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[摘 要]差压式流量计在天然气流量测量中的应用非常广泛，该流量计价格低廉、适应性强，标准化程度高并且使用方便，处于使用的主导地位。差压式流量计的安装要求是保证其测量精度的重要步骤，节流装置、信号管路的正确安装是精确测量的保证。
[关键词]差压 流量计 原理 流量 安装
中图分类号：TH814 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）27-0605-02
1 前言
差压式流量计成功应用于工业流量测量已逾百年，差压式流量计在工业生产中是应用最广泛，使用量最大的流量计。时至今日，有许多地方都在用差压式流量计进行天然气流量的测量，它在某些场合还占据相当大的优势。差压式流量计在积累了大量实践经验的基础上，已经形成了系列化、通用化、标准化程度很高的差压式流量计。
2 基本原理
差压式流量计是根据安装于管道中流量检测件产生的差压、已知的流体条件和检测件与管道的几何尺寸来测量流量的仪表。
充满管道的流体，当它流经管道内的节流件时，流束将在节流件处形成局部收缩，因而流速增加，静压力降低，于是在节流件前后便产生了压差。流体流量越大，产生的压差越大，这样可根据压差来衡量流量的大小。这种测量方法是以流动连续性方程和伯努利方程为基础的。流量Q与压差的开平方成正比关系。所以通过检测出流体流经节流件后产生的压差信号也就可以间接地测出对应的流量Q。
3 流量计算
差压式流量计的流量用下式计算：
（1）
式中：—质量流量，kg/s；—流出系数；—渐进速度系数，，，即孔板孔径与管道内径之比；—可膨胀系数，当流体为液体时=1，当流体为气体时<1；—孔板孔径，m；—压差，Pa；—流体密度，kg/m3。
4 主要特点
差压式流量计的优点：
1）优异的稳定性、可靠性和抗振动能力；简单牢固，性能稳定可靠，价格低廉；
2）对高温、高压、低静压、低流速、低密度流体的适应性；
3）口径从小到大，系列齐全；
4）变更量程方便；
5）只要按照标准设计、制造、安装和使用，无需实流标定就能获得规定的准确度，因而为用户带来方便。
差压式流量计的缺点和局限性：
1）测量精确度在流量计中属中等水平。由于众多因素的影响错综复杂，精确度难以提高；
2）范围度窄，由于仪表信号（差压）与流量为平方关系，一般范围度较小；
3）现场安装条件要求较高，如需较长的直管段（指孔板、喷嘴）；
4）节流装置与差压显示仪表之间引压管线为薄弱环节，易产生泄漏，堵塞及冻结、信号失真等故障。
针对以上缺点和局限性，差压式流量计可从以下方面进行改进：
1）范围度拓宽
范围度的拓宽可从两方面着手：研发线性孔板；采用宽量程差压变送器或多台差压变送器并用。
2）定值节流件
定值节流件是对每种通径测量管道配以有限数量的节流件。
3）压损问题
差压式流量计的压损多产生于节流件处，低压损节流件的大多数较为笨重且成本高，而定值节流件可将成本降低且应用广泛。
4）一体化节流式
将节流装置和差压变送器做成一体，省略引压管线，减少故障率，改善动态特性，安装方便。
5 安装与使用
差压式流量计的安装要求包括管道条件、管道连接情况、取压口结构、节流装置上下游直管段长度以及差压信号管路的敷设情况等。正确的选用、精确地设计计算和加工制造固然重要，但是如果仪表在现场安装得不正确、不符合规定的各项技术要求的话，会对差压式流量计的测量精度和使用带来很大影响，因此必须十分重视安装工作。差压式流量计在设计计算、安装、使用各个环节都正确，并符合技术要求的条件时，其流量测量误差一般约在±1%～2%范围内。然而，在现场使用中，往往由于各种条件的限制和各方面因素的影响，其实际测量误差远远超过上述数值。其中，由于安装质量不符合规定要求而造成的测量误差，往往占有相当大的份量。所以，对安装这一环节的质量必须给予足够的重视。
