鄭 健 高海龍

大港石化公司 維護(hù)車間 （天津 大港 300280）

差壓式流量儀表的使用與維護(hù)

鄭 健 高海龍

大港石化公司 維護(hù)車間 （天津 大港 300280）

從差壓式流量儀表在流量測量中的重要地位出發(fā)，介紹了這種流量測量系統(tǒng)的使用與維護(hù)。指出，差壓式流量測量系統(tǒng)的使用維護(hù)不僅包括對硬件的維護(hù)和管理，更重要的是軟維護(hù)，并結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際對差壓式流量儀表的誤差進(jìn)行分析。

軟維護(hù) 硬維護(hù) 偏離 誤差分析 差壓式流量計

差壓式流量計是根據(jù)流體流動的節(jié)流原理進(jìn)行流量測量的，所以差壓式流量計又稱為節(jié)流式流量計。這種流量計一般由節(jié)流裝置、導(dǎo)壓管、差壓計或差壓變送器等組成。由于它具有原理簡明、設(shè)備簡單、維護(hù)費(fèi)用低、應(yīng)用技術(shù)比較成熟、容易掌握等優(yōu)點(diǎn)，已成為當(dāng)今工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的流量儀表。雖然不斷有一些新型的流量儀表投放市場，但由于結(jié)構(gòu)、造價、使用條件等原因，仍然改變不了差壓式流量計在流量測量中的地位。因此，這種流量測量系統(tǒng)的正確使用與維護(hù)仍然是自動化儀表工作者必須重視的問題。

差壓式流量計的原理

通常以檢測件的形式對差壓式流量計 (以下簡稱DPF或流量計)分類，如孔板流量計、文丘里管流量計及均速管流量計等。其二次裝置為各種機(jī)械、電子、機(jī)電一體式差壓計，差壓變送器和流量顯示及計算儀表，它已發(fā)展為三化(系列化、通用化及標(biāo)準(zhǔn)化)程度很高的種類規(guī)格龐雜的一大類儀表。差壓計既可用于測量流量參數(shù)，也可測量其他參數(shù) (如壓力、物位、密度等)。

差壓式流量計是以伯努利方程和流體連續(xù)性方程為依據(jù)，根據(jù)節(jié)流原理，當(dāng)流體流經(jīng)節(jié)流件時(如標(biāo)準(zhǔn)孔板、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴、長徑噴嘴、經(jīng)典文丘利嘴、文丘利噴嘴等)，在其前后產(chǎn)生壓差，此差壓值與該流量的平方成正比。在差壓式流量計中，因標(biāo)準(zhǔn)孔板節(jié)流裝置差壓流量計結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低、研究最充分、己標(biāo)準(zhǔn)化而得到較廣泛的應(yīng)用。孔板流量計理論流量計算公式為:

式中，qf為工況下的體積流量，m3/s；c為流出系數(shù)，無量綱；β=d/D，無量綱；d為工況下孔板內(nèi)徑，mm；D為工況下上游管道內(nèi)徑，mm；ε為可膨脹系數(shù)，無量綱；Δp為孔板前后的差壓值，Pa；ρ1為工況下流體的密度，kg/m3。

差壓式流量計的主要特點(diǎn)

1 優(yōu)點(diǎn)

（1）應(yīng)用最普遍的標(biāo)準(zhǔn)孔板，結(jié)構(gòu)易于復(fù)制，簡單牢固，性能穩(wěn)定可靠，使用期長，價格低廉；

（2）應(yīng)用范圍廣泛，至今尚無任何一類流量計可與之比擬，全部單相流體包括液、氣、蒸汽皆可測量，部分混相流如氣固、氣液、液固等亦可應(yīng)用；

（3）檢測件與差壓顯示儀表可由不同制造廠生產(chǎn)，便于形成專業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)，它們的結(jié)合非常靈活方便；

（4）目前在各種類型的流量計中以節(jié)流式和動壓頭式應(yīng)用最多，節(jié)流式檢測件達(dá)數(shù)十種之多，新品種不斷出現(xiàn)，已完全向標(biāo)準(zhǔn)型方向發(fā)展。動壓頭式以均速管流量計為代表近年有較快發(fā)展，它是插入式流量計的主要品種。

