摘要(yào):孔闆流量(liang)計 設計技(ji)術成熟、結(jie)構簡單，是(shì)石油化工(gong)等工業領(ling)域👄測量流(liu)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(dà)、精度下降(jiàng)問題，基于(yu)孔闆流量(liang)計的工作(zuò)原理，分析(xī)了直徑比(bi)β、流出系數(shù)C、可壓縮流(liu)體密度ρ1等(děng)物理參數(shù)變🎯化以及(ji)導壓管差(cha)壓Δp傳送失(shi)真等對測(cè)量精度的(de)影響。在此(cǐ)基礎上，提(tí)出‼️了對孔(kong)闆進👌行🔞合(hé)理設計與(yǔ)選♌材，降低(di)孔闆腐蝕(shí)率;對孔闆(pan)進行正确(que)安裝，保證(zhèng)孔闆前後(hòu)壓差的可(kě)靠😘性⭐;直管(guan)段規範安(an)裝，并在檢(jian)修期間嚴(yan)格清理孔(kǒng)闆⛷️和直管(guǎn)段以降低(di)直徑🏃‍♀️比β以(yǐ)及流出系(xi)數C的變化(huà)對👨‍❤️‍👨測量結(jié)果的影響(xiǎng);采用智能(neng)儀表，實施(shi)溫⭐壓補償(chang)，對計量過(guo)程中參數(shu)進行在線(xiàn)計算和校(xiao)等多種改(gai)進🥰措施，力(lì)求達到降(jiang)低誤差、提(tí)高計🈲量結(jie)果正确的(de)目的。
0引言(yán)
　　計量誤差(cha)指計量結(jie)果與真值(zhi)的偏離程(chéng)度，計量結(jie)果✔️越接😄近(jin)真值，其正(zhèng)确率越高(gao)。以節流裝(zhuang)置爲檢測(ce)元件的差(chà)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼壓式流量(liàng)計，用🏃🏻‍♂️于氣(qi)體、液體和(hé)蒸汽的流(liu)❗量測量，被(bèi)廣泛應用(yòng)于石油、化(hua)工、冶金、電(dian)力、供熱、供(gòng)水等領域(yu)，實現對生(shēng)産過程的(de)監控以及(ji)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(xìng)能等特點(dian)。但是在流(liú)量計的使(shi)用過程中(zhong)，由于⚽各種(zhǒng)因素(如孔(kong)闆腐蝕磨(mó)損、測量範(fàn)圍度較窄(zhai)、現場安裝(zhuang)的要求不(bú)達标、引壓(yā)管線維護(hù)不到位等(deng))，會造成一(yī)系列計量(liàng)誤差，使測(ce)量精📞度下(xia)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(liàng)🛀精度，是每(mei)一個流量(liang)計量工作(zuo)者的工作(zuò)重點［1-3］。
　　差壓(ya)式流量計(jì)由檢測元(yuán)件、 差壓變(bian)送器 以及(jí)流量顯示(shì)儀表組成(cheng)。檢測元件(jian)有多種，如(ru)節流孔闆(pan)、噴嘴和文(wén)丘裏管等(děng)。其中，節流(liú)孔闆以加(jia)工方便、穩(wen)定性好等(děng)優點💃🏻，應用(yong)較爲普遍(biàn)。
1孔闆流量(liàng)計工作原(yuán)理
　　節流裝(zhuāng)置測量原(yuan)理如圖1所(suǒ)示。流體流(liú)經孔闆時(shi)，由🌂于孔闆(pǎn)孔徑小于(yu)管徑，會造(zao)成流束的(de)急劇收縮(suo)，流速增加(jiā)，動能的增(zeng)大來自壓(yā)力能的減(jian)小。流體流(liu)過孔闆後(hou)㊙️壓力降低(di)，孔闆前後(hòu)壓力不相(xiàng)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(chéng)(能量守恒(héng)定律)可知(zhī)［4］，節流式差(chà)壓流量計(jì)可壓縮流(liu)體流量計(ji)算公式爲(wei):

