流量.docx

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流量

1、流量仪表基本知识

1.1、流量的概念：

是指单位时间内流过管道某一截面的流体数量。

分为体积流量和质量流量，质量流量M=体积流量Q*流体密度ρ。

质量流量的常用单位有：

kg/h、t/h等，体积流量的常用单位有：

l/h、m3/h等。

1.2、流体流动状态的分类：

A、层流（雷诺数Re〈2300）B、过渡流（2300〈Re〈4000）C、紊（湍）流（雷诺数Re〉4000）。

雷诺数是指流体惯性力与粘性力的比值。

1.3、与流体有关的物理参数：

温度、压力、密度、粘度、速度、流量等。

1.4、流体的密度与温度、压力的关系：

气体的密度随温度的升高而减小、随压力的增大而增大，液体的密度主要随温度升高而减小、而与压力关系不大。

1.5、流量测量仪表种类有：

涡街流量计、金属管转子流量计、孔板节流装置流量计、锥形管流量计、威力巴流量计、楔式流量计、质量流量计、电磁流量计等。

1.6、流量计的分类

流量测量方法和仪表的种类繁多,分类方法也很多。

至今为止,可供工业用的流量仪表种类达60种之多。

品种如此之多的原因就在于至今还没找到一种对任何流体、任何量程、任何流动状态以及任何使用条件都适用的流量仪表。

按测量原理分有力学原理、热学原理、声学原理、电学原理、光学原理、原子物理学原理等。

按照目前最流行、最广泛的分类法,即分为:

容积式流量计、差压式流量计、浮子流量计、涡轮流量计、电磁流量计、流体振荡流量计（包括涡街流量计、质量流量计）、插入式流量计。

1.7、质量流量计的使用常识

单位：

m3/h，m3/s，t/h，Nm3/h，kg/h，L/m等。

质量流量计的使用场合：

因质量流量计测量的是流体的质量流量，不受流体温度、压力、密度等参数变化的影响，且测量精度很高（可达0.1%），无直管段要求，固在一些要求进行精确测量和严格控制进料的场合以及用于贸易结算进行计量的时候，常常使用质量流量计进行流量测量，但因其价格昂贵使用面不是太广。

质量流量计的组成：

包括传感器、变送器和显示单元三部分，传感器的敏感元件为测量管，安装在管道上，变送器和显示单元（简易型不带显示单元）单独安装在传感器旁便于观察和维护的地方，二者之间有专用的多芯屏蔽电缆进行电气连接。

科氏力质量流量计的结构分类：

按照测量管的形状可分为直管式和弯管式，按照测量管的数量可分为单管式和双管式（常用双管式）。

质量流量计的安装要求：

A、安装地点不能有大的振动源，并应采取加固措施来稳定仪表附近的管道；B、不能安装在大型变压器、电动机、机泵等产生较大磁场的设备附近，以免受到强磁场的干扰；C、传感器与管道连接时不应有应力存在；D、直管式质量流量计最好垂直安装，若要水平安装则需使两根测量管处于同一水平面。

E、弯管式质量流量计在测量液体时，弯管部分应朝下，在测量气体时弯管部分应朝上。

质量流量计的投用与停用方法：

A、质量流量计投用前，应检查其安装是否符合要求、管道是否吹洗干净、压力试验是否已完成；B、通电预热30分钟后启动流体运行，直到传感器温度等于流体的操作温度，切断下游阀并确保无泄露和保证满管时，对流量计进行调0；C、打开上、下游阀门，关闭旁路阀，将流量计投入使用；D、流量计停用时，对于易结垢的介质应打开排污阀将流量计中的介质排净，对于易凝固的介质应排净并用低压蒸汽或工厂风进行扫线，保证测量管内不残留介质。

1.8、涡街流量计的使用常识

涡街流量计的使用场合：

涡街流量计是利用流体自然振荡的原理制成的一种旋涡分离型流量计，涡街频率和流体的流速成正比，常用的旋涡发生体为三角柱形，输出频率较低。

用涡街流量计进行测量时要求流体的雷诺数在20000~7000000之间，且流速必须在规定范围内，不同的口径有不同的流速要求，对液相、气相、蒸汽的流速要求各不相同；仪表有直管段要求，一般用于清洁低粘度介质测量，测量精度为1%。

