孔板流量计测量蒸汽

1 孔板流量计的用途

      孔板流量计被广泛应用于化工、食品、煤炭、建筑、交通、轻  纺、农业、医药、环境保护等领域，是改进产品质量、节约能源、提  高管理水平和经济效益的重要工具。

      蒸汽的流量测量方法按工作原理划分，可分为直接式质量流量计和间接式质量流量计，在工业企业中蒸汽的测量多采用间接式，其中节流式差压流量计和涡街流量计是主流。这两种流量计在测量中各有优缺点，如差压流量计以孔板流量计为例，其范围度广，稳定性好；而涡街流量计的优越性是孔板式流量计所不具备的，尤其是在蒸汽参数偏离设计值时，其测量误差远小于孔板式流量计的测量。

1.孔板式流量计

孔板流量计是差压式流量计的一种,流体流经一个收缩截面，测量通过此截面的差压。根据丹尼尔·伯努利在1738年的研究工作，流体经过孔板的速度和其压力损失的平方根成比例关系。

1.1孔板流量计的测量原理

充满管道的流体，当它们流经管道内的节流装置时，流束将在节流装置的节流件处形成局部收缩，从而使流速增加，静压力低，于是在节流件前后便产生了压力降，即压差，介质流动的流量越大，在节流件前后产生的压差就越大，所以孔板流量计可以通过测量压差来衡量流体流量的大小。这种测量方法是以能量守衡定律和流动连续性定律为基准的。

 

1.2孔板流量计的安装条件

图1 孔板流量计测量原理

所谓孔板流量计，就是在管道内部加装一个中间开孔的圆  板，然后测量蒸汽在孔板前后的压力差，经过计算换算出蒸汽的  流量。

因为蒸汽的流速在节流件处（孔板）形成局部收缩，静压力 降低，流速增加，于是在节流件前后便产生了压差。

根据流动连续性方程（质量守恒定律）和伯努利方程（能量守恒定律），流量的大小与差压的大小存在一定的比例关系： M2∝ΔP。式中，M 为流量；ΔP 为差压。

通过引压管将差压信号引入差压变送器，差压变送器将差  压信号送入流量积算仪，积算仪将差压信号换算成流量信号。同   时通过温度和压力传感器测出蒸汽的温度和压力，积算仪根据  当时的温度和压力计算出补偿后的流量。

 

制造一个孔板流量计需要以下参数：管道的口径（管径×壁   厚）；孔板流量计测量的介质；被测介质的工作温度；被测介质的   工作压力（最大压力、最小压力、正常压力）；被测介质的工作流   量（最大流量、最小流量、正常流量）；被测介质的黏度。

（1）标准孔板的中心线应当与管道中心线同轴。

（2）孔板流量计安装时应配有一段测量管,至少保持前10DN、后5DN的等径直管段，以提高测量精度。

（3）引压管路的内径与管路长度和介质脏污程度有关，通常在16米以内用内径为8-12mm的管子。

（4）引压管路应有牢固的支架托承，两根取压管路应尽可能互相靠近并远离热源或震动源，测量水蒸汽流量时，应用保温材料一同包扎，必须时（如气温0℃以下）加伴热管防止结冰。在测量脏污流量时， 应附设隔离器或沉降器。

 

（5）引压管路内必须始终保持单相流体状态。被测流体是液体时，引压管路内全部是液相，绝对不能有气泡。为此应在引压管路的最低点装排水阀或在最高点装排气阀，在新装或检修差压变送器时时应特别注意。

1.3孔板流量计的优缺点孔板流量计的优点：

（1）应用最多的孔板式流量计结构牢固,性能稳定可靠,使用寿命长；

（2）检测件与变送器、显示仪表分别由不同厂家生产,便于规模经济生产。  孔板流量计的缺点：

a 测量精度偏低；

b 量程比小，一般仅为1:3~1:5； c 现场安装要求高；

d 压损大。

 

2孔板流量计的优点和缺点

孔板流量计优点：适用于较大口径管道的计量（目 前口径大于 DN 1000 mm 的流量计一般只能选用孔板）。经久耐用；
孔板流量计缺点 :对节流装置、引压管、冷凝罐安装要求很高，安装较为复杂。孔板流量计整体校验比较困难，   目前只能对差压传感器、压力传感器、温度传感器单独进行校验，整体的精度难于确保。
 