　　式中:qv爲單(dan)位體積流(liú)量，m3/s;C爲流出(chū)系數;d爲工(gōng)作條件下(xià)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(jìng)之比;Δp爲節(jie)㊙️流孔闆前(qián)📞後差壓，Pa;ε、ρ1分(fèn)别爲節流(liú)孔闆正端(duān)取壓口平(ping)面上的可(kě)膨脹系數(shù)和流體密(mi)度，kg/m3。
　　由式(1)可(ke)知，體積流(liu)量qv與流體(ti)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(guo)差壓變送(song)器測量。變(biàn)送器将流(liu)體✔️流經💋孔(kǒng)闆❤️前後的(de)差壓信号(hào)轉變爲與(yu)之❌相對應(yīng)的電信号(hao)并輸出至(zhi)流量儀表(biao)🛀🏻，從而由流(liú)量儀表根(gen)據測量參(can)數計算出(chū)流體标準(zhun)狀态下的(de)瞬時流量(liang)或累計流(liu)量。
2造成誤(wù)差的原因(yin)分析及影(yǐng)響參數
　　由(yóu)式(1)可知，流(liú)量測量結(jié)果qv同時受(shòu)很多參數(shu)的影響，如(ru)🈚流出✉️系數(shù)C、節流裝置(zhi)直徑比β、雷(léi)諾系數ＲeD、氣(qì)體膨脹⭐系(xi)數🤩ε以及♋節(jie)流孔闆正(zhèng)端取壓口(kou)平面上流(liú)體密度ρ1等(děng)。如果能夠(gou)得到這些(xie)參數的準(zhǔn)确值，同時(shí)差壓變送(sòng)器能夠🌈不(bu)失真地測(cè)量到節流(liú)孔闆前後(hou)的差壓信(xìn)号，就能提(tí)高流量儀(yi)表計量結(jié)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(shù)C
　　流出系數(shu)C和取壓點(dian)位置、雷諾(nuo)系數、管道(dào)粗糙度、孔(kǒng)闆開孔截(jie)面積與管(guǎn)道截面積(ji)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(you)式(2)可知，如(rú)果節流裝(zhuang)置前管道(dào)直徑發生(shēng)變化，節流(liú)孔闆在使(shi)用過程中(zhōng)腐蝕變形(xing)，直徑比β變(biàn)化很大，都(dōu)會使流出(chū)系數C發生(sheng)變✌️化，從而(ér)降低流量(liang)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(yā)機大修期(qi)間，技術人(ren)員對空壓(ya)站出口節(jiē)流裝置前(qián)管道進行(háng)🚶了檢查，發(fā)👄現孔闆前(qian)管道内積(jī)存大量受(shou)腐蝕而掉(diào)落的氧化(hua)鐵✉️皮垃圾(ji)，孔闆端面(mian)腐蝕。齒輪(lun)✍️分廠煤氣(qì)✨流量計長(zhǎng)年使用，拆(chai)換煤氣流(liú)量節流孔(kong)🛀闆時發現(xiàn)，孔闆孔壁(bi)和端🤩面上(shàng)沾附黑色(se)焦泥，孔闆(pǎn)☀️開孔已經(jīng)近似☔橢圓(yuán)形。這些因(yīn)素的存在(zài)都會❄️使孔(kong)闆直徑與(yǔ)管道直徑(jìng)之比β改變(bian)，緻使流出(chū)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(gōng)能的影響(xiang)
　　氣體流量(liàng)測量的最(zuì)終目标是(shi)得到标準(zhǔn)狀态下的(de)體積🐕流🤞量(liàng)。如果氣體(ti)的溫度、壓(yā)力發生變(biàn)化，密度也(ye)随之變化(huà)。孔闆開孔(kong)✨直徑🈲設計(jì)計算，以常(cháng)用工作溫(wēn)度、工作✊壓(ya)力爲主要(yao)參數指标(biāo)☎️。但待測氣(qì)體的工作(zuo)溫度、壓力(li)不是恒定(ding)值，随着工(gōng)況、環境溫(wen)度的變化(hua)🙇🏻而變化。傳(chuán)統✍️的流量(liàng)計量中，由(you)于流量積(ji)算功能的(de)限制，使用(yong)過程中未(wèi)裝溫度、壓(yā)力儀表進(jìn)行測量補(bu)償。