差壓式流量計的選用直接關系到差壓式流量計長期可靠、穩定和精確測量，《差壓式流量計的選用(二)》著重介紹差壓式流量計應用概況和選用考慮要點。
三、差壓式流量計應用概況和選用考慮要點
1、應用概況
差壓式流量計應用的領域特別廣泛，在封閉管道的流量測量中各種測量對象都有應用。如流體方面：單相、混相、潔凈、臟污、粘性流等、工作狀態方面：常壓、高壓、真空、常溫、高溫、低溫等；管徑方面：從幾mm到幾m；流動條件方面：亞音速、音速、脈動流等。幾十年來對上述各種測量對象的研究積累了大量試驗資料，其中較成熟的已列入標準文件，如有關國際標準、國家標準。從使用量看，差壓式流量計亦居各種流量計的首位，一般選用時皆優先考慮它。它在各工業部門的用量約占流量計全部用量的1/4-3/4，所占份額與行業情況有關，如冶金、電力部門百分數要高些，而化工、食品、醫藥等部門則低些。
2、差壓式流量計性能
①流量范圍、范圍度、精度、重復性
一般情況下，差壓式流量計的測量口徑與管徑相同，為了調整測量信號與流量的關系可以設計不同的節流件直徑比β值，但應指出，其中動壓頭式是依據管道內流速大小獲得信號，當流速較低時(低靜壓、大管徑氣體流量測量常遇到的情況)亦可采取配不同管徑(如收縮管)來提高信號值。差壓式流量計上限流量不受限制，但下限流量受范圍度窄的限制，一般只工作于上限流量的25%-30%。
差壓式量計的檢測件除標準節流裝置，皆需實流校準才能獲得可靠、精確的流出系數，應該注意，在實驗室里校準得到的流出系統在現場并不一定仍維持其值，現場安裝情況是影響流出系統的重要因素。如果直管段長度不夠，進入節流。
裝置的流體流速分布為非充分發展管流，則流出系數將發生偏移。除此以外，現場流體物性的準確確定對測量精度亦有很大影響，由于被測介質種類不斷地增加，這方面資料有時跟不上需要，這是一個重要的問題。
應該指出，差壓式流量計是一種從設計、制造到安裝、使用都要求嚴格，只要其中一個環節稍加不慎都可能造成很大誤差，在《差壓式流量計的選用(一)》中已列舉了應著重檢查的問題可供使用時參考。按照國家標準GB/T2624-2006只有符合標準才能給出測量的不確定度。但是，現場完全符合標準可以說比偏離的要少，這就要求使用者注意偏離標準的研究，這方面已有較多資料可參考。
重復性是測量的精密度，一般認為節流式差壓流量計的精密度不如其它新型流量計(如渦輪、電磁、渦街等)，但在水流量標準裝置上進行校準說明，此類流量計的重復性有可能在±0.3%，實際應用時因受流體物性及流動特性的干擾表現出重復性較差，這是要區分的。此外，由于輸出信號為模擬量，其幅度變動與差壓計的重復性密切相關，故要取得較高的重復性不僅僅是檢測件，引壓管線及差壓變送器的質量都要注意。
②線性度
差壓式流量計的輸出信號與流量成平方關系，為非線性儀表，是范圍度窄的原因。現在采用寬量程差壓變送器及多臺差壓變送器并聯使用可擴大范圍度，已有范圍度達180:1的儀表問世。擴大范圍度另一辦法是采用線性孔板。
③壓力損失
一般認為差壓流量計的壓損較大，是它的一個缺點，實際上在節流式檢測件中亦有壓損小的，如流量管之類，至于均速管其壓損就更小了。遺憾地是通常使用的孔板和噴嘴等確實壓損較大。能不能更多地使用壓損小的檢測件呢？這是節流式差壓流量計的一個重要課題，相信在進行更多工作后是有可能辦到的。
3、流體特性
流體特性分兩種情況考慮，一為流體的物理性質(物性)，如密度、粘度等直接影響流量的測量精度；另一為流體的腐蝕、磨蝕、臟污等性質，影響差壓式流量計使用的可靠性。
①密度