2 缺點(diǎn)

（1）測量的精確度在流量計中屬中等水平，由于眾多影響因素的錯綜復(fù)雜，難以精確掌握，精確度提高比較困難；

（2）范圍度窄，一般為3∶1或4∶1；

（3）現(xiàn)場安裝條件要求較高，例如需較長直管段長度等，一般較難滿足；

（4）檢測件與差壓顯示儀表之間的引壓管線為薄弱環(huán)節(jié)，易產(chǎn)生泄漏、堵塞、凍結(jié)及信號失真等故障；

（5）壓損大（指孔板、噴嘴等）。

差壓式流量計的使用

差壓式流量計能否可靠運(yùn)行，達(dá)到設(shè)計精確度的要求，正確使用很重要。盡管流量計的設(shè)計、制造、安裝都符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求，若不注意正確使用，也可能前功盡棄。因此，使用中應(yīng)注意以下問題。

1 定期檢查檢測元件

差壓式流量計的檢測元件——節(jié)流裝置，一般安裝于現(xiàn)場嚴(yán)酷的工作場所，在長期運(yùn)行后，無論管道還是節(jié)流裝置都會發(fā)生一些變化，如堵塞、結(jié)垢、磨損、腐蝕等。檢測件是依靠結(jié)構(gòu)形狀及尺寸保持信號的準(zhǔn)確度的，因此任何幾何形狀及尺寸的變化都會帶來附加誤差。然而，通常測量誤差的變化并不能從信號中覺察到，使用者應(yīng)根據(jù)自己的具體情況定期檢查檢測元件。

2 注意被測介質(zhì)物性參數(shù)的變化

節(jié)流裝置設(shè)計計算中所使用的條件是由用戶提供的，而這些條件在儀表運(yùn)行后發(fā)生變化是難免的，因?yàn)樵O(shè)計者很難估計工藝過程的一些變量。例如，在節(jié)流裝置設(shè)計計算時，對氣體流量是某特定的溫度壓力下的體積流量，在這特定的溫度壓力下，介質(zhì)的密度是一定的，如果在實(shí)際運(yùn)行時介質(zhì)溫度壓力偏離設(shè)計值，介質(zhì)的密度也必然會改變，從流量計算公式可知，介質(zhì)的密度改變，對流量值的影響是很可觀的;另一方面，為了工藝操作的方便，儀表指示值給出的是標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積流量，這是根據(jù)介質(zhì)的密度換算出來的，而介質(zhì)密度的改變使其換算關(guān)系也改變。另外，實(shí)際運(yùn)行中經(jīng)常有生產(chǎn)產(chǎn)量逐漸提高的情況。以上這些都會使被測介質(zhì)的物性參數(shù)發(fā)生變化，這時使用者要及時檢查工藝參數(shù)，對儀表進(jìn)行修正或采取一些措施，如在系統(tǒng)中增加溫度壓力校正環(huán)節(jié)、更換節(jié)流件、調(diào)整差壓變送器量程等。

3 進(jìn)行偏離標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定條件的檢查

差壓式流量計的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定工作條件在實(shí)驗(yàn)室里是可以滿足的，但在現(xiàn)場要完全滿足比較困難，因此會帶來測量的附加誤差。由于偏離標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定要求是難免的，所以使用者應(yīng)當(dāng)估計偏離的程度，進(jìn)行適當(dāng)?shù)男拚?，否則要加大估計的測量誤差。

使用偏離的檢查內(nèi)容有:孔板有無彎曲變形，節(jié)流件上游端面及節(jié)流件上游測量管有無沉積臟物，孔板入口直角邊緣是否變鈍及破損，文丘里管內(nèi)表面粗糙度有無變化，管壁粗糙度有無增加等。其偏離標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定要求的影響見表1。

差壓式流量計在流量測量中的誤差分析與故障處理

1 誤差分析

大港石化公司焦化裝置共投用43臺差壓式流量計，現(xiàn)場的情況多種多樣，節(jié)流裝置本身除前面所講的優(yōu)點(diǎn)外，還有自身的缺點(diǎn)，如量程小、現(xiàn)場安裝條件要求高等。解決這些問題的辦法就是流量計的制作、安裝、運(yùn)行要盡量與設(shè)計相符，下面結(jié)合常見問題作一些具體分析，并提出相應(yīng)的解決方案。

