常见问题

节流装置如何进行大量程范围测量介绍说明

节流装置如何进行大量程范围测量摘要：
节流装置在实际使用中，由于受差压变送器信号的影响传送，在测量量程范围大的流体时会有较大的测量误差的存在。使用更换孔板、建立两套测量装置及采用两台差压变送器的方法，可以扩大孔板测量流体的测量范围。
一、引言
以孔板和喷嘴为节流件的节流装置广泛应用于目前的工业生产中，该装置具有结构简单、安装和使用维护方便、使用寿命长等特点。其测量流体的测量范围(最大流量与最小流量的比值)一般为4︰1，而在实际使用中，某些用户要求的节流装置测量范围远大于这个比值，可能会达到10︰1或者更大，在测量小流量时，孔板测量的数值误差极大，有时最小流量基本测量不出来。这种现象在蒸汽测量时尤为明显，在热电厂对用户供汽时，作废在夏季和冬季的用汽量是不一样的，冬季的用汽量远大于夏季。这样按冬季的最大流量设计制造出来的孔板在测量夏季的流量时就会测量不准。本文将依据标准ISO5167-1和GB/T2624-93对这个问题加以讨论。
二、流量测量的基本原理
充满管道的流体在流经管道内的节流装置时，流束将在节流处收缩，使流速增加，静压降低，在孔板前后产生了静压差。流体的流速越大，压差也越大，根据差压与流量之间的这种关系，可以用孔板来测量流体的流量。
根据标准ISO5167-1和GB/T2624-93的规定，流体流量与差压的关系由下式确定：
Qm= ε d2 　　　（1）
Qv= ε d2 　　　（2）
式中：Qv —工作状态**积流量（单位：m3/s）
Qm — 工作状态下质量流量　　（单位：Kg/s）
C
— 流出系数
β — 直径比　β＝
D — 工作状态下上游管道内径　　（mm）
ε— 膨胀系数
d — 工作状态下节流件开孔直径　　（单位：m）
ΔP — 差压　　　　　　　　　（单位：Pa）
ρ — 流体的密度　　　　　　　（单位：Kg/m3）
流出系数C的计算公式由STOLZ方程给出：
C＝0.5959+0.0312β2.1-0.184β8+0.0029β2.5（106/ReD）0.75
ReD为管道雷诺数
由上述公式可知，在孔板的开孔值确定的前提下，影响流量的参数有流出系数、膨胀系数、密度、差奢。其中在流体状态确定不变的前提下，流出系数、膨胀系数、密度都是固定不变的，与流量值形成关系的就是差压值，其关系为平方关系，当流量发生变化时差压将以平方的关系发生相应变化。
由公式我们就可以看出，当所测量最小流量为师大流量的1/10时，差压值就只有刻度差压值的1/100，在此时差压变送器所测得的差压值已经很小了，要准确测量已经很困难。
二、扩大节流装置流量测量范围的方法
根据以上原理，当节流装置安装在大量程比的管道上时，可以通过以下几种方法来达到在不同量程范围中进行精确测量的目的。
1.
通过更换孔板来进行分段测量
在进行大量程范围的测量时，可以将节流装置的量程范围进行分段，即根据实际测量的需要，针对不同的流量测量范围设计两块节流装置，一个用于大流量的测量，一个用于小流量的测量。如用于测量一处量程比为100000kg/h～5000kg/h的蒸汽的测量时，此时量程比为20︰1，可将量程比划分为100000kg/h～20000kg/h和20000kg/h～5000kg/h来进行节流件设计，此时两个节流装置的测量量程比分别为5︰1和4︰1，此时节流装置测量精度完全能满足测量要求。在采用这种方法时，只需制造两个节流装置，节流装置可通过设计不同的开孔比来采用同样的差压值，因此节流装置在安装以后，只需配一台差压变送器，且不用调整差压变送器的差压值。
采用此种方法进行测量时，需按实际情况需要更换相应流量量程的节流装置。在选取相应的节流件后，管道需停止运行，然后将更换的节流件替换原有的节流件，安装后重新启动系统进行运行。