當管道(dào)内氣體溫(wen)度、壓力變(bian)化較💘大與(yǔ)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(ji)量過程中(zhong)，同一台機(jī)組冬、夏兩(liǎng)季産氣量(liang)相差較大(dà)✍️。經查，夏季(jì)氣體溫⛱️度(dù)40°左右☁️，冬季(jì)10°左右，孔闆(pan)設計溫度(du)25°左右。由于(yú)實際溫度(du)與設計溫(wēn)度存在偏(pian)差，由實際(ji)工作條件(jiàn)偏離設計(ji)工作條件(jiàn)時流量修(xiū)正公式(3)，可(ke)推導出冬(dōng)季實際流(liú)量爲流量(liàng)計‼️測量流(liú)量值的1．026倍(bei)，夏季實際(ji)流量爲流(liu)量計測量(liang)流量的0．976倍(bèi)，計量的正(zheng)确率不能(neng)保證。

　　式中(zhong):Q實爲實際(jì)工作條件(jiàn)時氣體标(biāo)準體積流(liú)量;Q設爲設(she)計條件時(shí)氣體标準(zhun)體積流量(liang);P實爲氣體(ti)實際工作(zuò)表壓;P設爲(wèi)設計表壓(ya);P0爲當地大(da)氣壓;T實爲(wei)氣體👈實際(ji)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(liàng)
　　在傳輸環(huán)節，流體流(liú)過節流裝(zhuāng)置産生的(de)差壓信号(hao)需要通過(guo)導壓管路(lu)傳遞給差(chà)壓變送器(qì)。導壓管内(nei)徑過小、節(jie)㊙️流裝置距(ju)♌離變送器(qi)過遠都會(huì)引起壓損(sun)增大，從而(ér)造成差壓(ya)信号失真(zhēn)。另外，如果(guo)導壓管路(lu)🍉存在堵塞(sai)、洩漏以及(jí)因積水、積(ji)液造成的(de)假差壓，同(tóng)⛷️樣會引起(qǐ)差壓信号(hao)傳遞失真(zhēn)。導壓管安(ān)裝時，如果(guǒ)㊙️沒有充分(fen)考慮流體(tǐ)介質的性(xìng)🚩質，氣體導(dao)壓管内是(shì)否含液、含(han)塵，液體導(dao)壓管内是(shi)否有氣體(ti)進入，以及(jí)要排除這(zhe)些幹擾因(yīn)素，集氣器(qi)、積水沉🐅降(jiàng)器的位置(zhi)是否合理(li)，是否需要(yào)伴熱等，由(you)此引起的(de)假差壓會(hui)🌈使流量計(ji)量結果失(shi)真。
2．4流量量(liàng)程與流量(liang)計匹配性(xìng)問題
　　流量(liàng)量程與流(liu)量計匹配(pèi)性也是造(zào)成差壓式(shì)流量計誤(wu)差的♉主要(yao)原因之一(yi)，特别是當(dāng)小流量遇(yu)到大量程(cheng)孔闆流量(liàng)計時。由式(shi)(1)可知，由于(yú)流量與差(cha)壓信号的(de)開❌方成正(zhèng)比，并且使(shi)用流量下(xià)限🈲偏離常(cháng)用流量越(yue)多，流量計(jì)量誤差值(zhi)越大🔴，對計(jì)量結♊果争(zheng)議越大。小(xiǎo)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(zhe)樣又會使(shǐ)流量不能(néng)得到積算(suan)。例如，在進(jin)行管道氧(yǎng)流量計量(liàng)巡檢時，有(yǒu)小流量氧(yang)氣在使用(yong)，但流量計(jì)無指示現(xiàn)象。
3減小計(jì)量誤差提(ti)高計量精(jīng)度的相應(yīng)措施
3．1孔闆(pǎn)的合理設(shè)計、選材
