差壓式流量計.ppt

1、本課教學(xué)內(nèi)容基本要求,1. 掌握差壓式流量計相關(guān)基本知識；技能操作。,歷史悠久、技術(shù)成熟、應(yīng)用最廣泛(使用量幾乎占流量儀表的一半。)。 按檢測件的作用原理分: 節(jié)流式、動壓頭式、水力阻力式、離心式、動壓增益式和射流式等幾大類， 節(jié)流式和動壓頭式應(yīng)用最為廣泛。 節(jié)流式特點： 結(jié)構(gòu)簡單、使用壽命長，適應(yīng)能力強，幾乎能測量各種工況下的流量。,差壓式流量計,1. 差壓式流量計組成,差壓式流量計組成框圖,節(jié)流裝置：安裝于管道中產(chǎn)生差壓， 節(jié)流件前后的差壓與流量成開方關(guān)系。 引壓導(dǎo)管：取節(jié)流裝置前后產(chǎn)生的差壓，傳送給差壓變送器。 差壓變送器：產(chǎn)生的差壓轉(zhuǎn)換為標準電信號（4-20mA）。,2. 測量原理,孔

2、板附近的流速和壓力分布,測量原理,當流體流經(jīng)管道內(nèi)的節(jié)流件時，流速將在節(jié)流件處形成局部收縮，因而流速增加，靜壓力降低，于是在節(jié)流件前后便產(chǎn)生了壓差。 流體流量愈大，產(chǎn)生的壓差愈大，這樣可依據(jù)壓差來衡量流量的大小。 基礎(chǔ)：流體連續(xù)性方程（質(zhì)量守恒定律）和伯努利方程（能量守恒定律）。 壓差影響因素： 流量、節(jié)流裝置形式、管道內(nèi)流體的物理性質(zhì)（密度、粘度）,設(shè)被測流體為不可壓縮的理想流體（液體），根據(jù)伯努利方程，對截面II、處沿管中心的流體有以下能量關(guān)系：,式中，p1、v1截面II處的壓力和速度； p2、v1 截面處的壓力和速度。,根據(jù)流體的連續(xù)性方程得：,代入式（7.2.2）得,對于截面積代入質(zhì)量

3、流量方程得,反映質(zhì)量流量和孔板前后壓差之間關(guān)系的理論方程式 A2代表流束最小收縮截面，用孔板的開孔截面A0代替,式（7.2.4）,對式（7.2.4）用一個無量綱數(shù)C修正，C稱為流出系數(shù)。,上式為針對不可壓縮的理想流體而得出的流量公式。 對于可壓縮流體（如各種氣體、蒸汽）流過節(jié)流裝置時， 壓力發(fā)生改變必然引起密度的改變，因此對于可壓縮流體 上式應(yīng)引入氣體可膨脹系數(shù)，則式變?yōu)椋?差壓式流量計的流量公式,節(jié)流裝置,按其標準化程度分： (1)標準節(jié)流裝置 按照標準文件設(shè)計、制造、安裝和使用，無須經(jīng)實流校準即可確定其流量值并估算流量測量誤差; (2)非標準節(jié)流裝置 成熟程度較差，尚未列入標準文件的檢測件

4、。,圖3-2 標準節(jié)流元件 (a) 孔板 (b)文丘里管,標準型節(jié)流裝置,節(jié)流裝置=節(jié)流元件+取壓裝置+上下游測量導(dǎo)管,圖 標準型節(jié)流裝置 （a）孔板 （b）噴嘴,1. 標準型節(jié)流裝置,標準節(jié)流裝置 ISO 5167或GBT2624中所包括的節(jié)流裝置稱為標準節(jié)流裝置。 標準孔板 標準噴嘴 經(jīng)典文丘里管 文丘里噴嘴。,（1）標準孔板 同心直角邊緣孔板,標準孔板圖,孔板流量計,孔板流量計是應(yīng)用非常廣泛的一類流量測量儀表，約占流量測量儀表總數(shù)的70。它由節(jié)流裝置和差壓計兩部分組成，充滿圓管的流體流經(jīng)節(jié)流件(如孔板)時，流束在孔板處形成局部收縮，由于流速增加、靜壓力降低而在孔板前后產(chǎn)生壓差，這一壓差與

