1、概述

1.1 流量計簡介

在石油、化工、冶金、電力、輕工、輕紡、科研、軍工等行業(yè)的生產(chǎn)過程中，至今仍大量地使用著各種類型的差壓流量計進行流量的測量、控制和調(diào)節(jié)。雖然近年來出現(xiàn)了電磁流量計、旋渦流量計等新式儀表，但由于差壓流量計具有結構簡單、牢固、工作可靠、性能穩(wěn)定、精確度適中、價格優(yōu)廉等優(yōu)點，使用其用量仍占絕對優(yōu)勢。
所謂差壓式流量計是指根據(jù)安裝于管道中流量檢測件產(chǎn)生的差壓、已知的流體條件和檢測件與管道的幾何尺寸來測量流量的儀表。差壓流量計由一次裝置（節(jié)流裝置）和二次儀表（差壓轉(zhuǎn)換和流量顯示儀表）組成。特別是新近出現(xiàn)的智能型差壓變送器與節(jié)流裝置做成一體化，不僅給安裝帶來了很大方便和利益，用戶不用敷設安裝管線，并且可以實現(xiàn)溫度、壓力的自動補償、故障診斷、量程范圍非常寬、現(xiàn)場量程調(diào)整、與上位機通訊等功能，更加擴大了節(jié)流裝置的適用范圍。

1.2 流量計分類

以檢測件的型式對差壓流量計分類——可分為孔板流量計、文丘里管流量計、噴嘴流量計、均速管流量計等。
以檢測件的作用原理對差壓式流量計分類——可分為節(jié)流式、動壓頭式、水力阻力式、離心式、動壓增益式和射流式等幾大類，其中以節(jié)流式和動壓頭式應用最為廣泛。
以檢測件的標準化程度對差壓流量計分類——可為標準型和非標準型兩大類。所謂標準節(jié)流裝置是指按照標準文件設計、制造、安裝和使用，無須經(jīng)實流校準即可確定其流量值并估算流量測量誤差，非標準節(jié)流裝置是成熟程度較差，尚未列入標準文件中的檢測件。

1.3 流量計測量要求

1、流體必須充滿管道，并且流動時連續(xù)的。
2、流體必須是牛頓流體（例如普通的水、酸、堿溶液、過熱蒸汽、各類氣體、干飽和蒸汽），流體在節(jié)流裝置附近不應發(fā)生相態(tài)變化（由液態(tài)表氣態(tài)或反之）；流體應當是單相的（氣相或液相）或者可以看作是單相流體，例如氣體流中有不超過2%（質(zhì)量成分）均勻分散的固體微粒、液體流中有不超過5%（體積成分）均勻分散的氣泡。
3、流體在流經(jīng)節(jié)流裝置前，其流束必須與管道軸線平行，不得有旋轉(zhuǎn)流或偏心流，不得是脈動流或臨界流。
 
2、測量原理

2.1 基本原理

充滿管道的流體，當它流經(jīng)管道內(nèi)的節(jié)流件時，如圖2.1所示，流速將在節(jié)流件處形成局部收縮，因而流速增加，靜壓力降低，于是在節(jié)流件前后便產(chǎn)生了壓差。流體流量愈大，產(chǎn)生的壓差愈大，這樣可依據(jù)壓差來衡量流量的大小。這種測量方法是以流動連續(xù)性方程（質(zhì)量守恒定律）和伯努利方程（能量守恒定律）為基礎的。壓差的大小不僅與流量還與其他許多因素有關，例如當節(jié)流裝置形式或管道內(nèi)流體的物理性質(zhì)（密度、粘度）不同時，在同樣大小的流量下產(chǎn)生的壓差也是不同的。

圖2.1 孔板附近的流速和壓力分布

2.2 流量方程

根據(jù)流動連續(xù)性方程（質(zhì)量守恒定律）和伯努利方程（能量守恒定律）可得流量基本方程式：
 
式中
qm：質(zhì)量流量，kg/s
qv：體積流量，m3/s
C：流出系數(shù)；
e：可膨脹性系數(shù)；
β：直徑比，β=d/D；
d：工作條件下節(jié)流件的孔徑，m；
D：工作條件下上游管道內(nèi)徑，m；
△P：差壓，Pa；
Ρ：上游流體密度，kg/m3。
 

