流量測量方法和儀表的選擇考慮因素

1、流量測量方法和儀表的選擇考慮因素流量測量方法和 儀表種類繁多，其分類 方法亦多。按測量對象劃分就有封閉管道用和明渠 用兩大類。按測量目的又可分為總量測量和流量測量，其儀表分別稱作總量表和 流量計(jì)。按測量原理分為力學(xué)原 理、熱學(xué)原理、聲學(xué)原理、電學(xué)原理、原子物理學(xué)原理等。1.考慮因素和選擇步驟要正確和有效地選擇流量測量方法和儀表，必須熟悉被測對象流體特性和儀表兩方面的情 況，還應(yīng)考慮如圖1所示雙框內(nèi)五個(gè)方面因素和選擇步驟。I經(jīng)濟(jì)考慮圖1分析五方面因素程序1.1確認(rèn)是否真正要求安裝流量儀表如果僅希望知道流體是否在管道中流動(dòng)或大約流量，那么選用流動(dòng)窺視窗(flow sight )或流動(dòng)指示器(flo

2、w indicator )就能以較低的費(fèi)用達(dá)到目的。1.2初選測量方法和儀表確定必須安裝流量儀表后，首先按照流體特性采取排除法在初選表上舍去不能和不宜采用的方法，然后選幾種測量方案，作為第二步深入考慮和分析。流量測量方法和儀表初選表1.3分析各因素按初選方案向儀表廠索取樣本、技術(shù)數(shù)據(jù)、選用手冊或使用說明書等，充分了解儀表性能規(guī)范，再分別按五個(gè)方面的問題逐一分析，列表比較。2.6線性度流量儀表輸出有線性和非線性二種。大部分流量儀表的非線性誤差不單獨(dú)列出，包含在基本誤差內(nèi)。對于寬流量范圍脈沖輸出用作總量積算的儀表，線性度是一個(gè)重要指標(biāo)，使有可能用一個(gè)儀表常數(shù)。線性度差就要降低儀表精度。作為管道流量

3、配比， 熱量計(jì)用溫度差和流量相乘， 以及流量相加，應(yīng)選擇線性輸出儀表，以 簡化計(jì)算過程。2.7上限流量的流量范圍上限流量也稱溫度流量。應(yīng)按被測管道使用流量范圍和待選儀表的上限流量和下限流量來選配儀表口徑，而不是簡單地按管道通徑配用。雖然通常管道流體最大流速是按經(jīng)濟(jì)流速（例如水等低粘度液體為 1.53m/s ）來設(shè) 計(jì)的，而大部分流量儀表上限流量流速接近或略高 于管道經(jīng)濟(jì)流速，因此儀表選擇口徑與管徑相同的機(jī)會(huì)較多。但對于生產(chǎn)能力分期增加的工程設(shè)計(jì)，管網(wǎng)往往按全能力設(shè)計(jì)，運(yùn)行初期物流量小，應(yīng)按流量安裝較小口徑儀表以相適應(yīng)。否則儀表運(yùn)行于下限流量附近所增加測量誤差的經(jīng)濟(jì)損失， 可能大大地超過改裝儀表

4、的費(fèi)用。同一口徑不同類型儀表上限流量的流速受工作原理和結(jié)構(gòu)所約束，差別很大。以液體為例， 玻璃碓管浮子流量計(jì)的上限流量流速最低，為0.51.5m/s，容積式流量計(jì)為2.53.5m/s ,渦街流量計(jì)較高為 5.57m/s，電磁流量計(jì)最寬為17m/s （甚至0.510m/s ）。液體的上限流量還需結(jié)合工作壓力一起考慮，不要使儀表產(chǎn)生氣穴現(xiàn)象。有些儀表訂購以后，其流量值不能改變， 如容積式儀表和浮子流量計(jì)等；差壓式儀表孔板等一般設(shè)計(jì)確定后下限流量不能改變，但上限流量可以調(diào)整差壓變送器量程以相適應(yīng)；有些儀表（如某些型號(hào)電磁流量計(jì)和超聲流量計(jì)）可不經(jīng)實(shí)流校準(zhǔn)，用戶自行設(shè)定新流量上限值就能使用。2.8范圍

5、度（turn down ）和（可調(diào)）上限范圍度（ rangeability ）“ turn down 和 “ rangeability是”011631新分立的兩個(gè)術(shù)語1，原來此兩詞是同義的。范圍度（turn down ）定義為在規(guī)定的精確度等級(jí)內(nèi)最大量程對最小量程之比”以前習(xí)稱量程比。其值愈大流量范圍愈寬，上限范圍度（rangeabilify ）定義為最大上限值與最小上限值的比值”。線性儀表有較大范圍度，一般為 10: 1，非線性儀表則較小，通常僅3: 1。一般過程控制和貿(mào)易計(jì)量范圍度窄可滿足要求，但亦有貿(mào)易計(jì)量要求寬范圍度的，如食堂炊用蒸汽供應(yīng)量，自來水廠冬夏供水量等。近年對范圍度窄的流量計(jì)