表1 差壓式流量計使用中偏離標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的原因

（1）超量程問題。超量程問題大多數(shù)是由于季節(jié)不同，用量發(fā)生變化引起的，特別是蒸汽計量，冬天時流量大，夏天時流量小，通常有兩種解決方案：①孔板不動，改變差壓。其優(yōu)點(diǎn)是調(diào)整方便，缺點(diǎn)是流量調(diào)整范圍小。②制作2塊孔板，同時差壓也相應(yīng)改變，分別用于冬季和夏季，其優(yōu)點(diǎn)是流量調(diào)整范圍大、精度高，缺點(diǎn)是安裝不方便。另外，超量程問題還可能是由于設(shè)計參數(shù)提供的不合理或用戶生產(chǎn)負(fù)荷調(diào)整所致，此時應(yīng)重新設(shè)計計算或選型。如同一時間用量上下波動很大，也可采用多臺差壓變送器并用的方法。

（2）孔板磨損。孔板開孔入口邊緣應(yīng)該是尖銳的，不能有圓弧。但孔板經(jīng)過長時間使用后由于磨損，入口處出現(xiàn)鈍口，產(chǎn)生誤差。因此應(yīng)定期檢修孔板，檢查孔板是否變形或入口處是否尖銳并擦凈表面銹蝕，清除環(huán)室積存臟物。

（3）前后直管段長度沒有滿足設(shè)計要求。這個問題在現(xiàn)場中是比較嚴(yán)重的，主要有兩個因素：①受場地限制，實(shí)際安裝無法滿足設(shè)計所需的前后直管段長度，引起誤差。對此流量界正在抓緊研究，已知的辦法是采用流量調(diào)整器，已取得較大進(jìn)展。②實(shí)際安裝管道與設(shè)計要求不符，主要原因是施工人員領(lǐng)料時領(lǐng)用相近規(guī)格的材料，造成安裝誤差。因此，要求技術(shù)人員在安裝前應(yīng)對管道進(jìn)行實(shí)測，設(shè)置參數(shù)時可以進(jìn)行一定的補(bǔ)償。

（4）導(dǎo)壓管泄漏或堵塞。節(jié)流裝置前后的差壓一般都很小(有的僅為6～60kPa)，管道壓力往往是它的幾十倍，如發(fā)生導(dǎo)壓管泄漏或堵塞，不僅給計量帶來誤差，而且會損壞差壓變送器，因此應(yīng)加強(qiáng)巡視檢查，定期排污，防止此類情況發(fā)生。

（5）孔板安裝問題。以標(biāo)準(zhǔn)孔板為例，為了確保流量和差壓之間的定量關(guān)系能夠準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn),節(jié)流裝置必須按要求準(zhǔn)確安裝,否則將帶來測量誤差。安裝要求主要有：①孔板方向安裝正確，孔板的銳面迎著流體的方向；②孔板前端面與管段軸線垂直，允許最大不垂直度不得超過1°；③在測量精度要求較高的場合，節(jié)流件前后直管段建議采用標(biāo)準(zhǔn)直管段再介入主管道，以提高計量準(zhǔn)確度；④新裝管道必須在管道沖洗和掃線后，再安裝孔板，以免掃線時損傷孔板銳面，管道內(nèi)雜物在孔板前后堆積，造成測量誤差；⑤孔板的密封墊片盡量薄，設(shè)計取定厚度不得大于0.03D，墊片安裝后不得突入管道中。

（6）差壓變送器安裝或使用不正確。由引壓管接至差壓變送器前，必須安裝切斷閥和平衡閥，現(xiàn)在經(jīng)常使用的三閥組，就是起到切斷和平衡的作用。在啟用差壓變送器時，先開平衡閥，使正負(fù)壓室連通，受壓相通，然后再打開切斷閥，最后再關(guān)閉平衡閥，差變即可投入運(yùn)行狀態(tài)；差變?nèi)粜柰Ｓ脮r，應(yīng)先打開平衡閥，然后再關(guān)閉切斷閥，如果差變安裝或使用不正確也會引起測量誤差。另外，平衡閥內(nèi)漏問題也會造成測量誤差。