5、流量的平方成正比。,工作原理,在充滿單相連續(xù)流體的管道中，安裝一個節(jié)流元件（如孔板、噴嘴等），當流體通過節(jié)流元件的節(jié)流孔時，流束形成局部收縮，流速加快，動能增加、靜壓降低，在節(jié)流元件的前后產(chǎn)生一個靜壓力差，即 P=P1P2,工作原理,若節(jié)流孔板面積為S，流體的質(zhì)量流量為Qm，體積流量為QV，密度為，則根據(jù)流體的連續(xù)性原理和伯努利方程可推導(dǎo)出壓力差與流體流量之間的關(guān)系式:,工作原理,Qm =S（P）-1/2 QV =S（P/）-1/2 式中是流量系數(shù)，由上述關(guān)系可知，如果節(jié)流孔面積和流體密度一定，則流量與壓力差的平方根成正比，即只要測出壓力差值，就可以算出流量值，節(jié)流裝置就是根據(jù)這個原理測量流體

6、流量的。,孔板安裝,文丘里流量計,文丘里管(Venturitube)是測量流體壓差而確定流量的裝置。由意大利物理學(xué)家G.B.文丘里發(fā)明而得名。,工作原理,其構(gòu)造如圖，由等直徑入口段、收縮段、等直徑喉道和擴散段等組成，串聯(lián)于管路中。設(shè)入口段和喉道處流體平均流速、靜壓和管道截面面積分別為v1、p1、S1和v2、p2、S2，密度不變，,工作原理,根據(jù)連續(xù)性方程 S1v1S2v2Q 和伯努利方程p1(1/2 )v12p2(1/2 )v22（假定管軸線水平），可導(dǎo)出流量 除壓差（p1p2）外均為已知數(shù)，故測量此壓差即可求得流量。對于液體，于入口段和喉道處分別安裝測壓管即可測出此壓差(如上圖)；對于氣體，

7、應(yīng)敷設(shè)測壓孔，通過導(dǎo)管將壓力傳輸至壓力計。為避免出現(xiàn)流動分離，收縮段型線應(yīng)光滑，擴散段的擴散角不能過大，不能超過78。,特點,利用節(jié)流件進行流量測量的裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、測量可靠、壓強損失小等優(yōu)點，已廣為應(yīng)用。 孔板有嚴格可靠的安裝精度，計量準確，經(jīng)標定，準確度為0.5級，操作簡單，更換孔板勿需動管線，特別是高級型節(jié)流裝置，不需停止介質(zhì)輸送即可在分鐘之內(nèi)在線檢查或更換孔板，裝置結(jié)構(gòu)合理，密封可靠，安全經(jīng)濟，是流量計量裝置中的理想配套產(chǎn)品。,孔板的三種取壓方式,表7.2.3 標準孔板使用范圍（d和D的單位用mm）,（2）標準噴嘴,ISA 1932噴嘴 長徑噴嘴,ISA 1932噴嘴,長徑噴嘴,2.

8、 非標準節(jié)流裝置,（1）低雷諾數(shù)：1/4圓孔板，錐形入口孔板，雙重孔板，雙斜孔板，半圓孔板等； （2）臟污介質(zhì)：圓缺孔板，偏心孔板，環(huán)狀孔板，楔形孔板，彎管節(jié)流件等； （3）低壓損：羅洛斯管，道爾管，道爾孔板，雙重文丘里噴嘴，通用文丘里管等； （4）脈動流節(jié)流裝置； （5）臨界流節(jié)流裝置：音速文丘里噴嘴； （6）混相流節(jié)流裝置。,標準節(jié)流裝置（結(jié)構(gòu)、尺寸和技術(shù)條件都有統(tǒng)一標準）,(a)差壓(或智能)變送器 (b)雙波紋管差壓計(就地指示型儀表) 線性(等百分)刻度 非線性刻度,差壓計,變送器刻度,差壓式流量計 用標準節(jié)流裝置測量流量，應(yīng)符合GB/T 2624和SY/T 6143的規(guī)定； 符合下

9、列條件者，可選用圓缺孔板： 被測介質(zhì)為含有固體顆粒、各種漿液等可能在孔板前后產(chǎn)生沉淀物的臟污介質(zhì)； 應(yīng)具有水平或稍有傾斜安裝的管道； 差壓范圍的選擇應(yīng)根據(jù)設(shè)計計算確定，常用的差壓范圍宜選為： 低差壓：0kPa6kPa、0kPa10kPa； 中差壓：0kPa16kPa、0kPa25kPa； 高差壓：0kPa40kPa、0kPa60kPa； 取壓方式宜優(yōu)先采用法蘭取壓； 特殊型差壓式流量計的選擇應(yīng)根據(jù)介質(zhì)的工況條件選擇。,各種常用流量儀表的選型,圖3-2 標準節(jié)流元件 (a) 孔板 (b)文丘里管,1.1 工作原理,孔板流量計屬于差壓式流量計。當氣體流經(jīng)管道中的節(jié)流件孔板時，氣體的流動截面在節(jié)流件

