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差壓式流量計(jì)工作原理
閱讀：1832 發(fā)布時(shí)間：2023-7-17差壓式流量計(jì)利用節(jié)流裝置測量流體的流量。這種測量方法是石油化工應(yīng)用廣泛的流量測量方法，是儀表運(yùn)行,、維護(hù)人員必須掌握的測量方法。
1.測量原理
如圖1-3-14所示,，當(dāng)充滿管道的流體流經(jīng)管道內(nèi)的節(jié)流件時(shí),，流束將在節(jié)流件處形成局部收縮，因而流速增加,，靜壓力降低,。這種在節(jié)流件前后管壁處流體的靜壓力產(chǎn)生差異的現(xiàn)象稱為節(jié)流現(xiàn)象。節(jié)流件前后產(chǎn)生壓差,，管道中流體流量越大,，產(chǎn)生的壓差越大。根據(jù)流體力學(xué)中的伯努利方程和流體連續(xù)性方程式可推導(dǎo)得出流量與壓差之間的定量關(guān)系式,，被稱為流量基本方程式,。
在流量基本方程式中C是一個(gè)受許多因素(如節(jié)流裝置形式或管道內(nèi)流體的物理性質(zhì)等)影響的綜合性參數(shù),，其值可通過查閱有關(guān)設(shè)計(jì)手冊或由實(shí)驗(yàn)方法確定。在進(jìn)行節(jié)流裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí),，針對特定條件,，選擇一個(gè)C值來計(jì)算的,，計(jì)算結(jié)果只能應(yīng)用在一定條件下一旦條件改變,，就必須另行計(jì)算。例如,，按小負(fù)荷情況計(jì)算的孔板,，用來測量大負(fù)荷時(shí)的流體流量，就會引起較大的誤差,，必須加以修正,。
由流量基本方程式還可以看出，流量與壓差p的平方根成正比,，用這種流量計(jì)測量流量時(shí),，如果不作開方處理，流量標(biāo)尺刻度是不均勻的,。為使標(biāo)尺刻度均勻,，便于讀數(shù)，一般
要做開方計(jì)算,。常用的節(jié)流件有孔板,、噴嘴、文丘里管以及楔形節(jié)流件,、V形錐節(jié)流件等,，因孔板、噴嘴,、文丘里管等節(jié)流裝置應(yīng)用廣泛,，其結(jié)構(gòu)、尺寸,、加工要求,、取壓方法、使用條件等已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化,，標(biāo)準(zhǔn)化的節(jié)流裝置稱為“標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置",。
2.節(jié)流裝置的取壓方式
由基本流量方程式可知，節(jié)流件前后的差壓Pi-P是計(jì)算流量的關(guān)鍵數(shù)據(jù),，取壓方法相當(dāng)重要,。就孔板而言，主要有三種取壓方式,，分別是角接取壓,、法蘭取壓,、徑距取壓。其中,，法蘭取壓方式應(yīng)用較多,，如圖1-3-15所示。
角接取壓法就是在節(jié)流件前后兩端面與管壁的夾角處取壓,。角接取壓方法包括環(huán)室取壓和單獨(dú)鉆孔取壓
環(huán)室取壓法能得到較好的測量準(zhǔn)確度,，但是加工制造和安裝要求嚴(yán)格，如果由于加工和現(xiàn)場安裝條件的限制,，達(dá)不到預(yù)定的要求時(shí),，其測量準(zhǔn)確度仍難保證。所以,，在實(shí)際應(yīng)用時(shí),，為了加工和安裝方便，常使用單獨(dú)鉆孔取壓,，特別是對大口徑管道,。
法蘭取壓法就是在夾緊節(jié)流件的兩片法蘭上開孔取壓。
3.標(biāo)準(zhǔn)孔板的結(jié)構(gòu)及使用
標(biāo)準(zhǔn)孔板又稱同心直角銳邊孔板,，其軸向截面如圖1-3-16所示,。孔板是一塊加工成圓形同心孔的具有銳利直角邊沿的薄板,，開孔的上游側(cè)邊沿是銳利的直角,。標(biāo)準(zhǔn)孔板對尺寸和公差、光潔度等都有詳細(xì)規(guī)定,，其中孔徑與管道直徑之比d/D在0208之間d不小于12.5mm,，節(jié)流孔厚度h=(0.005-0.02)D孔板厚度H<005D錐面的斜角a=30°~45°。具體數(shù)值可參閱設(shè)計(jì)手冊,。
標(biāo)準(zhǔn)孔板結(jié)構(gòu)簡單,、安裝方便?？装宓娜秉c(diǎn)是流體經(jīng)過孔板后壓力損失大,，當(dāng)工藝管道上不允許有較大的壓力損失時(shí)，便不宜采用,。標(biāo)準(zhǔn)噴嘴和標(biāo)準(zhǔn)文丘里管的壓力損失較孔板為小,，但結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，不易加工,。實(shí)際應(yīng)用中仍多采用孔板,。
標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置僅適用于測量管道直徑大于50mm，雷諾數(shù)在10-10’以上的流體，流體應(yīng)當(dāng)清潔,，充滿全部管道,，不發(fā)生相變。為保證流體在節(jié)流裝置前后為穩(wěn)定的流動狀態(tài)在節(jié)流裝置的上,、下游必須配置一定長度的直管段,。