　　節(jie)流孔闆的(de)設計以現(xian)場調研爲(wèi)主，取得流(liú)體常用的(de)工作壓力(lì)、工作溫度(dù)，對直管段(duàn)内徑進行(hang)實際測量(liang)，掌握設計(ji)第🌈一手💰資(zī)料，并嚴格(ge)按照設計(ji)标準計算(suan)節流孔闆(pan)的開孔直(zhí)徑，孔徑的(de)制造質量(liang)和加工精(jing)度達标。在(zài)按照合理(lǐ)的工況❌設(shè)計孔闆尺(chǐ)寸的同⛱️時(shi)，應充分考(kao)慮流體對(duì)節流孔闆(pǎn)材料的影(ying)響，選擇⁉️适(shi)當的材料(liao)加工孔闆(pan)，以免孔✌️闆(pǎn)在使用過(guò)程中發☂️生(sheng)腐蝕和塑(sù)性變形嚴(yan)重💃🏻。如，煤氣(qì)具有腐蝕(shi)性，齒輪分(fèn)廠煤氣流(liu)量計量裝(zhuang)置，停産檢(jiǎn)修過㊙️程👨‍❤️‍👨中(zhong)，打開裝置(zhi)卸下孔☂️闆(pan)後，發現孔(kǒng)闆開孔嚴(yan)重變形，近(jin)似橢圓形(xing)，端面麻蝕(shi)。因此，測量(liàng)有腐蝕性(xing)流體時，應(ying)采用耐❤️腐(fǔ)蝕材料。孔(kong)闆流量計(ji)常用材料(liao)選擇如表(biǎo)1所示［6-7］。

3．2孔(kǒng)闆的正确(què)安裝
　　孔闆(pǎn)加工技術(shù)指标達标(biāo)，并确保孔(kǒng)闆的正确(que)安裝。節🐪流(liu)孔闆安💯裝(zhuang)示意圖如(rú)圖2所示。孔(kǒng)闆開孔與(yǔ)上遊端面(miàn)之間㊙️夾角(jiǎo)應爲90°±0．3°，直角(jiao)入口邊緣(yuán)銳利度達(da)标，此🏃‍♂️端面(mian)迎着流體(tǐ)流動的👣方(fang)向［7］。若孔闆(pan)裝反，使流(liú)體流經孔(kǒng)闆流速的(de)變化減小(xiao)，孔闆前後(hòu)差壓減小(xiǎo)，測量誤差(chà)增大。

3．3直管(guan)段、導壓管(guǎn)的安裝維(wéi)護
　　節流裝(zhuāng)置前後直(zhi)管段滿足(zú)安裝要求(qiu)，節流裝置(zhì)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(fu)設，直管段(duan)管壁粗糙(cao)度應符合(hé)标準要求(qiú)，否則将影(yǐng)響流出系(xi)數;管壁粗(cu)糙度越大(dà)，流出系數(shù)✨的偏差越(yuè)大。安裝時(shí)，根據需要(yao)處理節流(liú)裝置及直(zhí)管🔴段。如:氧(yǎng)氣📐流量測(ce)量需要進(jìn)行節流裝(zhuāng)置和前後(hou)☎️直管段的(de)四氯化碳(tàn)脫油處理(li)。設備停車(chē)檢修檢查(chá)孔闆的㊙️同(tóng)時，還需要(yào)對節流裝(zhuāng)置前後直(zhí)管段進行(háng)吹掃清理(li)，排除管道(dào)氧化物、焊(hàn)渣、油垢之(zhī)類改變管(guan)☎️道内徑的(de)異💰物，情況(kuàng)嚴❄️重或條(tiáo)件允許時(shi)可進行更(gèng)換，盡可能(néng)減🔴小直徑(jìng)比β以及流(liú)出系數C的(de)變化，提高(gāo)流量計量(liàng)的🌍精度。
　　選(xuan)擇導壓管(guǎn)的材料性(xìng)能以滿足(zú)被測流體(tǐ)的性質🍓爲(wei)基礎，如耐(nai)⭐腐蝕、耐壓(ya)力等。導壓(yā)管的敷設(shè)傾斜度不(bú)得小于🌂規(gui)定要求。測(ce)量濕氣體(ti)時，無論節(jie)流裝置安(an)裝在水平(ping)管道還是(shi)豎直管道(dào)上，變🐉送器(qì)安裝在節(jiē)流裝置的(de)下部時，都(dōu)需要考慮(lü)在導壓⛹🏻‍♀️管(guǎn)路的最💚底(di)部安裝積(ji)水罐，避免(miǎn)液🌐體進入(ru)變送器，引(yin)起測量誤(wù)差。
3．4溫度壓(yā)力補償
　　由(yóu)于工作溫(wen)度、壓力随(suí)工況變化(huà)，氣體的密(mi)度也發生(sheng)💰變化，而節(jiē)🔴流孔闆的(de)設計參數(shu)是固定值(zhi)。爲了降低(di)計量誤差(chà)，采用具☁️有(you)溫壓補償(cháng)功能的 流(liu)量積算儀(yi) 表，實施溫(wēn)壓補償，進(jìn)行流量值(zhí)的實時修(xiu)正。