涡街流量计的安装要求：

A、安装在流速分布稳定的直管上，上游侧直管段长度应大于20D，下游侧直管段应大于5D；B、防止传感器产生机械振动；C、防止外部电磁场干扰；D、流量计最好安装在调节阀、温度测点、压力测点的上游侧；E、流量计的尺寸应与管道内径相一致；F、流量计的中心线应和管道的中心线保持同心，并应防止垫片插入管道内部；G涡街流量计前后尽量不用截止阀。

涡街流量计的投用与停用方法：

A、涡街流量计投用前，应检查其安装是否符合要求、管道是否吹洗干净、压力试验是否已完成；B、投用后保证流量计满管运行；C、流量计停用后，应检查测量元件是否被沾污，及时对流量元件及其检测小孔进行清洗。

1.9、金属管转子流量计的使用常识

金属管转子流量计的使用场合：

转子流量计使用较为广泛，一般用于测量中、小流量和微流量，测量介质一般为清洁、不易结晶和凝固、粘度不大的液体和气体、蒸汽，要求介质流速变化缓慢。

金属管转子流量计分为就地型和远传型，其测量原理为恒压降变流通截面积流量计，其量程比为10：

1，精度一般为1.6%。

金属管转子流量计的安装要求：

金属管转子流量计的锥管必须垂直安装，不可倾斜，安装时应用水平仪严格校准，且组装时不应受应力，垂直安装型转子流量计介质流向为自下而上，水平安装型转子流量计介质流向应与其标示方向一致。

为方便使用和拆检，一般要求安装阀组。

远传型金属管转子流量计其远传部分是靠磁性与转子耦合的，若介质中含有易被磁性物质吸附的小颗粒，则转子易被磨损和卡塞，造成测量不准或无法测量，解决的办法是在前面加装磁过滤器。

金属管转子流量计的投用与停用方法：

A、流量计投用前，应检查其安装是否符合要求、管道是否吹洗干净、压力试验是否已完成；B、投用后保证流量计在其有效测量范围内平稳运行，开表时防止大流量冲击转子造成仪表损坏；C、流量计停用后，应检查测量元件是否被沾污、转子上是否吸附有铁屑，及时对流量元件及转子进行清理。

1.10、孔板节流装置流量计的使用常识

孔板节流装置流量计的使用场合：

A、流体必须满管连续运行，B、流体必须是牛顿流体、在物理学上和热力学上是均匀的单相的，C、流体流经节流装置时不发生相变，D、流体流量基本不随时间变化、不适用于脉动流和临界流工况，E、流体流经节流装置前流束必须与管道轴线平行且不得有旋转流，F、流体流动工况应是紊流、雷诺数需在一定范围内且无旋涡。

孔板节流装置流量计的组成：

包括孔板、取压法兰或环室、差压变送器三部分，其中孔板用于节流产生差压，取压法兰或环室用于取出孔板前后的流体压力，差压变送器用于测量孔板前后的压差达到测量流经孔板的流体流量的目的。

孔板节流装置流量计的安装要求：

A、节流装置安装要求有前10倍后5倍管道直径的直管段要求；B、节流件及其夹紧法兰前端面应与管道轴线垂直，节流件的开孔、夹紧法兰应与管道同心；C、夹紧节流件的密封垫片不得凸入管道内壁，且垫片厚度不应超过规定值；D、新装管道系统必须在吹扫合格后才能安装孔板，孔板的锐角应迎着流向；E、测量气体时，取压口应在管道上部与管道中垂线成45度的夹角范围内；测量蒸汽时，取压口应在管道上部与管道水平中心线成45度的夹角范围内；测量液体时，取压口应在管道下部与管道水平中心线成45度的夹角范围内。

F、测量气体（或液体）的水平导压管应有排除冷凝液体（或气体）的配管坡度1：

10~1：

100。

孔板节流装置流量计的投用与停用方法：

A、流量计投用前，应检查其安装是否符合要求、管道是否吹洗干净、压力试验是否已完成；B、投用后保证流量计在其有效测量范围内平稳运行；C、流量计投用步骤为：

检查二次阀和排污阀应关闭，平衡阀应打开→稍开一次根部阀，检查导压管系统是否泄漏，不漏则全开一次阀→分别打开排污阀进行排污后关闭排污阀→拧松差压变送器正负压室丝堵，排除空气→打开变送器正压阀，关闭平衡阀，打开变送器负压阀，启动差压变送器；D、仪表三阀组的操作原则：