3、主要產(chǎn)品類別

3.1、標準孔板

這是一類規(guī)格最多的標準節(jié)流裝置，是節(jié)流裝置中結構最簡單、適應性最強的一種產(chǎn)品，廣泛使用在各種流體特別是氣體流量測量中，其設計、制造和使用均符合國際標準ISO5167的規(guī)定，并按照國標JJG640-97進行檢定。標準孔板按照取壓方式可分為角接取壓（包括環(huán)室取壓和單獨鉆孔取壓兩種）、法蘭取壓、徑距取壓（D-D/2）三種類型。

以上三種取壓方式和取壓位置可參見下圖3.1
 
 
 
 
 
 
 
 
角接取壓——包括環(huán)室取壓和單獨鉆孔取壓兩種
A、 環(huán)室取壓

圖3.2環(huán)室取壓標準孔板結構（DN≤400，PN≤2.5MPa） 圖3.3環(huán)室取壓標準孔板結構（DN≤400，PN≤6.3MPa）
 
 

圖3.4環(huán)室取壓標準孔板結構（DN≤400，PN≤10MPa） 圖3.5環(huán)室取壓標準孔板結構（DN≤400，PN≤32MPa）

B、 單獨鉆孔取壓（DN不受限制）
  圖3.6單獨鉆孔取壓標準孔板結構 圖3.7單獨鉆孔取壓標準孔板結構
（ DN≤1800，PN≤10MPa）   （DN≤400，PN≤6.3MPa）
 

 
法蘭取壓
法蘭取壓比角接取壓具有裝配簡單、安裝方便、容易排除取壓口處的臟污介質(zhì)等優(yōu)點，廣泛應用于石油、化工等行業(yè)各種介質(zhì)的流量測量、控制和調(diào)節(jié)。

圖3.8法蘭取壓標準孔板結構（DN≤1000，PN≤2.5MPa） 圖3.9法蘭取壓標準孔板結構（DN≤500，PN≤4.0MPa）
 

 
 

圖3.10法蘭取壓標準孔板結構（DN≤400，PN≤10MPa） 圖3.11法蘭取壓標準孔板結構（DN≤250，PN≤32MPa）
 
 
 
徑距取壓
該方式應用較少，具體結構請咨詢廠家

3.2、標準噴嘴

噴嘴流量計有悠久的歷史背景，各種試驗數(shù)據(jù)齊全。結構簡單，無可動部件、長期使用穩(wěn)定可靠，豐富的設計制造和應用經(jīng)驗。標準化程度高，可不必進行實流標定。標準噴嘴有可靠的實驗數(shù)據(jù)和完善的國際、國家標準。在國外和國內(nèi)有著其固有的巨大市場，用戶熟悉、數(shù)據(jù)完善；遵循國際標準計算與加工、使用靈活方便；是國內(nèi)目前流量測量中應用最廣泛的差壓式流量計之一，在石油、化工、礦冶、鋼鐵、電力、水利、造紙、制藥、食品和化纖等許多行業(yè)中被廣泛使用。
標準噴嘴有兩種結構形式：ISA 1932噴嘴和長徑噴嘴。其設計、制造符合國際標準ISO5167或國家標準GB/T2624，由于其入口部分似乎圓弧形，比較耐磨損，常用于高溫高壓流體（如過熱蒸汽、蒸汽主給水等）。
A、ISA 1932噴嘴（圖3.4） 上游面由垂直于軸的平面、廓形為圓周的兩段弧線所確定的收縮段、圓筒形喉部和凹槽組成的噴嘴。ISA 1932噴嘴的取壓方式僅角接取壓一種。
 
 
圖3.12  ISA 1932噴嘴安裝結構示意圖
主要技術參數(shù)
Ÿ 公稱通徑： DN50 – DN500
Ÿ 依據(jù)國家標準GB/T2624-93進行設計制造
Ÿ 依據(jù)國家檢定規(guī)程JJG 640-94進行出廠檢定
Ÿ 取壓方法： 角接取壓、法蘭取壓
Ÿ 基本精度： ±0.5%、±1%、±1.5%
Ÿ 流量范圍： ≥ 1:15
Ÿ 公稱壓力： 0.6、1.0、1.6、2.5、4.0、6.4、10、16、32（MPa）
Ÿ 被測介質(zhì)： 水、空氣、天然氣、飽合蒸氣、過熱蒸氣、其它混合介質(zhì)
Ÿ 被測介質(zhì)溫度：常規(guī)-10℃~+450℃，超出后請咨詢廠家