6、如差壓式流量計(jì)采取許多新技術(shù)使其范圍度拓寬，但儀表價(jià)格相應(yīng)增高較多，在采用時(shí)需權(quán)衡之。對于像電磁流量計(jì)甚至用戶可自行調(diào)整流量上限值，上限可調(diào)比（最大上限值和最小上限值之比）可達(dá) 10,再乘上 所設(shè)定上限值20: 1的范圍度，一臺(tái)儀表擴(kuò)展意義的范圍度（即考慮上限可調(diào) 比）可達(dá)（50200 ）： 1，還有些型號(hào)儀表具有自動(dòng)切換流量上限值功能。有些制造廠為顯示其范圍度寬，不適當(dāng)?shù)匕焉舷蘖髁刻岬煤芨撸后w流速高達(dá)710m/s ,氣體為5075m/s,實(shí)際上這么高流速一般是用不上的。不要為這樣寬的范圍度所迷惑，范圍度寬是要使下限流量的流速更低些才好。2.9壓力損失阻礙流量傳感器（電磁式、超聲式）夕卜，大

7、部分流量傳感器在儀表表體內(nèi)有固定或活動(dòng) ，流體流經(jīng)這些阻力件將產(chǎn)生不可恢復(fù)壓力損失，其值有時(shí)高達(dá)數(shù)十千帕，壓損大可，因此有些測量對象提出壓力損失的最大允許值,它是儀表選型的一對 于大口徑流量計(jì)壓力損失造成的附加能耗可能相當(dāng)可觀，寧可選擇壓損小流量計(jì)而不采用價(jià)廉壓損大的流量計(jì)。對于高蒸汽壓的液體 （如某些碳?xì)湟后w） 大 它使測量誤差大幅增加甚至損壞儀表部件。2.10輸出信號(hào)特性流量計(jì)的信號(hào)輸出顯示有幾種：（1）流量（體積流量或質(zhì)量流量）（2）總量（3）平均流速（4）點(diǎn)流速。亦可分為模擬量（電流或電壓）和脈沖量。模擬量輸出適合于過程控制，與調(diào)節(jié)閥接配，但較易受干擾;脈沖量適用于總量和高精度測量，長

8、距信號(hào)傳輸不受干擾。2.11響應(yīng)時(shí)間應(yīng)用于脈動(dòng)流場所應(yīng)注意儀表對流動(dòng)階躍變化的響應(yīng)。有些使用場所要求儀表輸出跟隨流動(dòng)變化，而另一些為獲得綜合平均值要求有較慢響應(yīng)的輸出。瞬態(tài)響應(yīng)（transient response ）常以時(shí)間常數(shù)幾毫秒到幾秒，或響應(yīng)頻率數(shù)百赫等以下表示。配用顯示儀表可能要相當(dāng)大地延長響應(yīng)時(shí)間。有人認(rèn)為儀表流量增加和流量減小的動(dòng)態(tài)響應(yīng)不對稱，會(huì)急劇增加測量誤差。3.流體特性方面的考慮。3.1流體溫度和壓力必須界定流體的工作溫度和壓力，特別在測量氣體時(shí)溫度壓力造成過大的密度變化，可能要改變所選擇的測量方法。如溫度或壓力變化造成較大流動(dòng)特性變化而影響測量性能時(shí)，要作溫度和（或）壓力

9、修正。3.2密度大部分液體應(yīng)用場合，液體密度相對穩(wěn)定，除非密度發(fā)生較大變化，一般不需要修正。在氣體應(yīng)用場合，某些儀表的范圍度和線性度取決于密度。低密度氣體對某些測量方法，例如利用氣體動(dòng)量推動(dòng)檢測元件（如渦輪）工作的儀表呈現(xiàn)困難。3.3粘度和潤滑性有些儀表性能隨著雷諾數(shù)而變，而雷諾數(shù)又與粘度有關(guān)。 在評估儀表適應(yīng)性時(shí)， 要掌握液體 的溫度-粘度特性。氣體與液體不同，其粘度不會(huì)因溫度和壓力變化而顯著地變化，其值 般較低，除氫氣外各種氣體粘度差別較小。因此確切的氣體粘度并不像液體那樣重要。粘度對不同類型流量儀表范圍度影響趨勢各異，例如對大部分容積式儀表粘度增加范圍度增大，渦輪式和渦街式則相反，粘度增