節(jié)流裝置將管道中流體流量的大小轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的差壓大小，這個(gè)差壓由導(dǎo)壓管引出,，傳遞到相應(yīng)的差壓變送器,，實(shí)現(xiàn)差壓信號的遠(yuǎn)傳，以便于集中顯示和控制,。
4.V錐節(jié)流裝置的結(jié)構(gòu)與工作原理
采用V錐節(jié)流裝置的流量計(jì)稱為V錐流量計(jì),，如圖1-3-18所示。V節(jié)流件是一個(gè)懸掛在管道中央的具有一定錐角的尖圓錐體,。流體從錐體頂部方向流入，從底部方向流出,，在錐體安裝處產(chǎn)生節(jié)流,，通過錐體前后的差壓來測量流量。在錐體上游流體尚未收縮處取正壓P1,，在錐體底部取負(fù)壓P2,。
V錐流量計(jì)具有如下特點(diǎn):
(1)懸掛在管道中心的錐體可以使管道中心處的流速減慢，使管壁附近的流速加快,，從而改善上游速度分布,，起到了自整流作用，達(dá)到流速“均勻化"的效果,，即使在低流速時(shí)仍能產(chǎn)生足夠的差壓,，同時(shí)縮短了直管段的長度，如圖1-3-19所示,。
(2)流體逐漸接近V型錐時(shí),，管道中央流速越來越慢，管壁附近逐漸加快,，沒有積垢死角,，易黏結(jié)的雜質(zhì)不會黏在V型錐上，具有自清潔功能,。
(3)流體通過流量計(jì)時(shí)在錐面產(chǎn)生邊界層效應(yīng),，使流體不能直接沖擊其下游邊緣，自動保護(hù)了錐體的外形尺寸,，無需重復(fù)標(biāo)定,，具有長期的穩(wěn)定性
(4)具有降噪功能，量程得以向低限擴(kuò)展。
(5)與孔板相比,，壓力損失小,，能耗小。
(6)適用范圍廣,，適用于貿(mào)易計(jì)量,，尤其適用于各種潔凈/臟污流體、低靜壓/低流速流體,、高溫高壓流體和腐蝕性流體等的測量,。
(7)V錐流量計(jì)的缺點(diǎn)是尚未標(biāo)準(zhǔn)化，產(chǎn)品需要逐臺做性能測試或檢定
5.差壓式流量計(jì)的連接
采用節(jié)流元件的差壓式流量計(jì),，為了準(zhǔn)確地測量差壓,，除了正確安裝節(jié)流件和取壓裝置外，還要正確安裝導(dǎo)壓管,。如果導(dǎo)壓管安裝不正確,，即使選用了高準(zhǔn)確度的差壓變送器，也測不到準(zhǔn)確的差壓值,，影響節(jié)流裝置的運(yùn)行,。敷設(shè)導(dǎo)壓管的總原則是:應(yīng)使所傳送的差壓信號不因管路而發(fā)生額外誤差，能保證節(jié)流裝置的安全運(yùn)行,。差壓變送器與節(jié)流元件的連接如
圖1-3-20所示,。
敷設(shè)導(dǎo)壓管時(shí)，應(yīng)注意(1)導(dǎo)壓管應(yīng)按最短距離敷設(shè),。導(dǎo)壓管越長,，其內(nèi)徑應(yīng)越大。對于清潔的氣體,、水蒸氣和水,，內(nèi)徑可小一些，而對于黏性流體,，尤其是臟污介質(zhì)時(shí),，導(dǎo)壓管內(nèi)徑應(yīng)大一些。
(2)導(dǎo)壓管應(yīng)垂直或傾斜安裝,，以便能及時(shí)排出氣體(測量液體介質(zhì)時(shí))或凝結(jié)水(測量氣體介質(zhì)時(shí)),。當(dāng)傳送距離較大時(shí)，導(dǎo)壓管應(yīng)分段傾斜,，并在各最高點(diǎn)和低點(diǎn)分別裝設(shè)集氣器(或排氣閥)和沉降器(或排污閥),。3)導(dǎo)壓管應(yīng)帶有閥門等必要的附件，以便能在主設(shè)備運(yùn)行的條件下沖洗
導(dǎo)壓管,、現(xiàn)場調(diào)試差壓計(jì)以及在導(dǎo)壓管發(fā)生故障時(shí)與主設(shè)備隔離,。
(4)應(yīng)能防止有害物質(zhì)(如高溫介質(zhì),、腐蝕性介質(zhì)等)進(jìn)入差壓計(jì)。在測量高溫蒸氣時(shí)使用冷凝器,，在測量腐蝕性介質(zhì)時(shí)使用隔離容器,。如果導(dǎo)壓管中介質(zhì)有凝固和凍結(jié)的可能，應(yīng)沿導(dǎo)壓管設(shè)置保溫或加熱裝置,，并注意防止導(dǎo)壓管加熱不均或局部汽化造成的誤差,。
(5)被測介質(zhì)為液體時(shí)，應(yīng)防止氣體進(jìn)人導(dǎo)壓管,，被測介質(zhì)為氣體時(shí),，應(yīng)防止水或臟污物進(jìn)人導(dǎo)壓管。
將差壓計(jì)的引壓管線上的閥及正負(fù)壓室間的平衡閥制造成專門的閥門組件,，這就是實(shí)際應(yīng)用中的三閥組或五閥組,，如圖1-3-20(a)。
6.差壓式流量計(jì)的投運(yùn)
差壓式流量計(jì)的投運(yùn)主要是三閥組或五閥組的操作,，以三閥組為例,，一般情況下的操作順序如下:
(1)打開平衡閥;
(2)打開一次閥(如孔板根部閥);
(3)緩慢打開正壓閥，同時(shí)關(guān)閉平衡閥;4)打開負(fù)壓閥,。差壓式流量計(jì)投運(yùn)操作完成如果需要停運(yùn),，其儀表三閥組操作的順序與上述相反差壓式流量計(jì)投運(yùn)時(shí)應(yīng)注意不能讓導(dǎo)壓管和冷凝罐內(nèi)的冷凝液或隔離液流失:不可使測量元件(膜盒或波紋管)受熱或單向受壓。