如何選擇流量計

時間：2022-11-22

由于流量是一個動態(tài)量，測量儀表本身受到眾多因素，如：管道、口徑大小、形狀（圓形、矩形）、邊界條件、介質的物性（溫度、壓力、密度、粘度、臟污性、腐蝕性等）、流體的流動狀態(tài)（紊流狀態(tài)、速度分布等）以及安裝條件與水平的影響。面對國內外十幾類、上百個品種的流量儀表（先后發(fā)展起來的容積式、差壓式、渦輪式、面積式、電磁式、聲波式和熱式流量計等類型），如何根據(jù)流量、流態(tài)、安裝要求與環(huán)境條件、經(jīng)濟性等因素合理選型，是應用好流量儀表的前提和基礎，本文匯總了場見流量儀表選型原則和方法，幫助大家快速掌握流量儀表選型并應用。

總的來說，選擇流量計的原則首先是要深刻地了解各種流量計的結構原理和流體特性等方面的知識，同時還要根據(jù)現(xiàn)場的具體情況及考察周邊的環(huán)境條件進行選擇。也要考慮到經(jīng)濟方面的因素。一般情況下，主要應從下面四個方面進行選擇：

性能要求

流量計的性能方面主要包括：測量流量（瞬時流量）還是總量（累積流量）；準確度要求；重復性；線性度；流量范圍和范圍度；壓力損失；輸出信號特性和流量計的響應時間等。

測流量還是總量

流量測量包括兩種，即瞬時流量和累積流量，比如對分輸站管道的屬于貿(mào)易交接或石油化工管道進行連續(xù)配比生產(chǎn)或生產(chǎn)流程的過程控制等需要計量總量，間或輔以瞬時流量的觀察。在有的工作場所對流量進行控制則需配備瞬時流量測量。因此，要根據(jù)現(xiàn)場計量的需要進行選擇。有些流量計比如容積式流量計，渦輪流量計等，其測量原理是以機械計數(shù)或脈沖頻率輸出直接得到總量，其準確度較高，適用于計量總量，如配有相應的發(fā)訊裝置也可輸出流量。電磁流量計、聲流量計等是以測量流體流速推導出流量，響應快，適用于過程控制，如果配以積算功能后也可以獲得總量。

準確度

流量計準確度等級的規(guī)定是在一定的流量范圍內，如果使用在某一特定的條件下或比較窄的流量范圍內，比如，僅在很小的范圍內變化，此時其測量準確度會比所規(guī)定的準確度等級高。如用渦輪流量計計量油品裝桶分發(fā)，在閥門全開的情況下使用，流量基本恒定，其準確度可能會從0.5級提高到0.25級。

用于貿(mào)易核算、儲運交接和物料平衡如果要求測量準確度較高時，應考慮準確度測量的持久性，一般用于上述情況下的流量計，準確度等級要求為0.2級。在這樣的工作場所一般是現(xiàn)場配備計量標準設備（比如體積管），對所使用的流量計進行在線檢測。近幾年由于各單位對計量的高要求，對計量提出實行系數(shù)交接，即除了每半年對流量計進行一次周期檢測后，貿(mào)易交接雙方協(xié)商每1個月或2個月對流量計進行檢定確定流量系數(shù)，每天根據(jù)流量計計量的數(shù)據(jù)與流量計流量系數(shù)計算出數(shù)據(jù)進行交接，以提高流量計的準確度，也稱為**交接。

準確度等級一般是根據(jù)流量計的大允許誤差確定的。各制造廠提供的流量計說明書中會給出。一定要注意其誤差的百分率是指相對誤差還是引用誤差。相對誤差為測量值的百分率，常用“％ R”表示。引用誤差則是指測量上限值或量程的百分率，常用“％ FS”。許多制造廠說明書中并未注明。比如，浮子計一般都是采用引用誤差，電磁流量計有的型號也有采用引用誤差的。