流體密度的確定至關重要，在差壓式流量計原理中已經闡述。密度為流體組分、壓力和溫度等參數的函數，對于氣體和蒸氣，一般需考慮壓力、溫度的修正。在有些情況下，流體組分是變化的，如煙氣、瓦斯等，這時不能僅用壓力、溫度修正，還應考慮組分變動的影響，最好采用在線密度計進行修正。密度值的確定方法不同，配備的測試儀表及整套流量計的價格亦不同，應該從實際需要的測量精度來定。流體密度及其波動情況一般應由用戶負責提供，在差壓式流量計投用后，應再核對實際情況與提供設計數據是否相符，它是影響現場測量精度的重要因素。
②粘度
流體粘度有二個用處：一是計算雷諾數；二是判別流體是否為牛頓流體。計算雷諾數所用粘度的精度要求可低些(5%以上即可)，因為雷諾數與流出系數的關系在雷諾數超過一定界限時可認為恒定。標準型差壓式流量計的一個工作條件是流體必須為牛頓流體。隨著化工、石油化工、食品等工業的發展，非牛頓流體增多，在使用中應注意這個問題。
③氣體壓縮系數
當氣體工作于高壓、低溫等工作狀態時，氣體密度的計算需考慮氣體壓縮系數，這個參數是氣體組分、壓力和溫度的函數。在天然氣流量測量中氣體壓縮系統的精確確定是很重要的，它是影響測量精度的一個關鍵參數。由于天然氣組分及工作狀態的多樣性，已經發表許多壓縮系數的數學式，它們的使用范圍、精度皆不一樣，要根據實際需要選用。
④氣體濕度
氣體中含有的水蒸氣在未飽和狀態時的份量，即氣體濕度是影響氣體密度的重要因素，又因為氣體濕度大小與工作壓力和溫度有關，在使用時它是一個變動的量。城市煤氣的精確計量受這個參數影響，引起計量糾紛是一個亟待解決的問題。
⑤流體腐蝕性、磨蝕性與臟污
流體腐蝕性有兩方面影響：一是流體腐蝕直接破壞檢測件，使測量精度受到影響；另一是流體對管道材質的腐蝕，使管壁剝落造成流體臟污使檢測件積垢堵塞影響工作的可靠性。腐蝕性對孔板流量計孔板入口直角銳利度產生不利影響，當然對管壁也會產生影響。臟污流體對差壓式流量計的最大威脅是堵塞取壓口及引壓管線，在節流件前殘留渣垢使流出系數發生變化。流體上述一些特性對差壓式流量計的影響通常是漸變的，開始投用時并無問題，隨著使用時間的增長而逐漸發生變化，對測量精度的影響亦是在逐漸加大，這是最危險的。
⑥混相(多相)流
混相流有以下一些特點：
a、流動結構復雜，流動形態多樣及不均勻，使流體流動呈現極為復雜的情況；
b、流動中常伴隨著熱介質的相變問題，而相變的臨界點又與溫度、壓力等密切相關，所以混相流中壓力與溫度的穩定極為重要；
c、流體中常具有粘結、易堵塞、易腐蝕儀表的特點，對儀表檢測件提出苛刻的要求；
d、在水平與垂直管道中流動結構、形態及其描述的數學模型都不同，故采樣點的選取及檢測件安裝皆有嚴格要求。
在混相流中，兩相流占大多數，已經對標準節流裝置測量兩相流的基礎理論進行較深入的探討，總結出采用均相模型及分相模型的流量計算式。
混相流與單相流相比有許多特殊問題需要探討，如混合物的密度、空隙率及滑移等，當介質種類、組成及工作狀態(壓力、溫度)不同時它們都有差別，因此其數學模型的使用條件要特別注意。
4、安裝
使用標準型差壓式流量計要保持幾何相似和動力相似，其流出系數才能與標準確定的值相等，安裝規范化是保證這二個相似的很重要的方面。例如標準規定節流件入口前必須是充分發展管流，流動必須是穩定的(定常流)。這二個條件要求節流裝置上下直管段長度要根據阻流件類型而定，當流動為脈動流時，檢測件安裝位置應遠離脈動源或采取阻尼措施。另外，對管道外觀及內壁狀況、管段連接情況、取壓口結構以及引壓管線的布置等標準都有詳細規定，這些規定必須嚴格遵守，偏離標準產生的誤差往往是無法估計的。
①上下游管線
進入節流件前，流體流速分布需為充分發展管流，這是標準節流裝置的工作條件要求，現場各種阻流件對流速分布的干擾主要為兩種；速度分布畸變和旋轉流。ISO5167規定幾種典型阻流件所需的直管段長度，它是全世界流量界花費巨大代價長期試驗的總結。遺憾地是現場阻流件類型遠不止這些，尤其是許多復合型阻流件使管道內流場狀況難以預測，使用時要小心謹慎。
