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(shè)備簡單，無可動部件，工作可靠，壽命長，應(yīng)用技術(shù)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(guān)系。目前許多智能差壓變送器的精度最高可以達(dá)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(dá)到 15% ～25%，在進(jìn)行經(jīng)濟(jì)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(jié)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(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置( 如標(biāo)準(zhǔn)孔板) 、引壓管路和差壓變送器組成，如圖1 所示。常用的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置有標(biāo)準(zhǔn)孔板節(jié)流裝置、噴嘴節(jié)流裝置、文丘利管節(jié)流裝置。標(biāo)準(zhǔn)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(shè)計安裝計算的標(biāo)準(zhǔn)化，在應(yīng)用中廣泛采用標(biāo)準(zhǔn)孔板節(jié)流裝置。導(dǎo)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(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)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(fù)后，靜壓力不能恢復(fù)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(guān)，流量愈大，流束的收縮和動、靜壓能的轉(zhuǎn)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(chǔ)的。

體積流量公式為：

式中: qv為被測介質(zhì)的體積流量，m3/ h; α 為介質(zhì)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(hù)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(xué)相似的重要條件，直接關(guān)系到差壓式流量計計量準(zhǔn)確度的高低。雖然標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置是通過大量實驗總結(jié)出來的，不需要實際標(biāo)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(dǎo)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(dǎo)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(shè)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(dǎo)致測量誤差。消除辦法就是提高施工人員的技術(shù)素質(zhì)和責(zé)任心，在安裝前應(yīng)仔細(xì)檢查，發(fā)現(xiàn)節(jié)流裝置上下游面受損，應(yīng)及時更換; 并且在安裝過程時應(yīng)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(yīng)正確辨認(rèn)管道內(nèi)介質(zhì)流向及節(jié)流裝置方向，若方向不一致則將導(dǎo)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(dǎo)壓管道都正常，后來利用停車機(jī)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(biāo)準(zhǔn)，如應(yīng)垂直于管道軸線，其偏差不能超過1°; 節(jié)流件應(yīng)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(zhǔn)。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(zhì)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(dǎo)壓管路安裝不規(guī)范

安裝導(dǎo)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(fù)壓側(cè)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(dǎo)壓管路太短或太長

根據(jù)一般技術(shù)規(guī)定，導(dǎo)壓管道應(yīng)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(yīng)保證水平管線應(yīng)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(shù)規(guī)定和設(shè)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(dǎo)致導(dǎo)壓管內(nèi)介質(zhì)汽化或密度變化

在北方，冬季里有些導(dǎo)壓管需要保溫，若出現(xiàn)上述情況，則會由于導(dǎo)壓管內(nèi)介質(zhì)汽化或密度變化，正負(fù)側(cè)導(dǎo)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(fù)值，在查找問題時發(fā)現(xiàn)伴熱管道離正導(dǎo)壓管太近，導(dǎo)致正壓側(cè)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(dǎo)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(qiáng)腐蝕性介質(zhì)。消除辦法就是按照有關(guān)技術(shù)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(yīng)按照現(xiàn)場實際情況增加防護(hù)措施，譬如增加防護(hù)箱或者固定支架。

2.4 維護(hù)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(jìn)行各種計量，這就要求相關(guān)儀表人員平時精心維護(hù)。否則由于維護(hù)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(zhì)腐蝕和磨損導(dǎo)致變形消除辦法是要定期拆卸檢查，發(fā)現(xiàn)變形應(yīng)及時更換。

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

（3）導(dǎo)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(yán)格按照以下兩個原則: 第一，不能讓導(dǎo)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(dāng)大的測量誤差。例如:

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

（2） 由于系統(tǒng)改造，造成流量值超出原設(shè)計上限，或者造成管道內(nèi)介質(zhì)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(bǔ)償參數(shù)，滿足工藝測量精度要求。

3 、總結(jié)

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(hù)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。