（7）小流量問題。這個問題不僅僅存在于差壓式流量計中，其它類型的流量計均存在此問題，只是程度有所不同。對孔板來講，最好的辦法是實(shí)物標(biāo)定。苯抽提裝置有的流量儀表的量程很小，使得差壓式流量計在流量測量過程中造成誤差。

以上幾點(diǎn)是差壓式流量計安裝和運(yùn)行中經(jīng)常遇到的問題，在差壓式流量計標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計、制作的基礎(chǔ)上，如能有效解決上述問題，即可保證其計量精度。

2 故障處理

關(guān)于正、負(fù)導(dǎo)壓管堵塞的處理：使用鋼絲或鐵絲將其堵塞位置疏通，如無法疏通，則使用0.3MPa蒸汽加以沖洗；使用蒸汽沖洗后仍沒有解決脈沖管線堵塞，則應(yīng)動用焊具，更換其沖擊管線堵塞部分，恢復(fù)其正常運(yùn)行。

關(guān)于孔板倒裝的處理：將其裝置部件拆開，重新調(diào)換孔板方向即可。

差壓式流量計的維護(hù)

1 差壓式流量測量系統(tǒng)的維護(hù)使用現(xiàn)狀

目前使用中的差壓式流量測量系統(tǒng)，由于受維護(hù)人員專業(yè)技術(shù)水平的限制，大部分僅僅限于對硬件的管理和維護(hù)。主要工作內(nèi)容不外乎檢查節(jié)流裝置即差壓發(fā)生器脈沖導(dǎo)壓管閥門有無泄漏堵塞，流量計算儀等數(shù)據(jù)處理器工作是否正常并定期對其進(jìn)行校驗(yàn)等。若以上維護(hù)檢查未發(fā)現(xiàn)問題，即使系統(tǒng)顯示的數(shù)據(jù)有明顯的偏差，一般也認(rèn)定系統(tǒng)是正常的。

筆者認(rèn)為對差壓式流量測量系統(tǒng)的使用維護(hù)，僅限于對硬件的管理和維護(hù)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，更重要的是要對系統(tǒng)進(jìn)行軟維護(hù)。所謂軟維護(hù)，就是對差壓式流量測量系統(tǒng)運(yùn)行的工況參數(shù)進(jìn)行跟蹤分析、研究計算，根據(jù)計算結(jié)果對系統(tǒng)的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行反復(fù)修正，使它盡可能接近實(shí)際運(yùn)行工況。事實(shí)上軟維護(hù)是一個使系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)無限接近實(shí)際運(yùn)行工況的過程。

2 軟維護(hù)的要求

差壓式流量測量系統(tǒng)的軟維護(hù)管理是一項(xiàng)技術(shù)性比較強(qiáng)的工作，其內(nèi)容主要包括：

（1）在系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定后，對系統(tǒng)的工況進(jìn)行調(diào)查分析研究。若發(fā)現(xiàn)運(yùn)行工況偏離設(shè)計值，可根據(jù)計算結(jié)果對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整；

（2）對工況變化頻率較高的系統(tǒng)，可以增加溫度壓力校正環(huán)節(jié)。如果條件允許，可利用計算機(jī)來進(jìn)行適時的在線修正。在實(shí)際應(yīng)用中可考慮開發(fā)一些使軟維護(hù)容易實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)軟件，這樣也可以使流量測量系統(tǒng)的整體技術(shù)水平得到很大提升。

3 使用運(yùn)行工況與設(shè)計工況偏離對系統(tǒng)測量準(zhǔn)確性與可靠性的影響

（1）實(shí)際運(yùn)行流量值偏離設(shè)計值。實(shí)際運(yùn)行流量值偏離設(shè)計流量值是經(jīng)常出現(xiàn)的問題。在多數(shù)情況下，設(shè)計流量值定的都比較高，但實(shí)際運(yùn)行流量值較低。系統(tǒng)測量準(zhǔn)確性與可靠性的影響因素主要有：①由于節(jié)流裝置的準(zhǔn)確度與可靠度是按常用流量計算的，常用流量一般是刻度流量的70%～80%，如果偏離常用流量較遠(yuǎn)，就會引起流出系數(shù)C較大的變化，那么它的準(zhǔn)確度與可靠度就會大大降低，從而導(dǎo)致系統(tǒng)測量的準(zhǔn)確性與可靠性差；②差壓變送器（差壓計）的可靠度是按引用誤差計算的，它的誤差分布如表2所示 。