流量計如果不是單純計量總量，而是應用在流量控制系統(tǒng)中，則檢測流量計的準確度要在整個系統(tǒng)控制準確度要求下確定。因為整個系統(tǒng)不僅有流量的誤差，還包含有信號傳輸、控制調節(jié)、操作執(zhí)行等環(huán)節(jié)的誤差和各種影響因素。比如，操作系統(tǒng)中存在有2%左右的回差，對所采用的測量儀表確定過高的準確度（0.5級以上）就是不經(jīng)濟和不合理的。就儀表本身來說，傳感器與二次儀表之間的準確度也應該適當相配，比如說設計出來未經(jīng)實際標定的均速管誤差如在±2.5%～±4%之間，配上0.2%～0.5%高準確度的差壓計就意義不大了。

還有一個問題就是對于檢定規(guī)程或制造廠說明書中對流量計所規(guī)定的準確度等級指的是其流量計的大允許誤差。但是由于流量計在現(xiàn)場使用時受環(huán)境條件、流體流動條件和動力條件等變化的影響，將會產(chǎn)生一些附加誤差。因此，現(xiàn)場使用的流量計應是儀表本身的大允許誤差和附加誤差的合成，一定要充分考慮到這個問題，有時候可能現(xiàn)場的使用環(huán)境范圍內的誤差會過流量計的大允許誤差。

重復性

重復性是由流量計原理本身與制造質量決定的，是流量計使用過程中的一個重要的技術指標，與流量計的準確度息息相關。一般在檢定規(guī)程中的計量性能要求中對流量計不僅有準確度等級規(guī)定外，還對重復性進行了規(guī)定，一般規(guī)定為：流量計的重復性不得過相應準確度等級規(guī)定的大允許誤差的1/3～1/5。

重復性一般定義為在環(huán)境條件和介質參量等不變的情況下，對某*量值短時間內，同方向進行多次測量的一致性。但是，在實際應用中，流量計的重復性會常常被流體粘度、密度參量的變化所影響，有時這些參量變化還沒有達到需要進行專門修正的程度，會誤認為是流量計的重復性不好。鑒于這種情況下，應選擇對此參量變化不敏感的流量計。比如，浮子流量計容易受流體密度影響，小口徑的流量計不僅受流體密度的影響，可能還會受流體粘度的影響；渦輪流量計如果用在高粘度范圍時的粘度影響；有些未做修正處理的聲流量計會受到流體溫度的影響等等。如果流量計的輸出是非線性的，這種影響可能會較為**。

線性度

流量計的輸出主要有線性和非線性平方根兩種。一般的來說流量計的非線性誤差是不單獨列出的，而是包含在流量計的誤差內。對于一般比較寬流量范圍，輸出信號為脈沖的，用作總量積算的流量計，線性度則是一個重要的技術指標，如果在其流量范圍內使用單一的儀表系數(shù)，當線性度差就會降低流量計的準確度。比如，渦輪流量計在10：1的流量范圍內采用一個儀表系數(shù)，線性度差時其準確度會較低，隨著計算機技術的發(fā)展，可將其流量范圍分段，用小二乘法擬合出流量—儀表系數(shù)曲線對流量計進行修正，從而提高流量計的準確度和擴展流量范圍。

上限流量和流量范圍

上限流量也稱為流量計的滿度流量或大流量。當我們選擇流量計的口徑時應按被測管道使用的流量范圍和被選流量計的上限流量和下限流量來進行配置，不能簡單的按管道通徑進行配用。

一般來講，設計管道流體大流速是按經(jīng)濟流速來確定的。如果選擇過低，管徑粗，投資會大；過高則輸送功率大，增加運行成本。比如，像水等低粘度液體其經(jīng)濟流速為1.5～3m/s，高粘度液體0.2～1m/s，大部分流量計上限流量的流速接近或**管道經(jīng)濟流速。因此，流量計選擇時其口徑與管道相同時候就較多，安裝比較方便。如不相同也不會相差太多，一般上下相鄰一檔的規(guī)格，可采用異徑管連接。