1、不能让导压管内的凝结水或隔离液流失；2、不可使变送器测量膜盒受压或受热；三阀组的启动顺序为：

开正压阀→关平衡阀→开负压阀；E、流量计停用步骤为：

关闭变送器负压阀，打开平衡阀，关闭变送器正压阀→关闭二次阀→打开排污阀进行排污后关闭排污阀；三阀组的停用顺序为：

关负压阀→开平衡阀→关正压阀。

1.11、威力巴流量计的使用常识

威力巴流量计的使用场合：

用于测量较大工艺管道内介质流量，其测量原理为测量管道横截面上流体的平均流速，要求被测流体在操作状态下的雷诺数大于20000，流体中无杂质和污物、不结垢，流速范围液体为0.5~6m/s、气体为10~60m/s、蒸汽为5~30m/s。

威力巴流量计的组成：

包括测量取压管、差压变送器两部分，其中测量取压管用于产生差压，差压变送器用于测量动、静压差达到测量流体流量的目的。

威力巴流量计的安装要求：

A、测量装置安装要求有前20倍后5倍管道直径的直管段要求；B、测量管安装应穿过管道中心并与管道中心线垂直；C、其在管道上的安装方位和引压管的敷设与孔板节流装置要求相似。

威力巴流量计的投用与停用方法：

与孔板节流装置流量计相同。

1.12、锥形管流量计的使用常识

锥形管流量计的使用场合：

用于测量较小工艺管道内液体、气体、蒸汽介质流量，其测量原理为管道内流动介质产生的压力与流速的平方成正比，通过V型取压装置得到介质流动产生的附加压力（P动-P静），从而得出瞬时流量。

锥形管流量计的组成：

包括测量管、差压变送器两部分，其中测量取压管用于产生差压，差压变送器用于测量动、静压差达到测量流体流量的目的。

锥形管流量计的安装要求：

A、测量装置安装要求有前2倍后5倍管道直径的直管段要求；B、其在管道上的安装方位：

用于测量液体和蒸汽时水平取压，变送器安装在测量管下方；用于测量气体时水平取压，变送器安装在测量管上方。

锥形管流量计的投用与停用方法：

与孔板节流装置流量计相同。

1.13、电磁流量计的使用常识

电磁流量计的使用场合：

用于测量导电液体介质流量，介质温度不宜超过120度，压力不宜超过1.6MPa，不宜在负压状态下使用，流速不得低于0.3m/s，被测介质中不能含有较多的磁铁性物质和气泡，被测流体基本无压损，测量精度可达0.5%，量程比宽为1：

20，其测量原理为法拉第电磁感应定理。

电磁流量计的组成：

包括传感器、变送器和显示单元三部分，传感器安装在管道上，变送器和显示单元单独安装在传感器旁便于观察和维护的地方，二者之间有专用的多芯屏蔽电缆进行电气连接，也可二者组合为一体式。

电磁流量计的安装要求：

A、安装地点不能有大的振动源，并应采取加固措施来稳定仪表附近的管道；B、不能安装在大型变压器、电动机、机泵等产生较大磁场的设备附近，以免受到电磁场的干扰；C、传感器与管道连接时应保证满管运行，最好垂直安装；D、变送器外壳、屏蔽电缆、测量本体及两端的管道都要接地，接地极应单独设置，接地电阻应小于10欧姆，不能接到电气或公共接地网上；E、要求有前5倍后3倍管道直径的直管段。

电磁流量计的投用与停用方法：

A、电磁流量计投用前，应检查其安装是否符合要求、管道是否吹洗干净、压力试验是否已完成；B、打开阀门，使液体充满系统，排除残留气体后，接通仪表电源通电预热，关闭阀门使流量计充满静态液体，检查调整零点，重新打开阀门使流量达100%，检查输出是否正确和稳定；C、打开上、下游阀门，关闭旁路阀，将流量计投入使用；D、流量计停用时，对于易结垢的介质应打开排污阀将流量计中的介质排净，对于易凝固的介质应排净并用低压蒸汽或工厂风进行扫线，保证测量管内不结垢、不残留固体杂质。