10、加范圍度縮小。潤滑性是不易評價(jià)的物性。潤滑性對有活動(dòng)測量元件的儀表非常重要，潤滑性差會(huì)縮短軸承壽命，軸承工況又影響儀表運(yùn)行性能和范圍度。3.4化學(xué)腐蝕和結(jié)垢流體的化學(xué)性有時(shí)成為選擇測量方法和儀表的決定因素。流體腐蝕儀表接觸件，表面結(jié)垢或析出結(jié)晶，均將降低使用性能和壽命。儀表制造廠為此常提供變型產(chǎn)品，例如開發(fā)防腐型、加保溫套防止析出結(jié)晶，裝置除垢器等防范措施。3.5壓縮系數(shù)和其它參量測量氣體需要知道壓縮系數(shù)，按工況下壓力溫度求取密度。若氣體成分變動(dòng)或工作接近超臨 界區(qū)，則只能在線測量密度。某些測量方法要考慮流體特性參量，如熱式流量計(jì)的熱傳導(dǎo)和比熱容，電磁流量計(jì)的液體電導(dǎo)率3.6多相和多組分流測量

11、多相和多組分流動(dòng)應(yīng)十分謹(jǐn)慎對待。經(jīng)驗(yàn)表明，單相通用流量儀表用于多組分或多相流體，測量性能會(huì)改變（或大幅度改變）。單工質(zhì)流體有時(shí)也會(huì)呈現(xiàn)雙相，例如濕蒸汽中水微粒隨著蒸汽流動(dòng)，環(huán)境溫度或介質(zhì)壓力偏離原定狀態(tài)，儀表就可能不適應(yīng)。測量兩種或兩種以上不相溶液體匯流混合液流量時(shí)，應(yīng)注意存在流速不均勻， 使流動(dòng)成為分層或塊狀流等帶來的問題。測量液固雙相流時(shí)要了解固相含量、粒子大小和固體性質(zhì)以及流動(dòng)狀況（懸浮流、管底流、動(dòng)床流還是淤積流？）。測量氣液雙相流時(shí)盡可能米用分離后分相測量，以保證獲得最小測量不確定度，然而對有些場合這種方法不切實(shí)可行或不符合要求。4安裝方面的考慮不同原理的測量方法對安裝要求差異很大。

12、例如上游直管段長度，差壓式和渦街式需要較長,而容積式浮子式無要求或要求很低。（1）管道布置和儀表安裝方向有些儀表水平安裝或垂直安裝在測量性能會(huì)有差別。儀表安裝有時(shí)還取決于流體物性，如漿液在水平位置可能沉淀固體顆粒。（2 ）流動(dòng)方向有些流量儀表只能單向工作，反向流動(dòng)會(huì)損壞儀表。 使用這類儀表應(yīng)注意在誤操作條件下是否可能產(chǎn)生反向流， 必要時(shí)裝逆止閥保護(hù)之。 能雙向工作的儀表， 正向和反向之間測量性能 亦可能有些差異。（3）上游和下游管道工程大部分流量儀表或多或少受進(jìn)口流動(dòng)狀況的影響，必須保證有良好流動(dòng)狀況。 上游管道布置和阻流件會(huì)引入流動(dòng)擾動(dòng)，例如二個(gè) （或二個(gè)以上）空間彎管引起漩渦， 閥門等局部

13、阻流件 引起流速分布畸變。這些影響能夠以適當(dāng)長度上游直管或安裝流動(dòng)調(diào)整器予以改善。f除考慮緊接儀表前的管配件外，還應(yīng)注意更往上游若干管道配件的組合，因?yàn)樗鼈兛赡苁钱a(chǎn)生與最接近配件擾動(dòng)不同的擾動(dòng)源。盡可能拉開各擾動(dòng)產(chǎn)生件的距離以減少影響，不要靠近連接在一起，象常?？吹絾螐澒芎缶o接部分開啟的閥。儀表下游也要有一小段直管以減小影響。氣穴和凝結(jié)常是不良管道布置所引起的，應(yīng)避免管道直徑上或方向上的急劇改變。 管道布置不良還會(huì)產(chǎn)生脈動(dòng)。（4）管徑有些儀表的口徑范圍并不很寬，限制了儀表的選用。測量大管徑、低流速，或小管徑、高流 速，可選用與管徑尺寸不同口徑的儀表，并以異徑管連接， 使儀表運(yùn)行流速在規(guī)定范圍內(nèi)