在流量計的選擇中應注意不同類型的流量計，其上限流量或上限流速由于受各自流量計的測量原理和結構的限制差別較大。以液體流量計為例，上限流量的流速以玻璃浮子流量計為低，一般是0.5～1.5m/s之間，容積式流量計在2.5～3.5m/s之間，渦街流量計較高在5.5～7.5m/s之間，電磁流量計則在1～7m/s之間，甚至達到0.5～10m/s之間。

液體的上限流速還需要考慮不能因為流高而產(chǎn)生氣穴現(xiàn)象，出現(xiàn)氣穴現(xiàn)象的地點一般是在流速大，靜壓低的位置，為了防止氣穴的形成，常常需要控制流量計的小背壓（大流量）。

還應注意流量計的上限值訂購后就不能改變，比如容積式流量計或浮子流量計等。差壓式流量計像節(jié)流裝置孔板等一經(jīng)設計確定后，其下限流量不能改變，上限流量變動可以通過調整差壓變送器或更換差壓變送器來改變流量。比如某些型號的電磁流量計或聲流量計，有些用戶可以自行重新設定流量上限值。

范圍度

范圍度為流量計的上限流量和下限流量的比值，其值越大則流量范圍越寬。線性儀表有較寬的范圍度，一般為1：10。非線性流量計的范圍度較小僅為1：3。一般用于過程控制或貿(mào)易交接核算的流量計，如果要求流量范圍比較寬就不要選擇范圍度小的流量計。

目**些制造廠為宣傳其流量計的流量范圍寬，在使用說明書中把上限流量的流速提得很高，比如液體提高到7～10m/s（一般為6m/s）；氣體提高到50～75m/ s（一般為40~50）m/s）；實際上如此高的流速是用不上的。其實范圍度寬的關鍵是有較低的下限流速，以適應測量需要。所以下限流速低的寬范圍度的流量計才是比較實用的。

壓力損失

壓力損失一般是指流量傳感器由于在流通通道中設置的靜止或活動檢測元件或改變流動方向，從而產(chǎn)生隨流量而變的不能恢復的壓力損失，其值有時可達數(shù)十千帕。因此，應按管道系統(tǒng)泵送能力和流量計進口壓力等確定大流量的允許壓力損失來選定流量計。因選擇不當會限制流體流動產(chǎn)生過大壓力損失而影響流通效率。有些液體（高蒸汽壓碳氫液）還應注意過度的壓力降可能引發(fā)氣穴現(xiàn)象和液相汽化，降低測量準確度甚至損壞流量計。比如管徑大于500mm的輸水用的流量計，應考慮壓損所造成的能量損耗過大而增加的泵送費用。據(jù)有關報道，壓力損失較大的流量計幾年來為測量付出的泵送費用往往過低壓損、價格較貴的計的購置費用。

輸出信號特性

流量計的輸出和顯示量可以分為：

① 流量（體積流量或質量流量）；② 總量；③ 平均流速；④ 點流速。有些流量計輸出為模擬量（電流或電壓），另一些輸出脈沖量。 模擬量輸出一般認為適合于過程控制，比較適合于與調節(jié)閥等控制回路單元接配；脈沖量輸出比較適合于總量和高準確度的流量測量。長距離信號傳輸脈沖量輸出則比模擬量輸出有較高的傳送準確度。輸出信號的方式和幅值還應有與其他設備相適應的能力，比如控制接口、數(shù)據(jù)處理器、報置、斷路保護回路和數(shù)據(jù)傳送系統(tǒng)。

響應時間

應用于脈動流動場合應注意流量計對流動階躍變化的響應。有些使用場合要求流量計輸出跟隨流體流動變化，而另一些為獲得綜合平均值要求有較慢響應的輸出。瞬時響應常以時間常數(shù)或響應頻率表示，其值前者從幾毫秒到幾秒，后者在數(shù)百Hz以下。配用顯示儀表可能相當大地延長響應時間。一般認為計增加或減小時動態(tài)響應不對稱會加速增加測量誤差。

流體特性

在流量測量中由于各種流量計總會受到流體物性中某一種或幾種參量的影響，所以流體的物性很大程度上會影響流量計的選型。因此， 所選擇的測量方法和流量計不僅要適應被測流體的性質，還要考慮測量過程中流體物性某一參量變化對另一參量的影響。比如，溫度變化對液體粘度的影響。