2.部分流量计的工作原理

2.1电磁流量计

2.1.1测量原理

电磁流量计的原理是利用法拉弟电磁感应定律。

如图七所示：

在流过溶液的管道两侧有一对磁极（励磁线圈，产生磁场），另有一对电极安装在与磁力线和管道垂直的平面上，当导电流体以平均速度V流过直径为D的测量管道时切割磁力线，于是在电极上产生感应电势E，此感应电势E与流体的平均速度V成正比（E∝V）。

测出此感应电势E，就能换算出流速V，也就能知道流量了。

电磁流量计的结构

电磁流量计测的是体积流量，若要知道重量流量还要乘以比重。

电磁流量计只能测量导电流体。

用途广，价格便宜，精度适中，一般是0.5级。

从发信器和转换器的安装形式来分，有分体式和一体式两种。

分体式就是检测部和转换部分开安装。

检测部装在测量管道上，转换部可以装在比较远的地方（环境好的地方）。

一体式就是检测部和转换部组装在一起，组成一个不可分割的整体，这样安装要方便些，成本也低些。

从电磁流量计的励磁形式来分，有滿管式、对夹式和插入式。

一般的电磁流量计都是“滿管式”，即励磁线圈装在流量计的检测管外面，整体包起来。

这只是用于较小流量的流量计。

对于大流量的流量计，管径很大，用这种方式就不合适，就用一种所谓“对夹式”，即将励磁线圈分成两部分，分别夹在检测管外的两边，一样使用，成本低很多。

现在又新出了一种插入式电磁流量计，其测量原理和滿管式电磁流量计完全一样，只是安装方式不同。

这种流量计不是装在流体介质的管道中间，而是插装在管道上。

有法兰连接安装方式和螺纹连接安装方式。

其主要特点是维护方便，清洗电极容易，成本也低。

2.1.2仪表的投用

没有特别的要求，仪表送电后，只要管道内有液体，就能测量。

注意：

流体必须充满整个管道。

通常是将流量计垂直安装，流体介质“下进上出”；若一定要水平安装，则必须安装在正常管道的下面的旁通管上。

2.1.3仪表的维护

一般情况下，电磁流量计没有什么维护工作量。

但是，当被测介质太脏时，就会污染电极，降低测量的灵敏度。

这时，就要将流量计从管道上拆下来，对电极进行清洗。

这时，若采用插入式的电磁流量计，就会方便的多。

2.1.4仪表的校验

电磁流量计一般无法校正，只能送到制造厂校正。

2.2质量流量计

2.2.1测量原理

根据“科里奥利”运动原理设计制造。

仪表由传感器和变送器组成。

传感器由电磁驱动电路激励，引起测量管的谐掁，两个探头1和2对称的放置于驱动器两边，当被测流体流过传感器时，科里奥利力作用在测量管上，引起管的偏转，这样就可以测出探头1和2的相位差，这个相位差与流体的瞬时流量成正比，将这个信号接到流量变送器上，就输出代表流量的4～20mA信号。

