方向［7］。若孔闆(pǎn)裝🈲反，使流體(ti)流經孔闆流(liú)速的變化減(jian)小，孔闆前後(hou)差壓減小，測(cè)量誤差增大(da)。

3．3直管段、導壓(yā)管的安裝維(wéi)護
　　節流裝置(zhi)前後直管段(duàn)滿足安裝要(yào)求，節流裝置(zhì)直管💛段長度(du)以前10倍直徑(jìng)、後5倍直徑的(de)原則實施敷(fū)設🌏，直管♉段管(guan)壁粗糙度應(yīng)符合标準要(yao)求，否則将影(ying)響流出系數(shu);管壁粗糙度(dù)越大，流出系(xì)數的偏差越(yue)大。安裝時，根(gen)♋據需要處理(lǐ)節流裝置及(jí)直管段。如:氧(yǎng)氣流量測量(liang)需要進行節(jie)流裝置和前(qian)後直管段的(de)四氯化碳脫(tuo)油處⛷️理。設備(bei)停車檢㊙️修檢(jiǎn)查孔闆的💋同(tóng)時，還需要對(duì)節流裝👄置前(qián)後直管段進(jin)行吹掃清理(lǐ)，排除管道氧(yǎng)化物、焊渣、油(you)垢之類改變(biàn)管道内徑的(de)異物，情況嚴(yan)重或條件允(yun)許時可進行(háng)更換，盡可能(neng)減♋小直徑比(bǐ)β以及流出系(xi)數💁C的變化，提(tí)高流量計量(liàng)的精度。
　　選擇(zé)導壓管的材(cai)料性能以滿(mǎn)足被測流體(tǐ)的性質爲基(jī)礎，如耐📱腐蝕(shi)、耐壓力等。導(dao)壓管的敷設(shè)傾斜度不得(de)小于規定💰要(yào)求。測量濕氣(qi)體時，無論節(jiē)流裝置安裝(zhuāng)在水平管道(dao)還是豎直管(guǎn)道上，變送器(qì)安裝在💰節流(liu)裝置的下部(bu)時，都需要考(kǎo)慮在導壓管(guǎn)路的最📞底部(bù)安裝積水罐(guàn)，避免液體進(jin)入變送器，引(yin)起測量誤差(chà)。
3．4溫度壓力補(bǔ)償
　　由于工作(zuò)溫度、壓力随(suí)工況變化，氣(qì)體的密度也(ye)發生變化，而(ér)節👉流孔闆的(de)設計參數是(shì)固定值。爲了(le)降低計量誤(wù)差，采用具有(yǒu)溫壓補償功(gōng)能的 流量積(jī)算儀 表，實施(shi)溫壓補償，進(jin)行流量值的(de)實時修正。爲(wèi)了避免對流(liu)體流🔅動的幹(gàn)擾，測溫點一(yi)般選在節流(liu)裝置的下遊(you)、直管段以外(wài)、大于5倍直徑(jing)長度小于15倍(bèi)直徑長度的(de)管道上，從而(ér)既不影響🌂流(liu)出系✍️數，又能(néng)夠反映流體(tǐ)的溫度。測壓(ya)🙇‍♀️信号取自⛹🏻‍♀️孔(kǒng)闆流量計正(zhèng)壓管🈲［8］。
3．5智能儀(yí)表的使用
　　随(suí)着電子科技(jì)的發展，儀表(biao)技術發展飛(fēi)速，充分利用(yong)智🈚能流❌量儀(yí)表所具有的(de)微處理功能(néng)，實現對流量(liang)各參數的在(zai)線計算和♈校(xiao)正。智能流量(liang)儀表能夠實(shí)現溫度壓力(li)補償、流束膨(peng)脹系數補償(cháng)，提高計量結(jié)果的準确度(du)。當孔闆開孔(kǒng)直㊙️徑實測值(zhí)與設計值👅有(yǒu)偏離時，由🔱于(yú)β值變化以😄及(ji)流出系數C的(de)變化，使最🧑🏽‍🤝‍🧑🏻大(dà)差壓對應的(de)最大流量值(zhí)變化，智能流(liu)量儀表的功(gōng)能足夠滿足(zu)量程的修改(gai)，從而提高流(liú)量測量的精(jing)度。智能流量(liang)儀表還實現(xiàn)了兩台差壓(ya)變送器的自(zi)動切換使用(yong)，從而拓寬了(le)量程範圍，解(jie)決了小流量(liàng)計量問題［9］。
3．6實(shi)時的維護與(yu)保養
　　日常維(wéi)護的重點不(bú)僅要及時觀(guān)察工況、與各(gè)項參數核🐕對(duì)、定時校驗流(liú)量計，還要維(wéi)護節流裝置(zhi)和與差壓🏃‍♂️變(biàn)送器連接的(de)引壓管線，避(bi)免差壓信号(hào)洩露🔴、堵塞、凍(dong)結以及🤟傳輸(shu)過程中壓力(li)損失。當環境(jìng)溫度變化較(jiào)大時，應加強(qiang)維護。制氧機(ji)噴冷塔出口(kou)空氣爲清潔(jié)濕空氣，差壓(yā)變送💛器在管(guǎn)道下部，導壓(ya)管路安裝集(ji)水器，但冬季(jì)容易出現🔱流(liu)量指示失靈(ling)現象。出現這(zhè)一現象的主(zhu)要原因是壓(ya)空水分析出(chu)增多，積滿積(jī)水罐，又沒有(yǒu)❌及時排水，伴(bàn)熱管沒🍉有及(jí)時打♌開，造成(cheng)積水罐結冰(bing)，堵住出口，流(liú)量示值異常(cháng)。故日常定時(shí)維護、重點維(wei)護、周期校驗(yan)都是計♉量工(gong)作的重點。
3．7計(ji)量技術管理(lǐ)人員的培訓(xun)
　　計量人員如(rú)果對流量計(jì)量儀表的計(ji)量原理、安标(biao)準📐、使♊用維🌂護(hù)、精準校驗等(děng)各個環節認(ren)識不到位，不(bú)能弄清産生(sheng)誤差的具體(ti)🏃影響因素，就(jiù)不能把計量(liàng)工作做好。所(suǒ)以，隻有提高(gāo)計量人員管(guan)理、維護儀表(biao)的業務素質(zhi)、業務技能，才(cai)能善于發現(xian)問😄題、及時解(jie)決問題，盡可(kě)能減小計量(liang)誤差，從而進(jin)一步提高計(ji)👉量精度。
4結論(lùn)
　　綜上所述，孔(kong)闆流量計雖(sui)然結構較簡(jiǎn)單、設計技術(shù)成熟，但🐇長期(qi)使用過程中(zhōng)存在大量影(ying)響測量精度(dù)的因素。如果(guo)各😍環節在設(she)📞計、安裝時嚴(yan)格按照标準(zhun)執行，使用精(jīng)度高功能強(qiang)的智能儀器(qì)，對計量影響(xiǎng)因素進行實(shi)時修正，使用(yòng)過程中加強(qiáng)管理，定時維(wei)❗護校驗，就能(néng)夠降低測量(liàng)❗誤差，提高計(ji)量結果的可(kě)✉️靠性。

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