差压式流量计工作原理

差压式流量计利用节流装置测量流体的流量。这种测量方法是石油化工应用广泛的流量测量方法，是仪表运行、维护人员必须掌握的测量方法。

1.测量原理

如图1-3-14所示，当充满管道的流体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。这种在节流件前后管壁处流体的静压力产生差异的现象称为节流现象。节流件前后产生压差，管道中流体流量越大，产生的压差越大。根据流体力学中的伯努利方程和流体连续性方程式可推导得出流量与压差之间的定量关系式，被称为流量基本方程式。

在流量基本方程式中C是一个受许多因素(如节流装置形式或管道内流体的物理性质等)影响的综合性参数，其值可通过查阅有关设计手册或由实验方法确定。在进行节流装置的设计计算时，针对特定条件，选择一个C值来计算的，计算结果只能应用在一定条件下一旦条件改变，就必须另行计算。例如，按小负荷情况计算的孔板，用来测量大负荷时的流体流量，就会引起较大的误差，必须加以修正。

由流量基本方程式还可以看出，流量与压差p的平方根成正比，用这种流量计测量流量时，如果不作开方处理，流量标尺刻度是不均匀的。为使标尺刻度均匀，便于读数，一般

要做开方计算。常用的节流件有孔板、喷嘴、文丘里管以及楔形节流件、V形锥节流件等，因孔板、喷嘴、文丘里管等节流装置应用广泛，其结构、尺寸、加工要求、取压方法、使用条件等已经标准化，标准化的节流装置称为“标准节流装置"。

2.节流装置的取压方式

由基本流量方程式可知，节流件前后的差压Pi-P是计算流量的关键数据，取压方法相当重要。就孔板而言，主要有三种取压方式，分别是角接取压、法兰取压、径距取压。其中，法兰取压方式应用较多，如图1-3-15所示。

角接取压法就是在节流件前后两端面与管壁的夹角处取压。角接取压方法包括环室取压和单独钻孔取压

环室取压法能得到较好的测量准确度，但是加工制造和安装要求严格，如果由于加工和现场安装条件的限制，达不到预定的要求时，其测量准确度仍难保证。所以，在实际应用时，为了加工和安装方便，常使用单独钻孔取压，特别是对大口径管道。

法兰取压法就是在夹紧节流件的两片法兰上开孔取压。

3.标准孔板的结构及使用

标准孔板又称同心直角锐边孔板，其轴向截面如图1-3-16所示。孔板是一块加工成圆形同心孔的具有锐利直角边沿的薄板，开孔的上游侧边沿是锐利的直角。标准孔板对尺寸和公差、光洁度等都有详细规定，其中孔径与管道直径之比d/D在0208之间d不小于12.5mm，节流孔厚度h=(0.005-0.02)D孔板厚度H<005D锥面的斜角a=30°~45°。具体数值可参阅设计手册。

标准孔板结构简单、安装方便。孔板的缺点是流体经过孔板后压力损失大，当工艺管道上不允许有较大的压力损失时，便不宜采用。标准喷嘴和标准文丘里管的压力损失较孔板为小，但结构比较复杂，不易加工。实际应用中仍多采用孔板。

标准节流装置仅适用于测量管道直径大于50mm，雷诺数在10-10’以上的流体，流体应当清洁，充满全部管道，不发生相变。为保证流体在节流装置前后为稳定的流动状态在节流装置的上、下游必须配置一定长度的直管段。

节流装置将管道中流体流量的大小转换为相应的差压大小，这个差压由导压管引出，传递到相应的差压变送器，实现差压信号的远传，以便于集中显示和控制。

4.V锥节流装置的结构与工作原理

采用V锥节流装置的流量计称为V锥流量计，如图1-3-18所示。V节流件是一个悬挂在管道中央的具有一定锥角的尖圆锥体。流体从锥体顶部方向流入，从底部方向流出，在锥体安装处产生节流，通过锥体前后的差压来测量流量。在锥体上游流体尚未收缩处取正压P1，在锥体底部取负压P2。

V锥流量计具有如下特点:

(1)悬挂在管道中心的锥体可以使管道中心处的流速减慢，使管壁附近的流速加快，从而改善上游速度分布，起到了自整流作用，达到流速“均匀化"的效果，即使在低流速时仍能产生足够的差压，同时缩短了直管段的长度，如图1-3-19所示。

(2)流体逐渐接近V型锥时，管道中央流速越来越慢，管壁附近逐渐加快，没有积垢死角，易黏结的杂质不会黏在V型锥上，具有自清洁功能。

(3)流体通过流量计时在锥面产生边界层效应，使流体不能直接冲击其下游边缘，自动保护了锥体的外形尺寸，无需重复标定，具有长期的稳定性

(4)具有降噪功能，量程得以向低限扩展。

(5)与孔板相比，压力损失小，能耗小。

(6)适用范围广，适用于贸易计量，尤其适用于各种洁净/脏污流体、低静压/低流速流体、高温高压流体和腐蚀性流体等的测量。

(7)V锥流量计的缺点是尚未标准化，产品需要逐台做性能测试或检定

5.差压式流量计的连接

采用节流元件的差压式流量计，为了准确地测量差压，除了正确安装节流件和取压装置外，还要正确安装导压管。如果导压管安装不正确，即使选用了高准确度的差压变送器，也测不到准确的差压值，影响节流装置的运行。敷设导压管的总原则是:应使所传送的差压信号不因管路而发生额外误差，能保证节流装置的安全运行。差压变送器与节流元件的连接如

图1-3-20所示。

敷设导压管时，应注意(1)导压管应按最短距离敷设。导压管越长，其内径应越大。对于清洁的气体、水蒸气和水，内径可小一些，而对于黏性流体，尤其是脏污介质时，导压管内径应大一些。

(2)导压管应垂直或倾斜安装，以便能及时排出气体(测量液体介质时)或凝结水(测量气体介质时)。当传送距离较大时，导压管应分段倾斜，并在各最高点和低点分别装设集气器(或排气阀)和沉降器(或排污阀)。3)导压管应带有阀门等必要的附件，以便能在主设备运行的条件下冲洗

导压管、现场调试差压计以及在导压管发生故障时与主设备隔离。

(4)应能防止有害物质(如高温介质、腐蚀性介质等)进入差压计。在测量高温蒸气时使用冷凝器，在测量腐蚀性介质时使用隔离容器。如果导压管中介质有凝固和冻结的可能，应沿导压管设置保温或加热装置，并注意防止导压管加热不均或局部汽化造成的误差。

(5)被测介质为液体时，应防止气体进人导压管，被测介质为气体时，应防止水或脏污物进人导压管。

将差压计的引压管线上的阀及正负压室间的平衡阀制造成专门的阀门组件，这就是实际应用中的三阀组或五阀组，如图1-3-20(a)。

6.差压式流量计的投运

差压式流量计的投运主要是三阀组或五阀组的操作，以三阀组为例，一般情况下的操作顺序如下:

(1)打开平衡阀;

(2)打开一次阀(如孔板根部阀);

(3)缓慢打开正压阀，同时关闭平衡阀;4)打开负压阀。差压式流量计投运操作完成如果需要停运，其仪表三阀组操作的顺序与上述相反差压式流量计投运时应注意不能让导压管和冷凝罐内的冷凝液或隔离液流失:不可使测量元件(膜盒或波纹管)受热或单向受压。