这种流量计的特点是测量精度高，优于±0.1%，与介质的压力、温度、密度、电导率、粘度等都没有关系，即这些参数的波动都不会影响流量的测量。

用这种流量计可以测量质量流量、体积流量、温度、密度等。

2.2.2仪表的维护

流体要充满被测管道，不能有气泡，要安装在管道下部，上面不能放重物，防震动。

2.2.3仪表的校验

现场无法校验，每年大修时送厂家校验。

2.3差压式流量仪表

2.3.1测量原理

差压式流量仪表是用途最广泛的一种流量仪表。

他们的原理是根据伯努利定律：

流体流过节流装置时会产生一定的压降。

测量节流装置两边的压差，就能算出其流量。

流量与压差的平方根成正比。

即F∝√△P。

常用的有孔板流量计、喷咀流量计、文丘里管流量计。

2.3.2仪表特点

1.仪表结构简单，价格便宜，尤其是孔板流量计，但压损较大。

文丘里管体积大、复杂，价格贵，但压损小；喷咀各方面适中。

2．仪表要求其前、后有一定长度的直管段（没有障碍物，包括阀门、大小头，弯头等），一般前面要20D以上，后面有5D以上，越长越好。

（所有的流量计都有这个要求。

）

3．安装孔板时不能装反了，小口在前，喇叭口在后，要求绝对同心。

4．所有气体流量测量的取压点一定在管道的上部，而液体流量测量的取压点一定在管道的下部。

其原因是：

当工艺介质是气体时，里面可能有冷凝的液体，若取压点放在下部，就会影响测量。

同样，当工艺介质是液体体时，里面可能有气泡，若取压点放在上部，也会影响测量。

现在，罗斯蒙特公司又推出来一种新的流量孔板，叫“调整形孔板”，中间不是一个孔，而是4个小孔。

其特点是前、后的直管段只要求2D，并且和差压变送器组合安装在一起，非常方便。

（见下图）

2.3.3关于温度、压力补偿

测量气体流量要进行温度、压力补偿。

1．为什么要进行温度、压力补偿呢？

因为气体流量与其介质的密度有关，而密度又与其温度、压力有关：

即气体体积与温度成正比，与压力成反比。

实际的气体流量测量公式：

F=K√T/P×△P

从上面公式可以看出，即使体积流量没有增加（△P不变），（△P代表流量值），由于温度升高了（T增加），它的体积会膨胀而增加（T在分子上，指示值F会增加）；由于压力提高了（P增加），它的体积会因压缩而减少（P在分母，指示值F会减少）。

故要进行温度、压力补偿。

2．怎样进行温度、压力补偿？

以前是用一台乘除器仪表进行补偿运算，即将被测介质的温度信号和压力信号分别接在原测量公式相反的地方。

由于工况温度升高（Tt加大），它的体积会膨胀而增加，但将其温度值接在分式的分母下面，其值会减少，这样和被膨胀值正好抵消；由于工况压力升高（Pt加大），它的体积会因压缩而减少，但将其压力值接在分式的分子上面其值会增加，这样和被压缩值正好抵消。

带温度、压力补偿的气体流量测量公式：

F=K√（P2＋P0）÷（P1＋P0）×（T1＋T0）÷（T2＋T0）×△P。

其中：

F：

被测流量

K：

仪表系数

△P：

差压信号

P0：

标准压力（101.325KPa）（1个工程大气压）

P1：

设计压力（设计的正常时的压力）

P2：

实际工况压力（实际工作时的压力）

T0：

标准温度（273.150K=0℃）

T1：

设计温度（设计的正常时的温度）

T2：

实际工况温度（实际工作时的温度）

也可以用下面的气体流量的温度、压力补偿公式：

F2=F1×√（P2＋P0）÷（P1＋P0）×（T1＋T0）÷（T2＋T0）

其中：

F1：

没有补偿的流量

F2：

实际被测流量

其它参数同前。

现在，在DCS系统里已做好了这一补偿软件，在进行系统组态时，只要选择了气体流量，就会自动弹出补偿回路，将补偿用的温度、压力检测系统的工位号输入就可以了。

若补偿的好，则在设计的温度和压力范围内仪表的测量值都不会超差。

例如：

贵溪冶炼厂硫酸车间风机流量测量系统如下：

F=200000Nm3/h

△P：

100mmH2O

K：

仪表系数=200000÷√100=20000

P0：

标准压力（101.325KPa）（1个工程大气压）

P1：

设计压力：

-750mmH2O

P2：

工作压力：

-1000～0mmH2O

T0：

标准温度（273.150K=0℃）

T1：

设计温度：

42℃

T2：

工作温度：

0～100℃

孔板在设计时就考虑了上述参数，故工作温度在0～100℃、工作压力在-1000～0mmH2O范围内，应都能在误差范围内，则是补偿完全了。

2.3.4关于蒸汽流量的测量：

蒸汽流量的测量和其它气体流量的测量没有什么本质的区别，关键在于差压的取得。

现在介绍一下如何取得流量测量所需要的差压信号。

这里要用到一个叫冷凝器的设备，如图八所示：

因为蒸汽的温度太高，如果将其用导管直接接到测量仪表上，就有可能损坏仪表。

在测量流量之前，将冷凝器上面的盖子打开，装滿净化水，并将下面的排污阀打开，排掉气泡，再关好排污阀，盖好上面的盖子。

投用之后，蒸汽的压力通过冷凝器里面的冷凝水再传递给差压变送器，差压变送器就将这代表流量的差压信号变成4～20mADC的电流信号，送到DCS系统，在DCS系统内进行压力补偿，进行开方、线性化处理后，就作为蒸汽流量值显示出来。