圖3.13角接取壓標準噴嘴結構（DN≤500，PN≤2.5MPa） 圖3.14角接取壓標準噴嘴結構（DN≤400，PN≤10MPa）
 

圖3.15角接取壓標準噴嘴結構（DN≤500，PN≤10MPa） 圖3.16角接取壓標準噴嘴結構（DN≤400，PN≤32MPa）

 
B、長徑噴嘴（圖3.17） 上游面由垂直于軸的平面、廓形為1/4橢圓的收縮段、圓筒形喉部和可能有的凹槽或斜角組成的噴嘴。教耐腐蝕，常用于高溫高壓流體（如過熱蒸汽、鍋爐主蒸汽、化工溶液等）的測量。廣泛應用在電力行業(yè)的主蒸汽、核電行業(yè)主給水等高溫高壓流體的測量。

長徑噴嘴的取壓方式僅D-D/2取壓一種。

 
圖3.17 長頸噴嘴
 
主要技術參數(shù)
Ÿ 公稱通徑： DN50 – DN600
Ÿ 依據(jù)國家標準GB/T2624-93進行設計制造
Ÿ 依據(jù)國家檢定規(guī)程JJG 640-94進行出廠檢定
Ÿ 取壓方法： 徑距取壓
Ÿ 基本精度： 2%
Ÿ 流量范圍： ≥ 1:15
Ÿ 公稱壓力： 0.6、1.0、1.6、2.5、4.0、6.4、10、16、32、42（MPa）
Ÿ 被測介質(zhì)： 水、空氣、天然氣、飽合 圖3.18長頸噴嘴結構示意圖（DN50-600，PN≤42MPa）
  蒸氣、過熱蒸氣、其它混合介質(zhì)
Ÿ 被測介質(zhì)溫度：常規(guī)-10℃~+450℃，超出后請咨詢廠家

3.3、經(jīng)典文丘里管

經(jīng)典文丘里管又稱古典文丘里管。習慣稱呼標準文丘里管。符合lS05167或GSfT2624標準。用于測量封閉管道中單相穩(wěn)定流體的流量,常用于測量空氣、天然氣、煤氣、水等流體的流量。
經(jīng)典文丘里管特點：
Ÿ 結構簡單，耐用，性能穩(wěn)定。
Ÿ 壓力損失小，節(jié)約流體輸送所需的能源。
Ÿ 在通徑50～1200范圍內(nèi)．不需要實流標定。超出這個范圍，可以參比設計制造。當需要較高精確度時，可進行實流標定。
Ÿ 本體安裝尺寸較長，對大口徑儀表，不便于運輸安裝。
經(jīng)典文丘里管主要技術參數(shù)：
Ÿ 公稱通徑(mm)：DN50一DNl200（～2600）
Ÿ 公稱壓力(MPa)：0 25～4 0(～6 3)
Ÿ 精確度(不確定度)：±1％～±1 5％
 

 
圖3.17經(jīng)典文丘里結構示意圖

經(jīng)典文丘里結構
經(jīng)典文丘里管的軸向截面見上圖。它是由入口圓筒段A、圓錐收縮段B、圓筒形喉部C、圓錐擴散段E組成。圓筒段A的直徑為D，其長度等于D；收縮段B為圓錐形，并有21°±1°的夾角；喉部C為直徑d的圓形筒段，其長度等于d；擴散段E為圓錐形，擴散角為7°~15°

3.4、限流孔板

限流孔板用于降低管道的壓力，或用以限制管道內(nèi)流體的流量。按照國際標準ISO 5167進行選型計算，獲取開孔尺寸，技術成熟并適合大部分管道尺寸，通常安裝固定在兩片管道法蘭之間，用合適的墊片密封，用螺栓固定。產(chǎn)品系列中可以提供滿足RTJ形式法蘭的限流孔板。
 
尺寸
外形尺寸如右圖。我們推薦使用帶手柄的限流孔板，以方便安裝和拆卸，并打印有永久針式標記，注明限流孔板的尺寸、材質(zhì)、開孔等基本信息。
如圖所示限流孔板外徑等于連接法蘭的螺栓中心圓直徑減去螺栓直徑，以確保限流孔板的精確對中。限流孔板厚度取決于管徑大小和差壓大小，其厚度應足以防止孔板在操作條件下的彎曲。推薦限流孔板厚度如圖5.1所示。
 