流體物性方面常見的有密度、粘度、蒸汽壓力和其他參量。這些參量一般可以從手冊中查到，評估使用條件下流體各參量和選擇流量計的適應性。但也會有些物性是無法查到。比如腐蝕性、結垢、堵塞、相變和混相狀態(tài)等。

流體的溫度和壓力

仔細的分析流量計內流體的工作壓力和溫度，尤其是測量氣體時溫度壓力變化造成過大的密度變化，可能要改變所選擇的測量方法。比如，溫度和壓力影響流量測量準確度等性能時，要作溫度或壓力修正。另外，流量計外殼的結構強度設計和材質也取決于流體的溫度和壓力。因此，確切地知道溫度和壓力的大值和小值。當溫度和壓力變動很大時較應仔細選擇。

還應注意在測量氣體時要確認其體積流量值是在工況狀態(tài)下的溫度和壓力還是在標準狀態(tài)下的溫度和壓力。

流體的密度

對于液體，在大部分應用場合下其密度相對恒定，除非溫度變化很大而引起較大變化，一般可不進行密度修正。在氣體應用場合，流量計的范圍度和線性度，取決于氣體密度,，一般要知道在標準狀態(tài)下和工況狀態(tài)下的值，以便選用。也有將流動狀態(tài)的值換算到某些公認的參比值，這種方法在石油儲運方面應用普遍。低密度氣體對某些測量方法，特別是利用氣體動量推動檢測傳感器的儀表（比如渦輪流量計）會比較困難。

粘度

各種液體之間粘度差別很大，且因溫度變化有顯著變化。而氣體則不同，各種氣體之間粘度差別較小，其值一般較低。且不會因溫度和壓力變化而有顯著變化。因為液體的粘度比氣體高得多。比如在20℃和100kPa下，水的動力粘度為 Pa·s，而空氣的動力粘度則為 Pa·s，所以液體一定要考慮粘度的影響，而氣體的粘度就不如液體那樣重要。

粘度對各類流量計的影響程度不一樣，比如，對于電磁流量計、聲流量計和科里奧利式質量流量計的流量值是在很寬粘度范圍內，可以認為不受液體粘度的影響；容積式流量計的誤差特性和粘度有關，可能會略受影響；而浮子流量計、渦輪流量計和渦街流量計，當粘度過某值時則影響較大以致不能使用。

有些流量計的特性用管道雷諾數(shù)作為參變量進行描述的，而管道雷諾數(shù)是流體粘度、密度以及管道流速的函數(shù)。因此，粘度對儀表特性還是有影響的。

粘度也是判別牛頓流體或非牛頓流體的一個參數(shù)，大多數(shù)流量測量方法和流量計僅適用于牛頓流體。所有氣體都是牛頓流體。大多數(shù)液體以及含有少量球形微粒的液體也是牛頓流體。只適用于牛頓流體的測量方法和流量計，如果應用于非牛頓流體時將給測量帶來影響。所以，牛頓流體是流體流量測量正常使用的重要條件。

粘度對不同類型的流量計范圍度的影響趨勢各異，一般容積式計粘度增加，范圍度擴大。而渦輪流量計和渦街流量計則相反，粘度增加，范圍度縮小。因此，在評估流量計的適應性時，應該要掌握液體的溫度—粘度特性。