3 负误差的分析及解决办法

3.1 孔板安装不正确
孔板的尖锐一侧应该迎着流体流向为入口端，呈喇叭口形  的一侧为出口端。如果装反，显示将会偏小许多。
解决办法：检查孔板安装方向，正确安装孔板。
3.2 孔板入口边缘磨损
如果孔板使用时间较长，特别是在被测介质夹杂固体颗粒  等杂物情况下，都会造成孔板的几何形状和尺寸的变化，如果造   成开孔变大或开孔边缘变钝，测量压差就会变小，流量显示就会  偏低。
解决办法：对孔板进行重新加工，使开口达到要求；严重时 进行更换。
3.3 变送器零点漂移
如果使用时间较长，变送器的零点可能会发生漂移，如果是  负漂移，显示的差压将会减小，显示的流量也会减小。
解决办法：对变送器的零点进行校正。
3.4 上下游直管段长度不够
上下游直管段长度如果不够，气体将得不到充分发展，会使  计量结果造成较大误差，如果上游在规定直管段内存在多个弯  头，将使计量结果偏低。
解决办法：改造蒸汽管道，使上下游直管段长度达到规定要  求。在节流装置之前加装整流器。
3.5 差压变送器的三阀组漏气
如果三阀组中的高压阀或平衡阀漏气，将会导致测量差压  减小，测量结果就会偏低。

3.6 隔离液液位高度不等
引压管中从冷凝罐到差压变送器中的液位是为了将高温介  质与差压变送器隔开，保护差压变送器。如果低压侧液位高度低  于高压侧液位高度，将导致测量差压减小，测量流量就会减小。
解决办法：检查高低侧冷凝罐的高度是否一致，如果不一  致，进行校正。检查冷凝罐的高度是否高于蒸汽管道，如果低于  管道，将冷凝罐的高度抬高。

4 正误差的分析及解决办法

4.1 流通截面积的变化
在现场使用中，孔板表面可能会黏结上一层污垢或杂质，导  致流通截面积变小，测量差压就会增大，从而测量流量增大。
解决办法：检查孔板周围是否干净，对其进行清洗。
4.2 变送器零点漂移
如果使用时间较长，变送器的零点可能会发生漂移，如果是  正漂移，显示的差压将会增大，显示的流量也会增大。
解决办法：对变送器的零点进行校正。
4.3 上下游直管段长度不够
上下游直管段长度如果不够，气体将得不到充分发展，会使  计量结果造成较大误差，如果上游在规定直管段内存在单个弯  头或平面双弯头，将使计量结果偏高。
解决办法：改造蒸汽管道，使上下游直管段长度达到规定要  求。在节流装置之前加装整流器。
4.4 孔板厚度不符合规定
标准中规定孔板厚度应介于孔板开孔厚度e 与 0.05D 之间。如果超出这个范围，将使气体流过孔板的阻力损失增大，使计量值比实际值偏高。
解决办法：检查孔板厚度，如果超出这个范围，进行更换。
4.5 差压变送器的三阀组漏气
如果三阀组中的低压阀漏气，将会导致测量差压增大，测量  结果就会增大。
解决办法：如果三阀组中的低压阀门漏气，将该阀门进行紧  固，必要时进行更换。
4.6 隔离液液位高度不等
引压管中从冷凝罐到差压变送器中的液位是为了将高温介  质与差压变送器隔开，保护差压变送器。如果低压侧液位高度高
于高压侧液位高度，将导致测量差压增大，测量流量就会增大。解决办法：检查高低侧冷凝罐的高度是否一致，如果不一
致，进行校正。检查冷凝罐的高度是否高于蒸汽管道，如果低于  管道，将冷凝罐的高度抬高。

5 结论

孔板流量计的测量误差主要是由以下 3 方面的原因引起的：安装不规范、维护不及时或误操作、工艺系统或工  况改变。在孔板流量计的使用过程中，如果发生误差，可以从这 3 方面进行分析，然后寻找解决的办法。
（1） 针对安装不规范的问题，在安装孔板流量计前，一定要把蒸汽的情况（设计温度、设计压力等）、管道的情况、引压元  件的情况、传感器的情况了解清楚，根据孔板流量计安装规范， 制定准确的安装方案。在安装孔板流量计时，要严格按照安装方  案进行施工。在安装孔板流量计后，要经常对各个安装部件进行  检查，确保测量的精度。
（2） 针对维护不及时或误操作的问题，对孔板流量计的部件，尤其是取源部件，要经常进行位置精度检查，保证差压传感器所显示的差压是孔板测得的真实差压。在平时对流量计进行操作时， 要严格按照操作规程来做，避免误操作，给表计带来损坏。
（3） 针对工艺系统或工况改变的情况，在使用过程中，要及时对二次仪表的参数进行修改，避免因换算错误给测量带来误差。