5.1 标准节流装置的安装
为了确保流经节流装置时流动状态能够和计算中所用数据的实验条件相符，以保证设计计算时预定的流量和差压之间的定量关系能够准确实现，对标准节流装置的安装提出了严格的要求。
1）节流件的入口端面要与管道轴线垂直，其偏差不得超过1°。
2）必须保证节流件与管道同心。其不同心度不得超过0.15D（1/～1）的数值。
3）夹紧节流件用的密封垫片在夹紧后不得突入管道内壁。
4）为了正确确定工作温度下的值，应采用已知热膨胀系数的材质制造管道和节流件，若管道材质热膨胀系数不一致，节流件的安装应保证夹紧后在受热情况下能自由膨胀，以免变形。
5）管口于法兰密封面应平齐，夹紧环室或夹紧环的法兰密封面应为凸型，并于环室或夹紧环的凹槽配合。若环室材质的热膨胀系数大于法兰的热膨胀系数，应采用过盈配合，反之应采用间隙配合。
6）在测量精度要求较高的场合，为了满足上述安装要求，应将节流件、环室和上游侧10D及5D长的测量管先行组装，检验合格证后再接入主管道。
7）新装管路系统必须在管道冲洗后再进行节流件的安装。
8）节流装置的各管端和管件的连接处不得有任何管径突变。
5.2 差压信号管路的安装
被测流体的流量节流装置变成差压信号后，由差压信号管路将差压信号传送给差压计，以显示出被测流量的大小。为了保证节流装置的输出差压可靠、准确地传送到差压计或差压变送器上，差压信号管路要按照规定敷设。 1）引压导管
导压管应按被测液体的性质和参数使用耐压、耐腐蚀的材料制造，其内径不得小于6mm，其长度最好在16m以内。
导压管应垂直或倾斜敷设，其倾斜度不得小于1/12。对于粘度较高的流体，其倾斜度还应增大。当差压信号传送距离大于30m时，导压管应分段倾斜，并在最高点和最低点分别装置集气器。
为了避免差压信号传送失真，正负压导压管应尽量靠近敷设。严寒地区导压管应加防冻设备，与主管道采取同样措施，用电或者蒸汽加热保温时，要防止过热。低沸点易气化的流体，同样应与主管道采取相同措施，防止流体在导压管中气化，以免产生假差压。
2）取压口
取压口一般设置在法兰、环室或夹紧环的安装，应考虑被测流体为液体时防止气体进入导压管，被测流体为气体时防止水和脏物进入导压管。若安装节流位置的主管道处于垂直位置时，则压口的位置在取压装置的平面上，可任意选择。
3）冷凝器、集气器、沉降器和截止阀
冷凝器的容积应大于在全量程内差压计或差压变送器工作空间的最大容积变化的三倍，在水平方向的横截面积，不得小于差压计或差压变送器的工作面积，以便忽略由于冷凝器中的冷凝液面波动而产生的附加误差。
测量蒸汽流量用的差压信号管路，即使差压计位移很小也必须安装冷凝器。
被测液体为高压蒸汽时，在节流件和冷凝器之间应安装冷凝器水捕集器。以防流量波动很大时，冷凝水返回主管道并使节流件变形。
被测流体为液体时，应在导压管的各最高点上装设集气器或排气阀，以便收集和定期排出信号管路中的气体。
对于各种被测流体，在导压管的各最低点应安装设沉降器或排气阀，以便收集和定期排出信号管路中的污物和气体信号管路中的积水。
在靠近节流件的信号管路上应装截止阀。信号管路上装有冷凝器时，应在靠近冷凝器的位置上装设截止阀。截止阀的流通面积不应小于导压管的流通面积，截断阀的结构应能防止在其本体中聚集气体或液体，避免影响差压信号的传送。
6 结语
虽然差压式流量计的使用历史已经非常久远，并且也属于一种成熟技术，但是由于其自身存在的优点如价格低廉、适应性强，以及标准化和使用方便，目前应用还是非常广泛的，依然处于使用的主导地位。差压式流量计的安装要求是保证其测量精度的重要步骤，节流装置、信号管路的正确安装是精确测量的保证。