某些非牛頓流體（如鉆井泥漿、紙漿、巧克力、油漆）性質的液體，它們的流動狀態(tài)復雜，不易判斷其屬性，當選擇流量計時謹慎。

化學腐蝕和結垢

1）化學腐蝕問題

流體的化學腐蝕問題有時會成為我們選擇測量方法和使用流量計的決定因素。比如，某些流體會使流量計接觸零件腐蝕，表面結垢或積淀析出晶體，金屬零件表面產(chǎn)生電解化學作用，這些現(xiàn)象的產(chǎn)生會降低流量計的性能和使用壽命。因此，為了解決化學腐蝕和結垢問題，制造廠采取了許多方法，如選用抗腐蝕材料或在流量計的結構上采取防腐蝕措施，比如，節(jié)流裝置孔板用陶瓷材料制造，金屬浮子流量計內襯耐腐蝕的工程塑料。但是對于結構較復雜的流量計，如容積式流量計和渦輪流量計等就無法對具有腐蝕性流體進行測量了。有一些流量計是從原理結構上就具有耐腐蝕性或易于作耐腐蝕的措施。聲流量計的換能器探頭安裝在管道外壁不與被測流體接觸，本質上就是防腐蝕的。電磁流量計只有測量管襯里和一對形狀簡單的電極與液體接觸，近年有些設計將電極也不與液體接觸，也是一種防腐蝕的措施。

2）結垢

由于流量計腔體和流量傳感器上結垢或析出結晶會減少流量計內活動部件的間隙，降低流量計內敏感元件的靈敏度或測量性能。比如在聲流量計應用上結垢層會阻礙聲波**。在電磁流量計應用上不導電結垢層絕緣了電極表面，會使流量計無法工作。所以有些流量計常采用在流量傳感器外界加溫防止析出結晶或加裝裝置除垢器。

化學腐蝕和結垢的結果是改變試驗管道內壁粗糙度，而粗糙度會影響流體的流速分布，因此，建議使用者應注意這個問題，比如多年使用的管道應進行清洗和除垢工作。

腐蝕和結垢影響流量測量值的變化會因流量計的類型而不同。下面以聲流量計和電磁流量計為例來說明由于管道結垢影響的結果，比如，內徑為50mm的管道，內壁結垢或沉積0.1～0.2mm，會使測量管道面積縮小0.4%～0.6%，所產(chǎn)生的誤差對于0.5～1.0級的流量計將是不容忽視的偏差。

壓縮系數(shù)

氣體壓縮系數(shù)z為一定質量的氣體，在相同溫度、壓力下，其實際比體積與“理想比體積”之比。一般地說，對于理想氣體z=0；實際氣體z可能大于1或小于1。z偏離1的數(shù)值大小表示實際氣體偏于理想氣體的程度。氣體壓縮系數(shù)z值取決于種類或組分、溫度、壓力。因此，氣體測量一定要通過壓縮系數(shù)求取工作狀態(tài)下的流體密度。如果組分固定的流體通過溫度、壓力和壓縮系數(shù)計算密度。 如果流體為多組分（比如對氣的計量）并工作在接近（或在）臨界區(qū)，就需要配備在線密度計在線對密度進行測量。

流量計的安裝

安裝時需注意的問題

安裝問題對不同原理的流量計要求是不一樣的。對有些流量計，比如差壓式流量計、速度流量計，按規(guī)程規(guī)定在流量計的上、下游需配備一定長度的或較長的直管段，以保證流量計進口端前流體流動達到充分發(fā)展。而另一些流量計，比如對容積式流量計、浮子流量計等則對直管段長度就沒有要求或要求較低。

還有的流量計因受安裝的影響而產(chǎn)生一定的誤差，比如，科里奧利質量流量計，由于安裝應力的影響會給使用帶來很大的誤差。追溯流量計在使用中出現(xiàn)問題，可能未必都是因為計本身的問題，很多狀況是由于安裝不善所致。 一般常見的問題有下面幾種：

① 把差壓式流量計孔板的進口面反裝；

② 流量傳感器安裝在流速分布剖面不良的場所；

③ 連接到差壓裝置的引壓管中存在不希望存在的相；

④ 流量計安裝在有害的環(huán)境或不易接近的地方；

⑤ 流量計流動方向安裝錯誤；

⑥ 流量計或電信號傳輸線置于強電磁場下；

⑦ 將易受振動干擾的流量計安裝在有振動的管道上；

⑧ 缺少必要的防護性配件。

安裝條件

流量計在使用中應注意安裝條件的適應性和要求，主要從下面幾方面考慮，比如流量計的安裝方向、流體的流動方向、上、下游管道的配置、閥門位置、防護性配件、脈動流影響、振動，電氣干擾和流量計的維護等。