注：

测量饱和蒸汽流量时只要进行压力补偿，不要进行温度补偿。

因饱和蒸汽的体积不会因温度而变化（不会膨胀），只会随压力的变化而变化。

2.3.5差压式流量仪表的投用

1．使用前的准备

⑴检查阀门的状态，参见图八。

通常情况下，该测量系统最多有7个阀门：

高、低压侧引压阀；高、低压侧排污阀；三阀组（高、低压侧截止阀、平衡阀）。

投用前，除了三阀组的平衡阀要全开以外，其它阀门都要全关。

⑵排液或排气

变送器测量部的导压管内若有积液或气体存在，会引起测量误差，必须排去。

其方法是：

慢慢拧开排液螺钉，排去测压部内的残液或气体，排空后拧紧螺钉。

液体向下排，气体向上排。

⑶系统检查

变送器投用之前，必须先检查仪器之间的配线是否正确；变换部、外端子箱盖是否紧固、密封；电源电压是否正确等。

2．接通电源，作好投用准备。

零点调整：

用一字螺丝刀调节变送器上的调零螺钉，使输入信号为零时，仪表指示为零。

顺时针调节输出增大，反时针调节输出减少。

3．投用：

⑴缓慢打开高、低压侧引压阀，将介质压力引入导压管。

⑵缓慢打开高压侧截止阀，将介质压力施加给变送器的高、低压两侧。

⑶关闭平衡阀。

⑷缓慢打开低压侧截止阀。

投用结束。

4．停机

⑴关闭低压侧截止阀。

⑵打开平衡阀。

⑶关闭高压侧截止阀。

⑷关闭高、低压侧引压阀。

停机结束。

2.3.6仪表的维护

一般情况下，这种流量计没有什么维护工作量，只要取压口不堵就行，若堵了就要进行处理。

2.3.7仪表的校验

这种仪表的校验就是校验差压变送器。

一般每年大修时校一次。

2.4阿纽巴流量计（笛形流量计）

2.4.1测量原理

阿纽巴流量计也是一种差压式流量计，由于其外形像一支笛子，故也叫笛形流量计。

如图九所示：

在一支不锈钢园管中间，按一定规律钻取一些大小一样的园孔，将此园管的孔前面正对着流体流动的方向插入流体管道中，从园管中间和后面分别引出两根气管，接到差压变送器的正负压侧，差压变送器就将这检测到的差压信号转换成4～20mADC的电流信号，此电流信号就代表流体的流量。

这种流量计也是一种差压式流量计，只不过是取差压的形式不同而已。

同样，其流量值与流体的温度、压力有关，故还要进行温度、压力补偿。

由于孔不是很大，故在流体不是很干净的情况下，为了防止小孔堵塞，往往要进行自动吹扫。

现在，罗斯蒙特公司又推出一种截面类似三角形的阿纽巴流量计，取压孔不是园形的，是一个细长形的，据说测量精度较高。

2.4.2仪表的维护

一般情况下，这种流量计没有什么维护工作量，只要取压口不堵就行，要定期进行检查。

2.4.3仪表的校验

这种仪表无法校验。

2.5.气体热式质量流量计

2.5.1测量原理

气体热式质量流量计是通过检测物体表面热扩散的程度来实现质量流量的测量的。

在其传感器上有两个质量平衡元件，元件上有铂电阻温度计，一个加热一个不加热，在流体流过时，这两支铂电阻之间就有一定的温差，变送器测出此温差并转换成代表流体流量的4～20mADC电流信号。

2.5.2仪表的维护

一般情况下，这种流量计没有什么维护工作量，如果气体潮湿，或有脏物会污染探头，则会降低灵敏度，要经常清扫传感器。

2.5.3仪表的校验

这种仪表无法校验。

上图所示为气体热式质量流量计安装时的直管段要求。