浅谈孔板流量计的使用和测量误差

 

1  概述

        在自动化生产过程中需要对工质流量要进行测量，以控制生产过程中的工作状况。流量这一参数是衡量设备的效率和经济核算的重要指标，其测量精度是企业能源管理的重要手段。差压式流量计是工业上使用***多的流量计之一， 其测量精度是由其测量原理、结构、制造工艺水平、被测流体的性质和使用条件等决定的 [1] 。

 

2  孔板流量计的组成和工作原理

2.1 组成

        孔板流量计的结构组成如图 1 所示，由节流装置、差压计（一般用差压变送器）、压力计、温度计、引压导管和流量显示记录仪等组成。

2.2 工作原理

        如图 2 所示，只要获得压力、温度、差压即可根据一定的数学关系式计算出流量。

3  孔板流量计的安装

3.1 节流元件（标准孔板）的安装

        节流件前后的直管段必须是直的，不得有肉眼可见的弯曲。 节流件前后要求一段足够长的直管段，应该按国标GBT2624-2006 用安装在圆形截面管道中的差压装置测量满管流体流量的要求处理是***为合理的。但在实际工程上人们往往按照前 10D 后 5D 来进行安装。

 

3.2 引压管的安装

        取压管尽量按***短距离安装，一般应小于 16m。如被测介质为气体时，应将取压口定在水平线上偏 45°的位置上，以使冷凝渡进入导压管。对高粘度或腐蚀性介质，要加装隔离器，通过隔离液将差压信号传递给变送器。对液体介质，在导压管***高点应安装集气器。

 

3.3 差压变送器的安装

        取压点处应保证有直管段，两边各大于 5D(管道直经)。在蒸汽管道上取压时，应在管道的侧面安装引压管，平衡罐应安装在引压管的***高点处，排污管应在靠近变送器引压管连接处安装。取压点与变送器的管道距离应大于 1 米，变送器的安装位置应低于取压点的位置。

 

4  孔板流量计使用中的测量误差分析

        孔板流量计在实际应用时，如果使用不当，会使它的测量误差增大，有时可达到 10%左右。如何减少其计量误差，需要合理的选型、准确的设计计算和加工制造，更要注意正确安装、维护和符合使用条件等才能保证孔板流量计有足够的实际测量精度。下面就其测量误差进行分析：

 

        （1）流量计算方程描述流动状态真实性的不确定性因素，以及脉动流、多相流、漩涡流、不对称流动等不符合标准规定，如果仍按照原有的仪表常数推算流量，将与实际流量有误差，则可根据有关计算公式加以修正或重新设计计算[3] 。

        （2）测量装置(如一次元件、二次仪表、计算输出设备等)在满足标准的技术要求前提下，由于各个装置自身及环境条件因素引起的不确定因素。

        ① 孔板安装不正确。安装时孔板开孔中心与管道中心线不同心，会造成测量误差，引压管堵塞及垫片等凸出物的出现也是引起误差的原因。

        ② 孔板入口边缘被磨损。虽然标准孔板早已列入国际标准 ISO5167 和我国标准 GB2624，但它在结构上是有其固有弱点的，它在实际使用中是不耐用的。一块孔板的使用期限可以是十年或更长，但在安装投运后仅 4 至 5 个月，其入口边缘的尖锐度就已开始遭到破坏。在使用中，由于流体的磨蚀作用，特别是对于高压、或高流速含颗粒的流体以及高温蒸汽等，它的入口边缘将更快地变钝，被磨成圆形入口边缘。其结果是：在相同的流量下，孔口后流体的收缩程度减弱，差压不断降低，会形成日益增大的负的流量误差。孔板出口处的流束***小截面积在入口被磨蚀后已经增大，如果在此状况下能够标定，自然会发现该孔板的流出系数已经增大，但使用中仍沿用按标准公式计算得出的较小的系数，因此会出现日益增大的负的系统误差。

 

        ③ 孔板表面的结垢和流通截面积的变化。由于孔板流量计由节流件，长期使用时，脏污物将堆积在孔板的上游，造成差压信号不准，直接影响计量精度。脏污和孔板钝化可造成计量偏差 2～10% 以上。如果被测量的的介质较脏（含焦油），造成孔板前后取压环室被堵，取压口的压力发生变化或无压差，流量计都无法正常工作，都会造成较大的测量误差或无流量显示 [4] 。

        （3）被测介质实际特性的不确定因素，如组分变化及取样、分析误差，以及实际物性变化影响仪表正常工作等对流量值的不确定度产生影响。

        （4）变送器零点漂移和量程设置不当也会引起测量误差。由于时间较长，变送器的零点会发生漂移，若是负漂移，变送器输出电流则小于标准 4MA，流量则显示偏低，若是正漂移，变送器输出电流则大于标准 4MA，流量则显示偏高。若量程设置较大，流量则显示偏低，量程设置较小，流量则显示偏高。

 

5  结束语

        在我国长输和集输管道的工程实践中，孔板流量计特别是孔板阀长期占据统治地位。客观地讲，在采用孔析流量计测量流量时，需要对孔板流量计的一次装置（孔板节流装置）和二次仪表（差压、静压、温度、被测介质物性等）的选择、设计、安装、使用都要严格按照有关标准进行，再加上不定期维护和检查，才能保证流量计的测量精度。