1）現(xiàn)場管道布線

在現(xiàn)場管道布線時應注意流量計的安裝方向，由于流量計的安裝方向一般分為垂直安裝方式和水平安裝方式，對于這兩種安裝方式在流量測量性能上是有差別的。比如，流體垂直向下流動會使流量計傳感器帶來額外力而影響流量計的性能，使流量計的線性度、重復性下降。流量計的安裝方向還取決于流體的物性，如水平管道可能沉淀固體顆粒，因此測量具有這種狀態(tài)的流量計好安裝于垂直管道。

2）流體的流動方向

這個問題與流量計的安裝方向比較相似， 由于有的流量計規(guī)定只能在一個方向工作，反向流動會損壞流量計。使用類似流量計時還要考慮當發(fā)生無操作時可能會產(chǎn)生反向流動，這樣就需要采取措施，如安裝止回閥以保護流量計。即使能雙向使用的流量計，其正向和反向之間的測量性能可能也會有些差異，應該按照制造廠規(guī)定的要求使用。

3）流量計上游和下游直管段

由于流量計會受到管路進口流動狀態(tài)的影響，管道配件也會引入流動擾動，流動擾動一般有旋渦和流速分布剖面畸變，旋渦存在普遍是由于有兩個或兩個以上空間（立體）彎管所引起的。流速剖面畸變通常是由管路配件局部阻礙（如閥門）或彎管所組成。這些影響需要以適當長度的上游直管段或安裝流動調整器進行改善。除了考慮流量計連接配件的影響外，可能還要考慮上游管道配件組合的影響，因為它們可能產(chǎn)生不同的擾動源，所以一定要盡可能拉開各擾動源之間的距離以減少其影響。比如像在單彎管后面緊接著部分開啟的閥。

流量計的下游也需要有一段直管段以減小下游流動影響。

對于容積式流量計和科里奧利質量流量計是不大會受不對稱流動剖面影響；渦輪流量計使用時應盡量降低旋渦；電磁流量計和差壓式流量計則應限制旋渦在很小的范圍內。

氣穴和凝結是由于管道布置不合理造成的，避免管道直徑上和方向上的急劇改變。管道布置不良也會產(chǎn)生脈動。

4）管徑和管道振動

有些類型的流量計管徑范圍并不很寬，因此過大或過小會限制流量計品種的選擇。測量低流速或高流速的流量，可選擇與管徑尺寸不同的流量計管徑，可以使用異徑管連接，使流量計運行在規(guī)定的范圍內。流量過范圍，流低計誤差增加會無法工作，流高流量計誤差也可能增加，同時還會使流量傳感器速或壓力降過大而損壞流量計的使用。

有些流量計如壓電檢測件的渦街流量計和科里奧利質量流量計敏感于機械振動，容易受管道振動干擾，應注意在流量計前后管道上作支撐設計。對于脈動影響的消除采用脈動消除器以外，還注意將所有被安裝的流量計應遠離振動或脈動源。

5）閥門的安裝位置

在安裝計的管道都裝有控制閥和隔離閥，為避免由于閥引起一些流速分布擾動和氣穴而影響流量計測量，一般控制閥應安裝在流量計的下游，控制閥安裝在流量計的下游還可以增加計背壓，便于減小流量計內部產(chǎn)生氣穴的可能性。

隔離閥安裝的目的是為了使流量計與管線的流體隔離以便于維修。上游閥應離流量計足夠距離，當流量計運行時，上游閥應全開以避免流速分布畸變等擾動。

6）防護性配件

安裝防護性配件是為了保證流量計能正常運行的防護措施

7）電器連接和電磁干擾

8）脈動流和非定常流

環(huán)境條件要求

1）環(huán)境溫度

環(huán)境溫度變化會影響流量計的電子部分和流量傳感器部分。。

2）環(huán)境濕度

環(huán)境中大氣濕度也是影響流量計使用的問題之一。

3）安全性

4）電氣干擾

測量方法和流量計的選擇

漿液流量測量的選擇

詞條
詞條說明
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