從表2中可以看出，若系統(tǒng)在50%以下運(yùn)行,差壓計的相對誤差在±2%～±6%之間，對流量的影響± 1%～±3%。同時由于雷諾數(shù)是流量值的函數(shù)，流量值偏離必定引起雷諾數(shù)的變化，從而引起流出系數(shù)C的變化。這些影響集中在一起，那么累計誤差是比較大的，同時會引起系統(tǒng)測量的準(zhǔn)確性與可靠性差。

（2）介質(zhì)溫度壓力偏離設(shè)計值。在節(jié)流裝置設(shè)計計算時，介質(zhì)流體（包括氣體、液體和蒸汽）流量是設(shè)計工況下的質(zhì)量流量（或體積流量），也就是某特定條件下的質(zhì)量流量（或體積流量），這特定條件包括的參數(shù)很多，主要是溫度和壓力參數(shù)。在特定的條件（溫度、壓力等）下介質(zhì)流體的密度是一定的，如果在實(shí)際運(yùn)行時介質(zhì)流體的溫度、壓力等主要參數(shù)值偏離設(shè)計值，介質(zhì)流體的密度必然也會改變。介質(zhì)流體的密度改變，對流量值的影響是很直觀的；另一方面，為了工藝操作的方便，儀表指示值給出的是標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積流量，這是根據(jù)介質(zhì)流體的密度換算出來的，而介質(zhì)流體的密度改變使其換算關(guān)系也改變，兩種影響都會引起節(jié)流裝置測量誤差的增大。在有些流量測量系統(tǒng)中增加溫度壓力校正環(huán)節(jié)的作用正是為了降低這種影響。當(dāng)然，影響流量測量的因素很多，溫壓補(bǔ)償僅是保證測量盡可能準(zhǔn)確的手段之一。

表2 差壓計誤差分析表（差壓計按0.5級）

差壓式流量測量系統(tǒng)在實(shí)際使用時影響系統(tǒng)測量準(zhǔn)確性與可靠性的因素比較多，以上只對兩個主要因素進(jìn)行了分析。為了使用好差壓式流量測量系統(tǒng)，維護(hù)管理人員應(yīng)該對系統(tǒng)運(yùn)行情況進(jìn)行跟蹤調(diào)查研究，發(fā)現(xiàn)問題及時解決。對于規(guī)模比較大的物料流量計量系統(tǒng)，應(yīng)站在整個系統(tǒng)物料平衡的高度來對流量計量系統(tǒng)的每個測量點(diǎn)進(jìn)行分析研究，計算出每個測量點(diǎn)的流量值的控制范圍，反復(fù)研究測量值與控制范圍的差距，查找數(shù)據(jù)偏離的原因并加以解決。這樣可以進(jìn)一步提高流量測量的準(zhǔn)確性，為生產(chǎn)經(jīng)營提供較可靠的計量數(shù)據(jù)。

結(jié)語

隨著企業(yè)不斷走向市場，為了提高經(jīng)濟(jì)效益，工藝生產(chǎn)過程中各種物料和能源的流量計量越來越重要。因此，只有正確使用和加強(qiáng)流量測量系統(tǒng)的維護(hù)，才能滿足企業(yè)的要求，使流量計量發(fā)揮重要的作用。

[1]厲玉鳴.化工儀表及自動化[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2001.

[2]化工測量儀表編寫組.化工測量儀表[M].上海:上海科學(xué)技術(shù)出版社,1984.

Starting with the discussion about the important position of differential pressure flowmeters in the measurement of flow rate, the paper introduced the use and maintenance of this kind of flow rate metering system.It is also pointed out that the use and maintenance of this system not only involve the hard wares,but also the software.Finally,according to the field practice,the analysis is given to the errors of differential pressure flowmeters.

software maintenance;hardware maintenance;deviating;error analysis;differential pressure flowmeters

2010-04-22