10、處形成局部收縮，從而使流速增加，動能增加，靜壓能降低，于是在節(jié)流件的上、下游側(cè)便產(chǎn)生壓力差，流速越大，壓力差越大，流速減小，壓差將減小，這種現(xiàn)象就叫做流體的節(jié)流現(xiàn)象。,1.孔板流量計,實踐證明，節(jié)流件前后的壓差p與流量Q有如下的關(guān)系：流量Q與差壓 的成正比例關(guān)系，所以通過檢測出流體流經(jīng)節(jié)流件后產(chǎn)生的壓差p，也就可以間接地測出對應(yīng)的流量Q，這就是差壓式節(jié)流裝置的測量原理。,p,Q,1.孔板流量計,天然氣流量計算的實用公式,Qn標準狀態(tài)下天然氣體積流量，m3/s；As秒計量系數(shù)，；C流出系數(shù)；E漸近速度系數(shù)；d孔板開孔直徑，mm；FG相對密度系數(shù)；可膨脹性系數(shù)；Fz超壓縮因子； FT流動溫度系數(shù)；

11、P1孔板上游側(cè)取壓孔氣流絕對靜壓，MPa；P氣流流徑孔板時產(chǎn)生的差壓，Pa.,1.孔板流量計,1.2 組成和安裝,1.2.1 差壓式流量計的組成 測量天然氣流量的差壓式流量計由標準節(jié)流裝置(如標準孔板節(jié)流裝置)、導(dǎo)壓系統(tǒng)及記錄差壓的差壓計這三部分組成。如圖所示。,1.孔板流量計,孔板流量計大體上可分為一次儀表、二次儀表和上下游直管段。,1.孔板流量計,標準孔板：一塊中心有圓形開孔的金屬圓板,其光潔度很高,中心開孔的入口邊緣非常尖銳。,(1) 一次儀表,一次儀表有孔板及孔板夾持器。根據(jù)取壓方式不同可分為環(huán)室取壓、 法蘭取壓、角接取壓和D-D/2取壓。SY/T 6143只有法蘭取壓和角接取壓。,1

12、.孔板流量計,(2) 二次儀表,二次儀表主要是溫度壓力測量設(shè)備和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。典型的有雙波紋和變送器兩種配置方式。 雙波紋配置： 雙波紋配置主要是由測量壓力和差壓的雙波紋、溫度計和求積儀組成。 變送器配置：由壓力、差壓和溫度變送器及數(shù)據(jù)采集/處理計算機組成,1.孔板流量計,二次儀表,1.2.2 上、下直管段,上游直管段對孔板流量計測量準確度影響較大，對于直管段的內(nèi)徑、同心度和管壁粗糙度都有一定要求，尤其是上游10D和下游4D的測量管，要求更加嚴格。,1.孔板流量計,1.3 孔板流量計的特點,使用歷史悠久，在大量實驗數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進行的標準化的產(chǎn)品經(jīng)過幾何檢定后就可使用； 孔板臟污、磨損和粉塵的沉

13、積對計量準確度影響較大，一般都使計量偏低； 要求前后直管段較長，占地多； 量程比小，當采用高低量程的差壓變送器時，也只有1:10。,1.孔板流量計,量程比:是指最小可測量流量與最大可測量流量之間的比值。,1.4 閥式孔板節(jié)流裝置 目前在生產(chǎn)中常用的閥式孔板節(jié)流裝置分為三種類型，即高級式孔板節(jié)流裝置（GKF型）、普通閥式孔板節(jié)流裝置（PKF型）、簡易閥式孔板節(jié)流裝置（JKF型）三種。 (1) GKFF4型高級閥式 高級閥式孔板節(jié)流裝置是結(jié)構(gòu)新穎的流量測量節(jié)流裝置。其特點是：在進行流量測量過程中不需要停止介質(zhì)的輸送，而可隨時提取其孔板進行檢查或更換，以確保計量的準確性。,1.孔板流量計,(2) P