作者简介
杨龙，男，1985年11月生，单位：中国石化青岛液化天然气有限责任公司，。工作方向：长输天然气和液化天然气建设运行管理。
[关键词]差压 流量计 原理 流量 安装
中图分类号：TH814 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）27-0605-02
1 前言
差压式流量计成功应用于工业流量测量已逾百年，差压式流量计在工业生产中是应用最广泛，使用量最大的流量计。时至今日，有许多地方都在用差压式流量计进行天然气流量的测量，它在某些场合还占据相当大的优势。差压式流量计在积累了大量实践经验的基础上，已经形成了系列化、通用化、标准化程度很高的差压式流量计。
2 基本原理
差压式流量计是根据安装于管道中流量检测件产生的差压、已知的流体条件和检测件与管道的几何尺寸来测量流量的仪表。
充满管道的流体，当它流经管道内的节流件时，流束将在节流件处形成局部收缩，因而流速增加，静压力降低，于是在节流件前后便产生了压差。流体流量越大，产生的压差越大，这样可根据压差来衡量流量的大小。这种测量方法是以流动连续性方程和伯努利方程为基础的。流量Q与压差的开平方成正比关系。所以通过检测出流体流经节流件后产生的压差信号也就可以间接地测出对应的流量Q。
3 流量计算
差压式流量计的流量用下式计算：
（1）
式中：—质量流量，kg/s；—流出系数；—渐进速度系数，，，即孔板孔径与管道内径之比；—可膨胀系数，当流体为液体时=1，当流体为气体时<1；—孔板孔径，m；—压差，Pa；—流体密度，kg/m3。
4 主要特点
差压式流量计的优点：
1）优异的稳定性、可靠性和抗振动能力；简单牢固，性能稳定可靠，价格低廉；
2）对高温、高压、低静压、低流速、低密度流体的适应性；
3）口径从小到大，系列齐全；
4）变更量程方便；
5）只要按照标准设计、制造、安装和使用，无需实流标定就能获得规定的准确度，因而为用户带来方便。
差压式流量计的缺点和局限性：
1）测量精确度在流量计中属中等水平。由于众多因素的影响错综复杂，精确度难以提高；
2）范围度窄，由于仪表信号（差压）与流量为平方关系，一般范围度较小；
3）现场安装条件要求较高，如需较长的直管段（指孔板、喷嘴）；
4）节流装置与差压显示仪表之间引压管线为薄弱环节，易产生泄漏，堵塞及冻结、信号失真等故障。
针对以上缺点和局限性，差压式流量计可从以下方面进行改进：
1）范围度拓宽
范围度的拓宽可从两方面着手：研发线性孔板；采用宽量程差压变送器或多台差压变送器并用。
2）定值节流件
定值节流件是对每种通径测量管道配以有限数量的节流件。
3）压损问题
差压式流量计的压损多产生于节流件处，低压损节流件的大多数较为笨重且成本高，而定值节流件可将成本降低且应用广泛。
4）一体化节流式
将节流装置和差压变送器做成一体，省略引压管线，减少故障率，改善动态特性，安装方便。
5 安装与使用
差压式流量计的安装要求包括管道条件、管道连接情况、取压口结构、节流装置上下游直管段长度以及差压信号管路的敷设情况等。正确的选用、精确地设计计算和加工制造固然重要，但是如果仪表在现场安装得不正确、不符合规定的各项技术要求的话，会对差压式流量计的测量精度和使用带来很大影响，因此必须十分重视安装工作。差压式流量计在设计计算、安装、使用各个环节都正确，并符合技术要求的条件时，其流量测量误差一般约在±1%～2%范围内。然而，在现场使用中，往往由于各种条件的限制和各方面因素的影响，其实际测量误差远远超过上述数值。其中，由于安装质量不符合规定要求而造成的测量误差，往往占有相当大的份量。所以，对安装这一环节的质量必须给予足够的重视。
5.1 标准节流装置的安装
