化工儀表第三講

1、第三節(jié) 流量測(cè)量及儀表 在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究試驗(yàn)中，流量都是一個(gè)很重要的參數(shù)。例如，在石油化工生產(chǎn)過程自動(dòng)檢測(cè)和控制中，為了有效地操作、控制和監(jiān)測(cè)，需要檢測(cè)各種流體的流量。此外，對(duì)物料總量的計(jì)量還是能源管理和經(jīng)濟(jì)核算的重要依據(jù)。流量檢測(cè)儀表是發(fā)展生產(chǎn)、節(jié)約能源、提高經(jīng)濟(jì)效益和管理水平的重要工具。 本節(jié)介紹流量測(cè)量的基本知識(shí)和常用的流量測(cè)量儀表。1一、概述第三節(jié) 流量測(cè)量及儀表流量是單位時(shí)間內(nèi)流過管道某一截面的流體數(shù)量大小；所說的流量是充滿圓截面管道流體（氣、液）的流量。流量單位：按照單位來分 體積流量Qv和質(zhì)量流量Qm ；QvVFm3(L)/h(min)， V-流體的流動(dòng)速度；F-管道內(nèi)流通

2、截面積。Qm Qvt(kg)/h(min)。2一、概 述流量計(jì)的分類：測(cè)量瞬時(shí)流量和累計(jì)流量的儀表，沒有劃分固定界限。流量計(jì)累計(jì)機(jī)構(gòu)計(jì)量表1.速度式（差壓式、轉(zhuǎn)子、電磁、渦輪和堰式流量計(jì)）管道流通截面積保持一定，流量的變化取決于流速的變化。2.容積式（橢圓齒輪、活塞式流量計(jì)）QvnV； n單位時(shí)間排出次數(shù)； V固定體積（容積）；3.質(zhì)量式（量熱式、角動(dòng)量式、陀螺式和科里奧利式流量計(jì)）Qm Qv ；直接式或補(bǔ)償式（間接式）。3二、 差壓式流量計(jì)（節(jié)流式） 差壓式（節(jié)流式）流量計(jì)是基于流體流動(dòng)的節(jié)流原理，利用流體流經(jīng)節(jié)流裝置時(shí)產(chǎn)生的壓力差而實(shí)現(xiàn)流量測(cè)量。它是目前生產(chǎn)中測(cè)量流量最成熟，最常用的方法之

3、一。 通常是由能將被測(cè)流量轉(zhuǎn)換成壓差信號(hào)的節(jié)流裝置和能將此壓差轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的流量值顯示出來的差壓計(jì)以及顯示儀表所組成。 在單元組合儀表中，節(jié)流裝置產(chǎn)生的壓差信號(hào)，通過差壓變送器轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，以供顯示、記錄或控制用。4 1節(jié)流現(xiàn)象： 在一段水平放置的流體管道內(nèi)，以法蘭方式固定安裝一節(jié)流元件孔板（噴嘴、文丘管）當(dāng)被測(cè)流體迎著孔板“銳角”一側(cè)流過孔板時(shí)，將在孔板后方產(chǎn)生“縮脈”現(xiàn)象。二、 差壓式流量計(jì)（節(jié)流式）基于流動(dòng)流體的節(jié)流原理（例如：噴壺、水槍）；流體在管道內(nèi)流動(dòng)，經(jīng)過節(jié)流裝置，產(chǎn)生壓差，實(shí)現(xiàn)測(cè)量。節(jié)流裝置信號(hào)管路差壓計(jì)組成方塊圖（常用、比較成熟）5水平管道內(nèi)流動(dòng)流體具有一定能量，因此遵循能量

4、守恒定律。在I截面處，流體流入速度V1，壓力P1;在孔板斷面，流體受阻產(chǎn)生壓差，流束產(chǎn)生收縮現(xiàn)象，在慣性帶動(dòng)下，流束最小截面在孔板后的II截面處，這里流速達(dá)到最大V2，壓力P2 ；到III截面處流速降低到V3，壓力為P3 。二、 差壓式流量計(jì)（節(jié)流式）取壓點(diǎn)是在孔板前后管壁上；取壓點(diǎn)位置取決于測(cè)壓方法。6二、 差壓式流量計(jì)（節(jié)流式） 節(jié)流裝置前流體壓力較高，稱為正壓，常以“十”標(biāo)志； 節(jié)流裝置后流體壓力較低，稱為負(fù)壓（注意不要與真空度混淆），常以“一”標(biāo)志。 節(jié)流裝置前后壓差的大小與流量有關(guān)。管道中流動(dòng)的流體流量越大，在節(jié)流裝置前后產(chǎn)生的壓差也越大，我們只要測(cè)出孔板前后兩側(cè)壓差的大小，即可表示

5、流量的大小，這就是節(jié)流裝置測(cè)量流量的基本原理。 值得注意的是：要準(zhǔn)確地測(cè)量出截面與截面處的壓力是有困難的，這是因?yàn)楫a(chǎn)生最低靜壓力的截面的位置隨著流速的不同會(huì)改變的,事先根本無法確定。 72.流量基本方程式在I和II截面處，已知流速和壓力分別是V1、V2、 P1、P2；水平管道：H1H2；假設(shè)是不可壓縮液體： 1 2；柏努利方程式連續(xù)性方程式F1管道截面積；F2流束最小截面積，為了方便取孔板開孔面積F0；82.流量基本方程式(323)(324)式中 流量系數(shù)； 膨脹校正系數(shù)，但對(duì)不可壓縮的液體來說， 常取=1； F0節(jié)流裝置的開孔截面積； p節(jié)流裝置前后實(shí)際測(cè)得的壓力差； 1節(jié)流裝置前的流體密度