14、KFF4型普通閥式 進行流量測量過程中可隨時提取其孔板進行檢查或更換，這時只須關(guān)閉上、下游截止閥，無須拆開管道，打開上蓋并搖動提升機構(gòu)手柄，孔板即能平穩(wěn)取出，每次提取或更換孔板只需3-5分鐘。特別適用于可短暫停氣或設(shè)有旁通管路中作流量計量用。 (3) JKF型簡易閥式 簡易閥式孔板節(jié)流裝置特別適用于法蘭取壓、測量管徑小于150mm的管路中作流量計量用。,1.孔板流量計,節(jié)流裝置的管道條件,2節(jié)流裝置前封閉管道的圓度要求,具體要求如下。 1)上游 管徑：D（D1+D2+D3+D12）/12在平面處測；圓度：0.997 DD1,D2，D14，Dn1.003 D在平面處測，其中n為保險起見，在與平面

15、之間，追加的測量次數(shù)。 2)下游 對管徑只作一次檢查：0.97 DD151.03 D。 3)對古典文丘里管 入口圓筒形直徑與D之差入口圓筒形直徑的1；入口圓筒形直徑與D1，D2，D3之差入口圓筒形直徑的2； D15文丘里擴散段出口端直徑的90。 用于計算節(jié)流裝置直徑比的管道內(nèi)徑D值應(yīng)為上游取壓口的上游0.5D長度范圍內(nèi)的內(nèi)徑平均值。由圖可見，對內(nèi)徑確定的規(guī)定是很嚴格的，但是在現(xiàn)場由于種種原因，有時沒有按照要求進行，而采取公稱通徑作為設(shè)計計算之用，這是不允許的。,直管段管道內(nèi)表面狀況對測量精確度的影響往往被忽略了。標準對管道內(nèi)詳細規(guī)定。在湍流狀況下光滑管與粗糙管的流速分布是不一樣的系數(shù)亦不相同。

16、對于新安裝的管道應(yīng)選用符合粗糙度要求的管道，如果達不到要求采取措施，如加涂層或進行機加工，以滿足之。但是儀表長期使用后，由于測量介質(zhì)特性（腐蝕，粘結(jié)，結(jié)垢等)作用，內(nèi)表面可能發(fā)生改變，應(yīng)定期檢查進行清洗維護。,3、節(jié)流裝置前封閉管道的內(nèi)粗糙度要求,前10D和后4D范圍內(nèi)，管道內(nèi)壁應(yīng)該清潔和光滑，符合國家超標準。P62,差壓式（也稱節(jié)流式）流量變送器（圖3-1）是基于流體流動的節(jié)流原理，利用流體流經(jīng)節(jié)流裝置時產(chǎn)生的壓力差而實現(xiàn)流量測量的。它是目前生產(chǎn)中測量流量最成熟，最常用的方法之一。通常是由節(jié)流裝置產(chǎn)生的壓差信號，通過差壓流量變送器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的標準電信號，以供顯示、記錄或控制用。,差壓式流量變

17、送器,圖3-1 差壓式（也稱節(jié)流式）流量變送器外形圖,流量方程式為 ： 流量公式中的流量系數(shù)與節(jié)流裝置的結(jié)構(gòu)形式、取壓方式、節(jié)流裝置開孔直徑、流體流動狀態(tài)（雷諾數(shù)）及管道條件等因素有關(guān)。對于標準節(jié)流裝置，值可直接從有關(guān)手冊中查出。 節(jié)流裝置是將被測流體的流量值變換成差壓信號p，節(jié)流裝置輸出的差壓信號由壓力信號管路輸送到差壓變送器（或差壓計）。,由流量基本方程式可以看出，被測流量與差壓p成平方根關(guān)系，對于直接配用差壓計顯示流量時，流量標尺是非線性的，為了得到線性刻度，可加開方運算電路或加開方器。如差壓流量變送器帶有開方運算，變送器的輸出電流就與流量成線性關(guān)系。顯示儀表則顯示流量的大小。 要使儀表

18、的指示值與通過管道的實際流量相符，必須做到以下幾點：,（1）差壓變送器的壓差和顯示儀表的流量標尺有若干種規(guī)格，選擇時應(yīng)與節(jié)流裝置孔徑匹配。 （2）在測量蒸汽和氣體流量時，常遇到工作條件的密度與設(shè)計時的密度c不相同，這時必須對示數(shù)進行修正。 （3）顯示儀表刻度通常是線性的，測量值（差壓信號）要經(jīng)過開方運算進行線性化處理后再送顯示儀表。,（4）節(jié)流裝置應(yīng)正確安裝。 （5）接至差壓變送器的壓差應(yīng)該與節(jié)流裝置前后壓差相一致，這就需要正確安裝差壓信號管路，信號管路安裝舉例(如下)：, 被測流體為清潔液體時，導(dǎo)壓管路安裝方式如圖3 - 4 所示。,a)垂直管道差壓儀表在管道下方 b) 差壓儀表在管道上方 圖