爲了避(bi)免對流體(tǐ)流動的幹(gàn)擾，測溫點(dian)一般選在(zai)節流裝置(zhi)的下遊、直(zhí)管段以外(wài)、大于5倍直(zhi)徑長度小(xiǎo)于15倍直徑(jìng)☎️長度的管(guǎn)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(yā)❤️信号取自(zi)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(kē)技的發展(zhan)，儀表技術(shu)發展飛速(sù)，充分利用(yong)智能流量(liang)儀表所具(jù)有的微處(chù)理功能，實(shí)現對流⛱️量(liang)各參數的(de)在線計算(suàn)和校正。智(zhì)能流量儀(yi)表能夠實(shi)現溫度壓(yā)力補償、流(liú)束膨脹系(xì)數補償，提(ti)高計量結(jie)果的準🌈确(què)度。當孔闆(pǎn)開孔直⁉️徑(jìng)實測值與(yu)設計值有(you)偏離時，由(you)于β值變化(huà)以及流出(chu)系數C的變(bian)化，使最😘大(da)差壓對應(yīng)的最大流(liu)量值變化(huà)，智能流量(liàng)儀表的功(gong)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(liu)量儀表還(hái)實現了兩(liǎng)台差壓變(biàn)送器的⭕自(zi)動切換使(shi)用，從而拓(tuo)寬了量程(cheng)範圍，解決(jué)了小流量(liàng)計量問題(ti)［9］。
3．6實時的維(wei)護與保養(yǎng)
　　日常維護(hu)的重點不(bú)僅要及時(shí)觀察工況(kuang)、與各項參(can)數🏃🏻核對、定(ding)時⭕校驗流(liu)量計，還要(yao)維護節流(liu)裝置和與(yǔ)差壓🤞變送(song)器連接的(de)👣引壓管線(xian)，避免差壓(ya)信号洩露(lù)、堵塞、凍結(jié)以及傳輸(shū)過程中壓(yā)✨力損失。當(dang)環境溫度(du)變化較大(dà)時，應加強(qiáng)😘維護。制氧(yang)🏃🏻‍♂️機噴冷塔(tǎ)🆚出口空氣(qì)爲清潔濕(shī)空氣，差壓(ya)變送器在(zài)管道下部(bu)，導壓管路(lu)⭕安裝集水(shuǐ)器，但冬季(ji)容易出現(xian)流量指示(shì)失靈現象(xiang)。出現這一(yī)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(yǒu)及時排水(shui)，伴熱管沒(mei)🈲有及時打(dǎ)開，造成積(ji)水罐結冰(bing)，堵住出口(kou)㊙️，流量示值(zhi)異常。故日(rì)常定時維(wéi)護、重點維(wéi)護、周期校(xiao)驗都是計(jì)量工作的(de)重點。
3．7計量(liang)技術管理(lǐ)人員的培(péi)訓
　　計量人(ren)員如果對(duì)流量計量(liang)儀表的計(jì)量原理、安(ān)标💯準、使用(yong)維護、精準(zhun)校驗等各(gè)個環節認(rèn)識不到位(wei)，不能弄清(qing)産生誤差(chà)的具體影(ying)響因素，就(jiù)不能把計(ji)量工作做(zuò)好。所以，隻(zhī)有提高計(jì)量人員管(guǎn)🔆理、維護儀(yi)表的業務(wù)素質、業務(wu)技能，才能(néng)善于發現(xiàn)問題、及時(shí)解決問題(tí)，盡可能減(jiǎn)小計量誤(wù)差，從而進(jìn)👈一步提高(gao)計量精度(dù)。
4結論
　　綜上(shang)所述，孔闆(pǎn)流量計雖(sui)然結構較(jiào)簡單、設計(ji)技術♻️成熟(shu)，但🌈長期使(shǐ)用過程中(zhong)存在大量(liang)影響測量(liàng)精度的因(yīn)素。如果各(gè)環節在設(she)計、安裝時(shí)嚴格按照(zhào)标準執行(háng)，使用精度(dù)👈高功能強(qiang)的智能儀(yí)器，對計量(liang)影響因素(su)進行🈲實時(shí)修正🈲，使用(yong)過程✔️中加(jiā)強管理，定(ding)時維護校(xiao)驗，就能夠(gòu)降低測量(liang)誤差，提高(gāo)計量結果(guo)的可靠性(xing)。

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