材料
標準材料包括316不銹鋼，304不銹鋼，310不銹鋼，哈氏合金C276，哈氏B3，雙相不銹鋼，超級雙相不銹鋼，蒙乃爾400，碳鋼，鈦，鎳600，鉭，PTFE和PVDF等。其他特殊材質(zhì)需求請咨詢銷售代表。
圖3.18 推薦孔板厚度

   

 
 
限流孔板外形尺寸對照表
 
表一：用于ANSI RF法蘭的標準限流孔板尺寸 （美標）
 
 
表二：用于帶頸對焊鋼制管法蘭的標準限流孔板尺寸 （DIN標）
 

3.5、內(nèi)藏孔板

 
這類孔板是將孔板與一段測量管做成一體，一般用于小管徑（ DN<50mm ）所以又稱之為小管徑孔板。當 DN=50 時，屬于標準孔板，可以按照國際標準ISO5167制造，DN<50時，屬于非標準孔板，其流出系數(shù)可按 Stolz 公式進行計算，當精度要求在 ± 2.5% 以上時，建議進行實流標定 。
特點：
Ÿ 結構緊湊，牢固耐用，工作可靠
Ÿ 可以測量小流量，現(xiàn)場安裝方便
Ÿ 要求配備一段精密加工的直管段（通常前5D，后2D）
 
主要技術參數(shù)：
Ÿ 公稱通徑(mm)：DN15一DNl50
Ÿ 公稱壓力(MPa)：≤6 3
Ÿ 精確度(不確定度)：±2 5％
 
 
 
 

4、安裝

4.1、直管段要求

 
表4.1 孔板與阻流件之間所要求的直管段長度（無流動調(diào)整器）（數(shù)值以管徑D倍數(shù)表示）
 

① S-兩個彎頭分隔的間距，從上游彎頭曲面部分的下游端到下游彎頭曲面部分的上游端的間距。
② 惡劣的安裝條件，可能的話，采用流體調(diào)整器。
③ 對于其他阻流件，溫度計套管的安裝不會變更其上游的最短直管段長度。
④ 當A欄和B欄分別增加到20D和10D時，則可安裝溫度計套管的直徑為0.03D到0.13D。
⑤ 此處無數(shù)據(jù)，用β=0.4的長度足夠了。
注：
1．對于β＜0.2可以取β=0.2同樣的長度。
2．最小直管段長度是指孔板的上下游阻流件與孔板之間的長度，該長度是從最靠近的彎頭或三通的曲面部分下游末端或漸縮管和漸擴管的錐管部分下游末端測量起。
3．本表中大多數(shù)彎頭其曲率半徑等于1.5D，但亦可用于任意曲率半徑的彎頭。
4．各種阻流件中A欄的長度是指"零附加不確定度"的。
5．各種阻流件中B欄的長度是指"0.5%附加不確定度"的。

表4.2噴嘴和文丘里噴嘴所要求的直管段長度（無流動調(diào)整器）（數(shù)值以管徑D倍數(shù)表示）
 

 
① 溫度計套管或插孔的配置不變更其他阻流件需要的上游最短直管段長度。
注：
1．最短直管段長度是節(jié)流件上游或下游的各種阻流件與節(jié)流件之間的數(shù)值，全部直管段長度從節(jié)流件的上游端面測量起。
2．A欄為"零附加不確定長度"的長度值。
3．B欄為"0.5％附加不確定度"的長度值。
4．有些節(jié)流件不是全部β值都允許采用的。
 
 
 
表4.3 經(jīng)典文丘里管所要求的直管段長度（無流動調(diào)整器）（數(shù)值以管徑D倍數(shù)表示）
 

① 彎頭的曲率半徑大于或等于管徑。
注：
1．最小直管段長度是指經(jīng)典文丘里管上游各種阻流件與經(jīng)典文丘里管之間的長度，直管段長度是從最靠近（或僅有）的彎頭的曲面部分下游末端或漸縮管和漸擴管的追面部分下游末端測量起，它直至經(jīng)典文丘里管上游取壓口的平面處。
2．各阻流件A欄為"零附加不確定度"的長度值。
3．各阻流件B欄為"0.5%附加不確定度"的長度值。
4．若溫度計套管或插孔安裝于經(jīng)典文丘里管的上游，必須不大于0.13D并設置在文丘里管上游取壓口的上游至少4D處。
5．各種阻流件或其他干擾件（如表中所示）或密度計套管應設置于喉部取壓口平面下游至少4倍喉徑處，并不應影響測量的準確度。