为了确保流经节流装置时流动状态能够和计算中所用数据的实验条件相符，以保证设计计算时预定的流量和差压之间的定量关系能够准确实现，对标准节流装置的安装提出了严格的要求。
1）节流件的入口端面要与管道轴线垂直，其偏差不得超过1°。
2）必须保证节流件与管道同心。其不同心度不得超过0.15D（1/～1）的数值。
3）夹紧节流件用的密封垫片在夹紧后不得突入管道内壁。
4）为了正确确定工作温度下的值，应采用已知热膨胀系数的材质制造管道和节流件，若管道材质热膨胀系数不一致，节流件的安装应保证夹紧后在受热情况下能自由膨胀，以免变形。
5）管口于法兰密封面应平齐，夹紧环室或夹紧环的法兰密封面应为凸型，并于环室或夹紧环的凹槽配合。若环室材质的热膨胀系数大于法兰的热膨胀系数，应采用过盈配合，反之应采用间隙配合。
6）在测量精度要求较高的场合，为了满足上述安装要求，应将节流件、环室和上游侧10D及5D长的测量管先行组装，检验合格证后再接入主管道。
7）新装管路系统必须在管道冲洗后再进行节流件的安装。
8）节流装置的各管端和管件的连接处不得有任何管径突变。
5.2 差压信号管路的安装
被测流体的流量节流装置变成差压信号后，由差压信号管路将差压信号传送给差压计，以显示出被测流量的大小。为了保证节流装置的输出差压可靠、准确地传送到差压计或差压变送器上，差压信号管路要按照规定敷设。 1）引压导管
导压管应按被测液体的性质和参数使用耐压、耐腐蚀的材料制造，其内径不得小于6mm，其长度最好在16m以内。
导压管应垂直或倾斜敷设，其倾斜度不得小于1/12。对于粘度较高的流体，其倾斜度还应增大。当差压信号传送距离大于30m时，导压管应分段倾斜，并在最高点和最低点分别装置集气器。
为了避免差压信号传送失真，正负压导压管应尽量靠近敷设。严寒地区导压管应加防冻设备，与主管道采取同样措施，用电或者蒸汽加热保温时，要防止过热。低沸点易气化的流体，同样应与主管道采取相同措施，防止流体在导压管中气化，以免产生假差压。
2）取压口
取压口一般设置在法兰、环室或夹紧环的安装，应考虑被测流体为液体时防止气体进入导压管，被测流体为气体时防止水和脏物进入导压管。若安装节流位置的主管道处于垂直位置时，则压口的位置在取压装置的平面上，可任意选择。
3）冷凝器、集气器、沉降器和截止阀
冷凝器的容积应大于在全量程内差压计或差压变送器工作空间的最大容积变化的三倍，在水平方向的横截面积，不得小于差压计或差压变送器的工作面积，以便忽略由于冷凝器中的冷凝液面波动而产生的附加误差。
测量蒸汽流量用的差压信号管路，即使差压计位移很小也必须安装冷凝器。
被测液体为高压蒸汽时，在节流件和冷凝器之间应安装冷凝器水捕集器。以防流量波动很大时，冷凝水返回主管道并使节流件变形。
被测流体为液体时，应在导压管的各最高点上装设集气器或排气阀，以便收集和定期排出信号管路中的气体。
对于各种被测流体，在导压管的各最低点应安装设沉降器或排气阀，以便收集和定期排出信号管路中的污物和气体信号管路中的积水。
在靠近节流件的信号管路上应装截止阀。信号管路上装有冷凝器时，应在靠近冷凝器的位置上装设截止阀。截止阀的流通面积不应小于导压管的流通面积，截断阀的结构应能防止在其本体中聚集气体或液体，避免影响差压信号的传送。
6 结语
虽然差压式流量计的使用历史已经非常久远，并且也属于一种成熟技术，但是由于其自身存在的优点如价格低廉、适应性强，以及标准化和使用方便，目前应用还是非常广泛的，依然处于使用的主导地位。差压式流量计的安装要求是保证其测量精度的重要步骤，节流装置、信号管路的正确安装是精确测量的保证。
作者简介
杨龙，男，1985年11月生，单位：中国石化青岛液化天然气有限责任公司，。工作方向：长输天然气和液化天然气建设运行管理。