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第一篇热工测量篇
第六章流量测量
本章写稿人：
张渡
电厂中进行流量测量的意义可以归纳为以下几个方面：
1、了解电厂热力设备的运行工况（监测等）；2、控制热力设备的运行（自动、保护、程控等）；3、进行热力试验和性能试验（热力试验和调整等）；4、进行经济核算和结算（供热等）。
因此，流量测量是保证发电厂安全生产、经济运行的重要参数，流量仪表是发电厂的主要检测仪表，必须认真搞好流量测量工作。
第一节流量测量的基本概念
一、瞬时流量和累积流量
单位时间内流过管道或者明渠某一横截面的流体量，称为瞬时流量，简称流量。
某时间段内流过某一横截面的流体总量，称为累积流量，也称为总量。
瞬时流量对时间积分的结果就是累积流量；累积流量对时间的微分就是瞬时流量。
表1-6-1质量流量单位换算表
千克/时
（kg/h）
千克/分
（kg/min）
千克/秒
（kg/s）
吨/时
（t/h）
磅/时
（lb/h）
磅/秒
（lb/s）
千克/时（kg/h）
1
16.7×10-3
278×10-6
0..001
2.205
612×10-6
千克/分（kg/min）
60
1
16.7×10-3
0.06
132.3
36.7×10-3
千克/秒（kg/s）
3600
60
1
3.6
7.94×103
2.205
吨/时（t/h）
1000
16.7
278×10-3
1
2205
612×10-3
磅/时（lb/h）
0.454
7.56×10-3
126×10-6
0.454×10-3
1
278×10-6
磅/秒（lb/s）
1633
27.2
0.454
1.633
3600
1
二、容积流量和质量流量
（一）、单位时间内流过管道或者明渠的流体质量称为质量流量，单位为kg/s（千克每秒）或t/h（吨每小时）。
质量流量对时间的积分是质量累积流量，单位为kg（千克）或t（吨）。
（二）、单位时间内流过管道或者明渠的流体容积称为容积流量，单位为m3/s（立方米每秒）或者m3/h（立方米每小时）。
容积流量对时间的积分是容积累积流量，单位为m3（立方米）。
由于容积流量是随着流体的密度变化的，而流体的密度又是随着流体温度、压力改变的，所以在给出容积流量（或容积累积流量）时，还必须同时给出流体的温度、压力。
为了便于互相比较，有时也把容积流量换算成标准状态下的容积流量（或标准状态下的容积累积流量），称为标准容积流量。
我们所指的标准状态是压力为一个物理大气压（101Pa或760mm汞柱）、温度为0℃的状态。
表1-6-2体积流量单位换算表
米3/秒
（m3/s）
升/秒
（L/s）
升/分
（L/min）
米3/时
（m3/h）
升/时
（L/h）
美加仑/秒
Usgal/s
米3/秒
1
1000
60×103
3600
3.6×106
264.2
升/秒
0.001
1
60
3.6
3600
0.2642
升/分
16.7×10-6
0.0167
1
0.06
60
4.41×10-3
米3/时
278×10-6
278×10-3
16.7
1
1000
73.5×10-3
升/时
278×10-9
278×10-6
16·7×10-3
0.001
1
73.5×10-6
美加仑/秒
3.785×10-3
3.785
227
13.6
13.6×103
1
（三）、质量流量和容积流量之间有如下换算关系：
（1-6-1）
（1-6-2）
式中
——质量流量
——累积质量流量
——体积流量
——累积容积流量
——流体的密度
第二节差压式流量计
一、什么是差压式流量计
利用流体在节流元件前后的压力变化情况来测量流量的流量计，称为差压式流量计。
差压式流量计是目前火电厂使用最多的流量测量方法。
流体充满管道的流动称为管流。
在管流中放置一特制的中间有孔的节流件，流体流经节流件时，其压力和流速都发生了变化，变化情况如图1-6-1所示（图中以孔板为例）。
常见的节流件有：
孔板和喷嘴、长径喷嘴。
二、差压式流量计的工作原理
（一）、如图1-6-1所示，在截面1处，流体还未受到节流件的影响，流束充满管道。
其中心处的压力为
，流速为
，密度为
。
流体流经节流件时，流束收缩、流速加快、静压降低，至截面2时，流束收缩到最小。
对于标准孔板，流束收缩的最小截面的位置在流出标准孔板以后；对于喷嘴，一般情况下，最小截面处在喷嘴椭园筒形喉部内。
此处流束中心的静压为最低静压，用
表示；流速为最大，用
表示；密度为最小，用
表示。
然后，流束开始向外扩散，流速降低，静压升高，密度增大，直至流束又重新充满管道。
由于节流件的局部阻力作用，导致流体的能量有所损失。
因此，在流束充分恢复充满管道后，静压力也恢复不到原来的数值
，而是相差一个压力损失
的数值。
（二）、分别在节流件前后取出压力信号，组成一对差压信号，称为流量差压。
对于一个节流装置，其流量和输出的流量差压之间的关系式叫流量公式：
（1-6-3）
（1-6-4）
式中
——质量流量
——容积流量
——是一个常数，它是由公式中各项的计算单位所决定的
——节流装置的流量系数
——流体流束膨胀系数，它是压力比
、流体等熵指数
、
直径比
的函数，即
——节流件的开孔直径
——管道的内径
——节流装置上游取压口处的流体密度
——节流装置上、下游取压口输出的压力之差
（三）、由于流体的性质所决定，节流装置测得的差压与流量的关系是平方及平方根的关系。