采用以上方法，由于只需更换单个的节流件，因此成本较低。但在进行节流件更换时，必须将系统停止运行，如更换频繁则影响用户生产，只可用于流量测量变化稳定的地方，如冬季和夏季有不同流量值的地方，单位可利用半年一次检修的机会进行更换。对于流量变化频繁的场合并不适用。
2.
建立并行管道安装两套节流装置
在安装节流装置处并列安装两套节流测量装置，分别采用两种测量范围的节流件进行测量。其基本原理与第一种方法相似，但采用这种方法不需进行节流件的更换。
采用该方法虽然可达到进行大量程比的测量，而且没有频繁更换节流件带来的对生产的影响，但采用此种方法所造成的成本较高，因为采用这种方法时需重新排列一条管道（按ISO5167-1和GB/T2624-93标准的要求，此段管道有相当的长度要求），增加一套节流装置和相应的阀门和差压变送器等二次仪表。如不是必要，不推荐采用此种方式来进行大量程比的测量。
3.
采用同一套节流装置配备不同差压刻度值的变送器
除以上两种方法外，还可以用设定节件开孔值，调节差压变送器的测量范围来达到测量不同量程范围的流体的目的。
由前述公式可知，当工作状态不发生变化时，调节节流件的开孔和差压值可保持流量不变，根据此原理，在进行大量程比测量时可以将节流装置的量程范围进行分段，如用于测量一处量程比为100000kg/h～5000kg/h的蒸汽的测量时，可将量程比划分为100000kg/h～20000kg/h和20000kg/h～5000kg/h来进行节流件设计，但保持节流件开孔不变。如在测量100000kg/h时设定差压为100KPa，则不分段测量时量程比为20︰1，差压变送器最大测量差压为100KPa，而最小测量差压的比值为0.25KPa，此时按最大测量差压进行测量时在最小流量时差压变送器已基本测不到。在分段测量时100000kg/h～20000kg/h量程段节流装置的测量量程比为5︰1，最大差压为100KPa，最小测量差压的比值为4KPa，在20000kg/h～5000kg/h量程段节流装置的测量量程比为4︰1，最大差压为4KPa，最小测量差压的比值为0.25KPa。此时差压变送器可达到测量精度的要求。
采用这种方法进行测量时，要选用两种不同差压范围的变送器进行测量，如上例中需配一台差压范围为100KPa和一台差压范围为4KPa的变送器。同时在节流件上取两对取压孔来进行变送器的安装（具体安装方式可按ISO5167-1和GB/T2624-93标准要求操作），在不同的流量采用不同的差压变送器进行测量，大流量时用测量范围大的变送器，小流量时用测量范围小的变送器，两台变送器的更换通过阀门的开闭来调节。
采用这种方式，需配备两台变送器，会产生较高的成本，但不必进行停机来进行节流件更换，因而具有相当的适用性。
四、结论
通过本文所述的三种方式都能达到使节流装置适应大量程比测量的目的，但三种方式相比较各有其优劣。
在采用第一种方式时产生的费用较少，但节流件的更换麻烦，对用户造成影响，不能用于流量变化频繁的场合。
采用第二种方式时采用会产生较高的费用，因为需要建设一条相当长度的管道和配备相应的节流装置、阀门和二次仪表，但这种方式不会造成生产运行的停顿。而且不会因为阀门的频繁开闭而造成阀门内漏，造成计量失准。
采用第三种方式时通过配备两台变送器来达到目的，会增加一台变送器的费用，但在进行适应流量测量的调节时只需通过开闭阀门来达到目的，操作灵活、方便，具有一定的适用性。
本文所述的三种方式各有利弊，不同的客户在进行选择时可根据生产的实际需求来判断该采用何种方式。

上一个：孔板流量计应用领域介绍说明流量计选型报价计算下一个：使用单位应对孔板流量计的管理方式介绍说明