4.2、引壓管線的安裝

 
引壓管線是指節(jié)流裝置與差壓變送器（或差壓計）之間的導壓管路。它是差壓流量計的薄弱環(huán)節(jié)，安裝不好，容易造成堵塞、腐蝕、泄漏、凍結、假信號等等，約占全部故障率的70％，因此對差壓信號管路的配置和安裝應弓[起高度重視。
1） 取壓口
取壓口一般設置在法蘭、環(huán)室或夾持環(huán)上，當測量管道為水平或傾斜時取壓口的安裝方向如圖4.1所示。它可以防止測液體時氣體進入導壓管或測氣體時液滴或污物進入導壓管。當測量管道為垂直時，取壓口的位置在取壓位置的平面上，方向可任意選擇。不同溫度條件下取壓接頭的安裝方法如圖4.2所示。
圖4.1 取壓口位置安裝示意
 


圖4.2 在管道上安裝取壓接頭的方法
注：取壓空邊緣應整齊，為直角或稍加倒圓，無毛刺、卷刃及其他缺陷
（a）溫度在426oC（800oF）以下；（b）溫度在426oC（800oF）以上，而且與二次元件之間距離較大；（c）當要求滿角焊時可選此方案；（d）溫度在204oC（400oF）以下
2） 導壓管
導壓管的材質(zhì)應按被測介質(zhì)的性質(zhì)和參數(shù)確定，其內(nèi)徑不小于6mm，長度最好在16mm以內(nèi)，各種被測介質(zhì)在不同長度時導壓管內(nèi)徑的建議值如表4.4所示。導壓管應垂直或傾斜敷設，起傾斜度不小于1：12，粘度高的流體，其傾斜度應更增大。當導壓管長度超過30m時，導壓管應分段傾斜，并在最高點與最低點裝設集氣器（或排氣閥）和沉淀器（或排污閥）。正負導壓管應計量靠近敷設，防止兩管子溫度不同使信號失真，嚴寒地區(qū)導壓管應加防凍保護，用電或蒸汽加熱保溫，要防止過熱，導壓管中流體汽化會產(chǎn)生假差壓應予注意。
表4.4 導壓管的內(nèi)徑和長度（單位：mm）

 
3） 差壓信號管路的安裝
根據(jù)被測介質(zhì)和節(jié)流裝置與差壓變送器（或差壓計）的相對位置，差壓信號管路有以下幾種安裝方式。
 
被測流體為清潔液體時，信號管路的安裝方式如圖4.3所示。

圖4.3 被測流體為清潔液體時，信號管路安裝示意圖
 
 
被測流體為清潔干氣體時，信號管路的安裝如圖4.4所示。

圖4.4 被測流體為清潔干氣體時，信號管路安裝示意圖
 
 
 
 
被測流體為水蒸氣時，信號管路的安裝方式如圖4.5所示。

圖4.5 被測流體為水蒸氣時，信號管路安裝示意圖
 
 
 
被測流體為腐蝕性液體、氣體時，信號管路的安裝方式如圖4.6所示。

圖4.6 被測流體為腐蝕性液體、氣體時，信號管路安裝示意圖
 

5、選型代碼表

 


 6、選型需用參數(shù)
請盡量詳細填寫下表以利正確選型
儀表位號
介質(zhì)狀態(tài)
介質(zhì)名稱 （ 氣體  液體  蒸汽）
操作壓力 （ KPa  MPa  Kg/cm²  mmWC）
 表壓（G）  絕壓（A）
操作溫度 （ ℃  ℉  K）
流量范圍 最大 正常 最小 量程
單位 （Nm³  m³    Kg / H Min D）
密度 （操作狀態(tài)  標準狀態(tài) 單位： Kg/ Nm³ Kg/ m³）
粘度 （ cp  mm²/S）
等熵指數(shù) 壓縮系數(shù)
允許壓力損失  Pa
 
工藝管道
工藝管道 內(nèi)徑 mm 外徑 mm
材質(zhì) （直焊式此項必須填寫）
安裝方向  水平  垂直
直管段長度 前 D 后 D
 
標準狀態(tài)  0℃ 1個大氣壓  20℃ 1個大氣壓
 
其他需要說明情況