②差壓信號管路
差壓信號管路是差壓式流量計的重要組成部分，為了保證節流裝置的輸出差壓可靠、正確地傳送到差壓變送器，差壓信號管路的敷設要遵守標準的規定，偏離規定產生的測量誤差很難預測。差壓信號管路包括取壓口，引壓管線和輔助管件是此類流量計的薄弱環節，易產生堵塞、凍結及信號失真等問題。
③非定常流及脈動流
ISO5167規定標準只適用于穩定流動，它用含混詞語規定流體通過測量段的流動是穩定的或僅隨時間緩慢變化，沒有定量的規定，在ISO/TR313(用孔板、噴嘴與文丘里管測量脈動流流量》中有一個脈動流與穩定流的定量界限。
差壓式流量計測量脈動流量可能帶來無法預計的誤差，在萬不得已采用時，最好采取以下措施：
◆在管線上采取衰減措施，安置濾波器(由容器與管阻組成)；
◆差壓式流量計檢測中盡量遠離脈動源；
◆差壓式流量計盡量裝在供給源的吸入端。而不裝在輸出端；
◆采用盡量大的β和△P，在測量處減少管線尺寸；
◆管線、儀表支架安裝牢固；
◆二根差壓引壓管阻力要對稱且盡量短。
5、環境條件
差壓式流量計由檢測件(節流裝置或均速管)、差壓變送器和流量積算儀三部分組成，后面二部分對大氣環境條件、電氣干擾、環境防爆及振動等都有嚴格要求。
①大氣環境條件
一般流量積算儀安裝在儀表控制室，對大氣環境條件的要求與其它控制儀表一樣。為了使差壓信號管路盡量縮短，差壓變送器安裝于工藝管線附近，現場的大氣環境條件較差，最好特制儀表箱，把差壓變送器裝在儀表箱內，以防日曬雨淋及現場腐蝕性氣氛的侵蝕。冬天，在我國北方差壓信號管路需要采取防凍措施。
②電氣干擾
差壓變送器把差壓信號轉換為電信號經長距離傳輸到流量積算儀，這時各種非信號電量輸入流量積算儀，應采取有效的抗干擾措施。干擾來源一般應注意大功率變壓器、交流電機、大電流導線等周圍都有較強的交流磁場，儀表信號線從其附近通過時，會受交流磁場影響而產生橫向干擾電勢，其它尚有電容性耦合干擾、地電流干擾等。
③防爆問題
在工業生產過程中，特別是化工、石油化工等生產過程，生產現場往往含有各種各樣易燃、易爆物體，在這種場合可采用本安或防爆差壓變送器。
6、經濟方面
與其它類型流量計相比，差壓式流量計的檢測件(節流裝置，特別是均速管)的購置費比較便宜，尤其是標準節流裝置，無須實流校準，無論產品生產或周期檢定都給生產和使用帶來很大好處，但是不要忘記，整套流量計尚有差壓變送器和流量積算儀等，整套差壓式流量計的價格就不一定便宜了。
差壓式流量計的差壓信號管路在較長距離安裝時比較麻煩，需考慮排污、消氣等問題，最好盡量縮短長度把差壓變送器安裝于工藝管線附近，但差壓變送器現場安裝要考慮防護措施，這樣安裝費用也就增加了。
運行費用主要為工作時的能量消耗，常用的節流裝置孔板和噴嘴等壓損大，在大口徑流量測量時應特別注意其能量消耗，曾計算過大口徑(φ1000mm)水流量孔板流量計年泵送能耗需幾萬元，遠超過儀表本身的價格，這時選用其它壓損小的流量計，如文丘利管或電磁流量計要合算些。
與其它類型流量計比較，標準型差壓式流量計無異具有優勢，它無須實流校準即可投用，使用后定期檢定只需檢查幾何尺寸，給生產與使用帶來極大方便。
差壓式流量計由于與流體接觸的部分(檢測件)牢固可靠，使用期較長，相對于檢測件有活動部件的流量計(如渦輪、容積式流量計)維護量較少，它的維護主要在差壓變送器及流量積算儀，差壓變送器需定期校驗，其校驗費不高。差壓式流量計昂貴部分(差壓變送器、流量積算)通用性強，在大中型企業一般用量都較多(幾十到幾百臺)，其備品備件相對較省。
作者：孫淮清
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