6、。9103.標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置 差壓式流量計(jì)，國內(nèi)外已把最常用的節(jié)流裝置、孔板、噴嘴、文丘里管等標(biāo)準(zhǔn)化，并稱為“標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置”。標(biāo)準(zhǔn)化的具體內(nèi)容包括節(jié)流裝置的結(jié)構(gòu)、尺寸、加工要求、取壓方法、使用條件等。例如標(biāo)準(zhǔn)孔板對(duì)尺寸和公差、光潔度等都有詳細(xì)規(guī)定。如圖319所示，其中dD應(yīng)在0.20.8之間；最小孔徑應(yīng)不小于12.5mm；直孔部分的厚度h(0.005一0.02)D；總厚度H0.05D；錐面斜角=300一450等，可參閱設(shè)計(jì)手冊(cè)。11標(biāo)準(zhǔn)孔板噴嘴文丘里管123.標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置 我國國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置取壓方法為兩種： 即角接取壓法和法蘭取壓法。 角接取壓是在孔板前后兩端面與管壁的夾角處取壓。 角接取

7、壓方法可以通過環(huán)室或單獨(dú)鉆孔結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。 13 目前廣泛采用的是角接取壓法，其次是法蘭取壓法。角接取壓法比較簡便，容易實(shí)現(xiàn)環(huán)室取壓，測(cè)量精度較高。法蘭取壓法結(jié)構(gòu)較簡單，容易裝配，計(jì)算也方便，但精度較角接取壓法低些。 法蘭取壓法143.標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置僅適用于測(cè)量管道直徑大于50mm，雷諾數(shù)在104105以上的流體，而且流體應(yīng)當(dāng)清潔，充滿全部管道，不發(fā)生相變。此外，為保證流體在節(jié)流裝置前后為穩(wěn)定的流動(dòng)狀態(tài)，在節(jié)流裝置的上、下游必須配置一定長度的直管段。 節(jié)流裝置將管道中流體流量的大小轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的差壓大小，但這個(gè)差壓信號(hào)還必須由導(dǎo)壓管引出，并傳遞到相應(yīng)的差壓計(jì)，以便顯示出流量的數(shù)值。 1

8、5非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置a.1/4圓噴嘴b. 錐形入口孔板c. 圓缺孔板164差壓式流量計(jì)的測(cè)量誤差 差壓式流量汁的應(yīng)用廣泛。但是，在現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用時(shí)，往往具有比較大的測(cè)量誤差，有的甚至高達(dá)10一20（造成這些誤差是由于使用不當(dāng)引起的，而不是儀表本身的測(cè)量誤差）。 下面列舉造成測(cè)量誤差的原因，以便在應(yīng)用中注意。 (1)被測(cè)流體工作狀態(tài)的變動(dòng) (2)節(jié)流裝置安裝不正確 (3)孔板入口邊緣的磨損 (4)導(dǎo)壓管安裝不正確，或有堵塞、滲漏現(xiàn)象 17三、差壓式流量計(jì)的使用安裝1、溫度變化對(duì)流體測(cè)量的影響：（1）、被測(cè)流體溫度T變化引發(fā)的密度的變化 QmQv ；必要時(shí)對(duì)測(cè)量值作修正處理或給儀表加裝“溫度補(bǔ)償裝置”。

9、（2）、環(huán)境溫度T變化對(duì)測(cè)量儀表的影響壓差變送器均現(xiàn)場安裝；引壓管線盡可能短；加裝“保溫箱（套）”，蒸汽保溫，防止凝液結(jié)冰。2、引壓管線的防“堵”問題沉淀物及顆粒物所致：（1）合理選擇取壓口角度旋轉(zhuǎn)孔板測(cè)氣體中軸線以上取壓無沉淀；測(cè)液體中軸線以下取壓避開底部。18三、差壓式流量計(jì)的使用安裝（2）、安裝吹洗閥或排放閥-靠被測(cè)流體自身靜壓吹通引壓管線。3、測(cè)量高溫氣體（如蒸汽）的冷凝液問題：引壓管內(nèi)凝液液位高度不同，產(chǎn)生附加壓有誤差。加裝“凝液罐”：A 保持凝液液位相等；B 隔離高溫氣體與儀表接觸；19三、差壓式流量計(jì)的使用安裝4、測(cè)量腐蝕性流體防止腐蝕儀表及管線：關(guān)于隔離液：密度差要拉開；不相混合，不反應(yīng)硅油；20三、差壓式流量計(jì)的使用安裝5、壓差計(jì)的關(guān)閉與開通三閥組（必備）：為防止壓差變送器瞬間單向受壓，損壞測(cè)量頭內(nèi)的彈性膜片。需要引入保護(hù)措施：三閥組；開關(guān)順序：測(cè)量前，閥3先開，；在開閥1和閥2，最后關(guān)閥3，開始測(cè)壓；關(guān)閉順序：關(guān)閥3，關(guān)閥1和閥3。問：有人將閥1，2安裝在閥3以下