14、。（5）維護(hù)空間維護(hù)空間的重要性常被忽視。一般來說，人們應(yīng)能進(jìn)入到儀表周圍，易于維修和能有調(diào)換整 機(jī)的位置。（6 ）管道振動(dòng)有些儀表（如壓電檢測信號(hào)的渦街式、科里奧利質(zhì)量式）易受振動(dòng)干擾，應(yīng)考慮儀表前后管道作支撐等設(shè)計(jì)。脈動(dòng)緩沖器雖可清除或減小泵或壓縮機(jī)的影響，然而所有儀表還是盡可能遠(yuǎn)離振動(dòng)或振動(dòng)源為好。（7 ）閥門位置控制閥應(yīng)裝在流量儀表下游，避免其所產(chǎn)生氣穴和流速分布畸變影響，裝在下游還可增加背壓，減少產(chǎn)生氣穴的可能性。（8）電氣連接和電磁干擾電氣連接應(yīng)有抗雜散電平干擾的能力。制造廠一般提供連接電纜或提出型號(hào)和建議連接方 法。信號(hào)電纜應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離電力電纜和電力源，將電磁干擾和射頻干擾降至最

15、低水平。（9）防護(hù)性配件有些流量儀表需要安裝保證儀表正常運(yùn)行的防護(hù)設(shè)施。例如：跟蹤加熱以防止管線內(nèi)液體凝結(jié)或測氣體時(shí)出現(xiàn)冷凝；液體管道出現(xiàn)非滿管流的檢測報(bào)警；容積式和渦輪式儀表在其上游裝過濾器，等等。1（10 ）脈動(dòng)流和非定常流常見產(chǎn)生脈動(dòng)的源有定排量泵、往復(fù)式壓縮機(jī)、振蕩著的閥或調(diào)節(jié)器等。大部分流量儀表來不及跟隨記錄脈動(dòng)流動(dòng)， 帶來測量誤差，應(yīng)盡量避開。使用時(shí)應(yīng)重視并分別處置檢測儀表和 顯示儀表，檢測儀表方面在管線中裝充氣式緩沖器（用于液體）或阻流器（用于氣體）。c5環(huán)境條件方面的考慮（1 ）環(huán)境溫度環(huán)境溫度超過規(guī)定要影響儀表電子元件而改變測量性能，因此某些現(xiàn)場儀表需要有環(huán)境受控的外罩；如果

16、環(huán)境溫度變化要影響流動(dòng)特性， 管道需包上絕熱層。此外在環(huán)境或介質(zhì)溫度急 劇變化的場合，要充分估計(jì)儀表結(jié)構(gòu)材料或連接管道布置所受的影響。=（2 ）環(huán)境濕度高濕度會(huì)加速儀表的大氣腐蝕和電解腐蝕，降低電氣絕緣；低濕度容易感生靜電。（3）安全性應(yīng)用于爆炸性危險(xiǎn)環(huán)境，按照氣氛適應(yīng)性、爆炸性混合物分級(jí)分組、防護(hù)電氣設(shè)備類型以及 其他安全規(guī)則或標(biāo)準(zhǔn)選擇儀表。若有化學(xué)侵蝕性氣體，儀表外殼應(yīng)具有防腐性和氣密性。某些流程工業(yè)要定期水沖洗整個(gè)裝置，因此要求儀表外殼防水，需用塵密防噴水級(jí)IP65，甚至塵密防強(qiáng) 噴水級(jí)IP66或塵密防侵水級(jí)IP67。（4）電磁干擾環(huán)境|應(yīng)注意電磁干擾環(huán)境以及各種干擾源，如：大功率電機(jī)、開關(guān)裝置、繼電器、電焊機(jī)、廣播和電視發(fā)射機(jī)等。|6經(jīng)濟(jì)方面的考慮經(jīng)濟(jì)方面只考慮儀表購置費(fèi)是不全面的，還應(yīng)調(diào)查其它費(fèi)用，如附件購置費(fèi)、安裝費(fèi)、維護(hù)和流量校準(zhǔn)費(fèi)、運(yùn)行費(fèi)和備件費(fèi)等。此外，應(yīng)用于商貿(mào)核算和儲(chǔ)存交接還應(yīng)評估測量誤差造 成經(jīng)濟(jì)上的損失。（1 ）安裝費(fèi)用安裝費(fèi)應(yīng)包括作定期維護(hù)所需旁路管和運(yùn)行截止閥等輔助件的費(fèi)用。（2 ）運(yùn)行費(fèi)用流量儀表運(yùn)行費(fèi)用主要是工作時(shí)能量消耗，包括電動(dòng)儀表電力消耗或氣動(dòng)儀表的氣源耗能（現(xiàn)代儀表的功率極小，僅有幾w到幾十w）;以及測量過程中推動(dòng)流體通過儀表所消耗的能量，亦即克服儀表因測量產(chǎn)生壓力損失的泵送能耗費(fèi)。泵送費(fèi)用是一個(gè)隱蔽性費(fèi)用，往往被忽視?，F(xiàn)舉