差壓式流量計的誤差分析及處理

差壓式流量計是使用最廣泛的一種流量測量儀表，根據(jù)差壓式流量計的組成和測量原理分析測量誤差產(chǎn)生的各種原因，并針對性給出誤差消除辦法。

差壓式流量計是使用歷史最久，使用最廣泛的一種流量測量儀表，同時也是目前生產(chǎn)中最成熟的流量測量儀表之一。它具有原理簡明，設備簡單，無可動部件，工作可靠，壽命長，應用技術成熟，容易掌握等特點。

節(jié)流裝置通常與差壓變送器配套使用，因此差壓流量計的測量誤差與差壓變送器的精度有直接關系。目前許多智能差壓變送器的精度最高可以達到 0.075級，但由于種種原因，在實際運行中其測量誤差常常較大，有時甚至達到 15% ～25%，在進行經(jīng)濟核算時，這一問題顯得尤為突出。因此，找出測量誤差產(chǎn)生的原因并盡量克服，具有重要的實際意義。筆者根據(jù)多年的工作經(jīng)驗，總結了差壓流量計誤差產(chǎn)生的一些常見原因及消除誤差的方法。

1、差壓式流量計的組成與工作原理

差壓式流量計由標準節(jié)流裝置( 如標準孔板) 、引壓管路和差壓變送器組成，如圖1 所示。常用的標準節(jié)流裝置有標準孔板節(jié)流裝置、噴嘴節(jié)流裝置、文丘利管節(jié)流裝置。標準孔板節(jié)流裝置由于其在加工制造和安裝方面最為簡單，通過長期使用，已實現(xiàn)了設計安裝計算的標準化，在應用中廣泛采用標準孔板節(jié)流裝置。導壓管把差壓信號引出至差壓變送器，差壓變送器把差壓信號轉換成標準信號輸出。

充滿管道的流體流經(jīng)管道內(nèi)的節(jié)流裝置，由于節(jié)流元件造成的流束局部收縮，使管中心流體流速發(fā)生變化，其靜壓力隨之變化。由于流體流經(jīng)孔板時，產(chǎn)生局部渦流損耗和摩擦阻力損失，在流束充分恢復后，靜壓力不能恢復到原來的數(shù)值。節(jié)流元件前后的靜壓差大小與流量有關，流量愈大，流束的收縮和動、靜壓能的轉換也愈顯著，則產(chǎn)生的壓差也愈大。只要測得節(jié)流元件前后的靜壓差大小，即可確定流量，這就是節(jié)流裝置測量流量的基本原理，如圖2 所示。這種測量方法是以能量守恒定律和流動連續(xù)性方程為基礎的。

體積流量公式為：

式中: qv為被測介質的體積流量，m3/ h; α 為介質的流量系數(shù)( 無量綱) ; ε 為流速膨脹校正系數(shù)( 無量綱) ; ρ1為節(jié)流裝置前的流體密度，kg/m3; δp 為節(jié)流元件前后的壓差，pa; d 為節(jié)流件開孔直徑，mm。

2、測量誤差產(chǎn)生的原因及消除辦法

簡單地說，產(chǎn)生測量誤差的原因主要有三個: 安裝不規(guī)范或錯誤安裝、維護不及時或誤操作、工藝系統(tǒng)或工況改變。

2.1 節(jié)流裝置安裝不規(guī)范

節(jié)流裝置的安裝是否滿足要求，是保證幾何相似和動力學相似的重要條件，直接關系到差壓式流量計計量準確度的高低。雖然標準節(jié)流裝置是通過大量實驗總結出來的，不需要實際標定就可直接投產(chǎn)使用，但在安裝過程中很有可能出現(xiàn)以下幾項不規(guī)范甚至錯誤安裝的情況，從而導致測量誤差的產(chǎn)生。

（1） 節(jié)流裝置前后直管段不符合要求

節(jié)流裝置前后直管段的作用就是為了保證管道內(nèi)流體的流動穩(wěn)定，但由于工藝管道上常有拐彎、分叉、匯合、閥門等阻力件出現(xiàn)，使流束由穩(wěn)定變?yōu)閿_動，從而導致測量誤差的產(chǎn)生。消除辦法就是根據(jù)現(xiàn)場實際情況并按照前后直管道要求，合理設計節(jié)流裝置安裝位置，而后施工。

（2） 節(jié)流裝置上下游面受損

由于節(jié)流裝置在運輸過程中或由于施工人員安裝粗心造成其上下游面受損，從而導致測量誤差。消除辦法就是提高施工人員的技術素質和責任心，在安裝前應仔細檢查，發(fā)現(xiàn)節(jié)流裝置上下游面受損，應及時更換; 并且在安裝過程時應精心施工，避免損害節(jié)流裝置。

（3） 節(jié)流裝置上下游面裝反

安裝過程中應正確辨認管道內(nèi)介質流向及節(jié)流裝置方向，若方向不一致則將導致測量值偏低。這主要是因為施工人員的粗心所致，消除辦法同上。

（4）不同節(jié)流裝置裝反位置

這種情況一般在試車階段特別容易出現(xiàn)，在試車階段，幾乎所有工藝管道需要多次吹掃，可能頻繁拆裝節(jié)流裝置; 若節(jié)流裝置大小尺寸一樣，稍不注意就會弄錯。某公司制氫裝置 fe - 800 與 fe - 801 就曾出現(xiàn)過裝反情況，剛投用時誤差都很大，經(jīng)查變送器和導壓管道都正常，后來利用停車機會將節(jié)流孔板拆下處理時發(fā)現(xiàn)兩節(jié)流裝置序號和編號反了，調(diào)換后均指示正常。消除辦法也同上兩項中所講。