即：
（1-6-5）
（1-6-6）
式中
——流量节流装置前后的差压
——瞬时流量（可能是质量流量，也可能是容积流量）
把差压信号经过开方，即可得到与流量成正比的一个测量值。
（四）、差压式流量计的工作过程是：
1.管流流量经节流装置转换为差压信号；
2.再经过开方转换为流量测量值；
3.如有必要，再由积算器积算后，输出累积流量。
三、标准节流装置
（一）、标准节流装置是指按照国家标准和国际标准设计、制造、安装的节流装置。
它和非标准节流装置的最大区别是：
标准节流装置无需进行个别标定即可使用；而非标准节流装置必须在使用前进行个别标定。
（二）、国际标准中规定的标准节流装置有以下几种：
标准孔板─角接取压、标准孔板─法兰取压、标准孔板─径距取压（D-D/2取压）、ISA1932喷嘴─角接取压、长径喷嘴─径距取压（D-D/2取压）、文丘里喷嘴、古典文丘里管。
我国国家标准规定的标准节流装置有以下几种：
标准孔板—角接取压、标准孔板─法兰取压、标准孔板─径距取压（D和D/2取压）、1SAI932喷嘴—角接取压、长径喷嘴、文丘里管、文丘里喷嘴。
（三）、标准节流装置除了节流件本身外，还包括取压装置以及节流件上游侧第一和第二个阻力件至下游侧第一个阻力件之间的直管段。
在整个设计、制造、安装过程中，特别是在安装中，还应注意上、下游的直管段和有关阻力件，这些都会影响流量测量的精度。
各种节流装置对于管道和阻力件的具体要求详见国家标准，这里从略。
四、差压式流量计的温度、压力补偿
流过节流件的流体参数（温度、压力等），如果与设计参数不一致，则会产生附加误差。
一般实际使用中经常用密度修正的方法来减少测量的附加误差。
（一）、在
相同的情况下，因为
（节流件上游侧取压口处的流体密度）的变化将使流量值改变，因此应对流量值乘以修正系数
，即：
（1-6-7）
式中
——实际工作状态下的质量流量
——设计状态下的质量流量
——修正系数
修正系数为：
（1-6-8）
式中
——实际工作状态下节流件上游取压口处的流体密度
——为设计状态下节流件上游取压处口的流体密度
和
都可以根据温度、压力从参数表中查得，也可以根据密度
与温度、压力等参数的函数关系（理论的或经验的），直接用各参数的变化来表示。
这时修正系数
的计算公式可为下述形式。
（二）、流体为气体时修正系数
的公式：
（1-6-9）
式中
、
和
——分别为设计或选型节流件时，采用的节流件上游取压孔处的流体的绝对温度（K）、绝对压力（与
用同样的单位）和压缩系数
、
和
——分别为在实际工作状态下，节流件上游取压孔处的流体的绝对温度（K）、绝对压力（与
用同样的单位）和压缩系数
（三）、流体为液体时修正系数
的公式：
（1-6-10）
式中
——为计算节流件时，采用的节流件上游取压孔处的流体温度℃
——为实际工作状态下，节流件上游取压孔处的流体温度℃
——液体在20℃到
温度范围内的平均体膨胀系数1/℃
（四）、流体为水蒸汽时，只能作出密度
与有关参数的经验公式，根据
再求出
。
常见的有：
1、
（1-6-11）
式中
——蒸汽压力的绝对压力值MPa
——蒸汽温度℃
k——随着经验公式使用范围而变化的常数。
其求取方法是：
把额定参数下的密度、温度、压力代入上式，解出k值即可
本式的补偿范围是P=0.49～10.30MPa、t=200～535℃。
此公式最简单，但只能实现在额定参数一种工况下的准确计算，其它情况都是有误差的，而且补偿范围也不大。
2、
（1-6-12）
式中
——蒸汽压力的绝对压力值MPa
——蒸汽温度℃
k1、k2——随着经验公式使用范围而变化的常数。
其求取方法是：
把两个工况下的参数（其中一个应是额定参数）下的密度、温度、压力代入上式，联立解出k1、k2值即可
本式的补偿范围是P=0～13.73MPa、t=200～535℃。
此公式比较简单，但只能实现在两种工况下的准确计算，其它情况下都是有误差的，而且补偿范围也还不够大。
3、
（1-6-13/a）
式中
——蒸汽压力的绝对压力值MPa
——蒸汽温度℃
如果上式中的压力取相对压力（表压力）时，可用下式计算：
（1-6-13/b）
式1-6-13/a和式1-6-13/b的适用范围是：
压力1Mpa～15Mpa，温度330℃～555℃，蒸汽过热度在110℃～230℃，可以在较大的范围内实现补偿计算。
五、差压式流量计节流件的检验
新的节流装置在安装之前和使用中的节流装置检修后的检验，均应按国家标准及规定进行外观形状及几何尺寸等项目的检查。
将检查结果与设计数据进行比较，不得超过规定的允许误差值。
（一）、标准孔板的主要检查项目和检查方法
1.目测检查的内容：
无明显的机械损伤和毛刺，节流件的外部形状应规则。
2.孔板两个端面不平度的检验：
将孔板放在一钳工平台上，用带支架的百分表按等角距分布的8个位置，从节流孔板的边缘向外移动。
孔板上游端面上任何两点的连线与垂直于轴线的平面间的斜率应小于1%。
孔板下游端面的不平度用目测检验，不得有明显的不平度。
3.孔板开孔圆筒形部分直径d20的检验：
检验时的d20值应是不少于四单测值的算术平均值。
各测点间应近似等角距分布。
任一单测值与平均值的差不应超过0.05%。
测量工具依d20的允许误差而定，如阿贝比较仪、万能工具显微镜、内径千分尺及游标卡尺等。
d20尺寸的允许误差和工具允许误差
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