（5）節(jié)流件本體未按照要求安裝

節(jié)流件在安裝過程中有很多標準，如應垂直于管道軸線，其偏差不能超過1°; 節(jié)流件應與管道、夾持件( 采用時) 同軸等。只有按照節(jié)流件的安裝要求才能保證使用時的測量精度，如果出現(xiàn)偏差則測量不準。消除辦法也同上。

（6） 墊片的錯誤使用

無論是環(huán)室與法蘭還是環(huán)室與孔板之間的墊片，其內(nèi)徑尺寸最好小于管道內(nèi)徑 2 ～3 mm，以防墊片突入管道而影響介質流動狀態(tài)。消除辦法是使用合適尺寸的墊片，并保證安裝的中心對正。

2.2 導壓管路安裝不規(guī)范

安裝導壓管路的主要目的是用來傳遞壓力，不規(guī)范安裝會造成正負壓側產(chǎn)生附加誤差，從而產(chǎn)生測量誤差。通常有以下幾個原因。

（1） 導壓管路太短或太長

根據(jù)一般技術規(guī)定，導壓管道應在 3 ～50 m 之間，太短時測量波動大，太長則測量滯后; 且在測量液體時應保證水平管線應有 1∶ 12 的坡度，保證管道內(nèi)充滿液體，以免產(chǎn)生測量誤差。但在橫平豎直美觀的安裝條件下往往會與該規(guī)定相沖突。消除辦法就是保證按照技術規(guī)定和設計來施工。

（2）在測量蒸汽流量時，冷凝液罐的取壓端不同高

這種情況也會產(chǎn)生測量的額外附加誤差。消除辦法為正確安裝冷凝罐，保證取壓端等高。

（3）伴熱不均勻或離熱源太近，導致導壓管內(nèi)介質汽化或密度變化

在北方，冬季里有些導壓管需要保溫，若出現(xiàn)上述情況，則會由于導壓管內(nèi)介質汽化或密度變化，正負側導壓管傳遞壓力不一致從而產(chǎn)生測量的附加誤差。某公司制氫裝置就出現(xiàn)過這種情況，流量計 ft -204 在未送伴熱時一直指示正常，但在冬季送上伴熱后，指示經(jīng)常出現(xiàn)負值，在查找問題時發(fā)現(xiàn)伴熱管道離正導壓管太近，導致正壓側冷凝液有汽化現(xiàn)象。消除辦法就是正確安裝伴熱，合理選擇導壓管環(huán)境位置。

2.3 差壓變送器安裝不規(guī)范

差壓變送器安裝環(huán)境太差，如振動大、塵土大或者有強腐蝕性介質。消除辦法就是按照有關技術規(guī)定選擇合適的位置來安裝變送器，若屬特殊情況必須在此環(huán)境安裝，則應按照現(xiàn)場實際情況增加防護措施，譬如增加防護箱或者固定支架。

2.4 維護不及時或誤操作

為了保證流量計的長周期穩(wěn)定運行，精確進行各種計量，這就要求相關儀表人員平時精心維護。否則由于維護不及時或誤操作，都會引起測量誤差的產(chǎn)生。

（1）節(jié)流裝置長期受工藝介質腐蝕和磨損導致變形消除辦法是要定期拆卸檢查，發(fā)現(xiàn)變形應及時更換。

（2）節(jié)流裝置內(nèi)表面結垢，導致流通面積改變消除辦法是要定期拆卸檢查，發(fā)現(xiàn)結垢應及時清洗或更換。

（3）導壓管堵或漏，三閥組堵或漏消除辦法: 按時巡檢，發(fā)現(xiàn)問題要及時處理，漏則用工具緊固，堵則排污清洗，用手壓泵或其他工具疏通，保證壓力的正常傳遞。

（4） 隔離液或冷凝液由于誤操作流失，從而產(chǎn)生附加誤差具體的消除辦法是: 對于運行中的三閥組要嚴格按照以下兩個原則: 第一，不能讓導壓管內(nèi)的隔離液或冷凝液由于誤操作而流失; 第二，不能使測量膜盒單向受壓或受熱。

（6）變送器的零點漂移消除辦法是要定期校驗變送器的零點和量程。

2.5 工藝系統(tǒng)或工況改變

這種問題一般情況下不會出現(xiàn)，但在實際出現(xiàn)時，則可能引起相當大的測量誤差。例如:

（1）工藝實際介質與設計時的介質在溫度、壓力、密度、粘度等參數(shù)不一致，這樣經(jīng)補償后所得的流量與實際流量產(chǎn)生誤差。消除辦法是認真核實設計資料及相關參數(shù)，并按照實際情況進行修訂，保證測量的準確性。

（2） 由于系統(tǒng)改造，造成流量值超出原設計上限，或者造成管道內(nèi)介質的狀態(tài)發(fā)生改變，從而引起測量誤差。消除辦法: 根據(jù)系統(tǒng)改造后的實際情況，重新修改工藝補償參數(shù)，滿足工藝測量精度要求。

3 、總結

綜上所述，差壓流量計在使用中會出現(xiàn)測量誤差，可以通過以下步驟找出差壓流量計測量誤差產(chǎn)生的原因并消除: ①對于剛施工投用的流量計，其測量誤差產(chǎn)生的原因多是安裝不規(guī)范或錯誤安裝所致; ②對于長期投用的流量計，測量誤差產(chǎn)生的原因多是維護不及時或誤操作; ③對于技改后出現(xiàn)的測量誤差，多是系統(tǒng)或者工藝方面的原因。