昆山科爾源儀器儀表有限公司
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閱讀：22發(fā)布時間：2025-7-12
引言
節(jié)流式差壓流量計的應用范圍極為廣泛，傳統(tǒng)的節(jié)流件主要有孔板、噴嘴和文丘利管等。它們用于流量計量已有近百年的歷史，并且積累了大量實踐經(jīng)驗，國內(nèi)和國際標準化組織也制定了有關的標準。由于孔板流量計結構簡單、易于復制，通用性強，價格低廉而獲得大量應用。但是，孔板流量計存在量程范圍窄，壓力損失大，現(xiàn)場安裝要求的直管段過長等缺點。因此，科研人員對差壓式流量計的研究工作一直沒有中斷。南京航空航天大學研究出了一種新式節(jié)流式差壓流量計――槽道流量計。該流量計打破了傳統(tǒng)的思維方式，以流線型紡錘體作為節(jié)流件，將流體逐漸地節(jié)流收縮到管道的內(nèi)邊壁，在調整流動和保持流動穩(wěn)定方面更勝，使得從根本上大幅提高測量重復性和準確度成為可能，同時顯著減少了壓力損失。然而，很多專家對流量計的準確度、重復性、量程范圍、前后直管段的要求提出了疑問，帶著這些問題我們做了測試工作。
1 槽道流量計基本結構與原理
1.1 結構
紡錘體流量計節(jié)流設備的主要結構有如圖1所示的兩種形式。流線型紡錘體沿測量管軸線安裝，其幾何形狀根據(jù)流體力學原理精心設計，中部適當位置有一段足夠長的等直徑段，與測量管的內(nèi)壁之間形成均勻的環(huán)形通道。被測流體首先經(jīng)過導流片，緊接著進入該環(huán)形通道，形成標準的環(huán)形槽道流動。槽道流動的優(yōu)點是壓力順軸線的降落具有良好的線性度，從而提供了非常穩(wěn)定的低壓（靜壓）。對 于清潔流體，節(jié)流設備可采用（b）形式，高壓由紡錘體前緣（前駐點）的高壓管引出，可以得到的差壓。（a）形式的節(jié)流設備在紡錘體前緣對應的測量管壁處取高壓，得到的差壓較（b）形式低，但結構簡單，適用范圍廣。
1.2 工作原理
節(jié)流式差壓流量計用同一形式的流量公式：
式中：qv為體積流量；qm為質量流量；C為流出系數(shù)；ε為可膨脹性系數(shù)；d為節(jié)流件的孔徑或等效孔徑；D為上游管道內(nèi)徑；β為節(jié)流比系數(shù)，β=d/D；Δp為差壓；ρ1為上游流體密度。
2 槽道流量計檢定室內(nèi)測試結果
我們選擇了口徑分別是DN100mm和DN50mm兩臺槽道流量計在檢定室進行測試，分別從流量系數(shù)與雷諾系數(shù)的關系、準確度、重復性、量程范圍、前端直管段的影響、前端閘門的影響6個方面進行測試試驗。測試地點為勝利油田天然氣流量檢定站，測試時間間隔為2個月。
2.1 試驗標準設備介紹
試驗標準設備是音速噴嘴氣體流量標準設備，該設備不確定度優(yōu)于0.27%；采用負壓法檢定，測試介質為干燥的空氣；流量范圍為5～2700m3/h；測試流量計口徑范圍為DN50mm～DN200mm；重復性σ≤0.1%。該設備由中國計量科學研究院考核合格。
2.2 流量系數(shù)與雷諾數(shù)的關系測試
在音速噴嘴氣體流量標準設備上分別對DN100和DN50槽道流量計進行檢定，排量由高到低均勻地選擇10到13個檢定點，在每個檢定點上分別記錄槽道式流量計所指示的差壓Δp、壓力p、氣體溫度T和音速噴嘴氣體流量標準設備的標準質量流量Qm，最后計算出流量系數(shù)K和雷諾數(shù)Re。K與Re的關系曲線如圖2所示，標準流量Qm與
從圖2和圖3可以看出，流量系數(shù)隨著雷諾數(shù)的增大呈現(xiàn)出水平直線關系，說明槽道流量計的計量性能非常穩(wěn)定，有較大的測量范圍。槽道流量計差壓的平方根與標準流量也是直線關系，這對流量計的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)提供了理論根據(jù)。
2.3 準確度測試結果
在音速噴嘴氣體流量標準設備上，按照JJG640-1994《差壓式流量計》檢定規(guī)程，分別對DN100和DN50槽道流量計，從高流量到低流量依次檢定5個流量點，每個流量點檢定3次，在檢定范圍內(nèi)相對誤差與流量的關系如圖4所示。從圖4可以看出：槽道式流量計用于氣體流量測量的準確度可達到0.5%，是目前氣體流量測量中準確度比較高的流量儀表之一。槽道流量計的量程比最小為7：1。
2.4 重復性測試結果
在相同條件下，短時間內(nèi)分別在Qmax、0.75Qmax、0.4Qmax等3個流量點，在音速噴嘴氣體流量標準設備上重復測量10次，計算每個流量點的重復性，最后從3個流量點的重復性中找出的數(shù)據(jù)。試驗數(shù)據(jù)如表1所示。槽道式流量計重復性小于0.1%。
2.5 直管段測試結果
在已經(jīng)檢定準確的DN100和DN50槽道流量計入口前端分別依次安裝1D～8D直管段，在直管段后直接安裝由4個標準彎頭組成的“U”型管，對每個直管段分別在Qmax、0.7Qmax、0.4Qmax3個流量點在標準設備上標定，每個流量點標定3次，最后記錄下標準質量流量和儀表顯示的質量流量及相關數(shù)據(jù)，根據(jù)儀表的誤差找出影響槽道流量計最小直管段長度，槽道流量計相對誤差與直管段長度的關系圖如圖5所示。從圖5可以看出槽道流量計前直管段最小需要5D。
圖5 示值誤差與直管段關系圖
2.6 閥門影響測試結果
在槽道流量計前安裝6D直管段，在直管段前安裝碟型閥門，閥們開度分別按滿度的99%、90%、80%、70%、60%、50%、40%、30%開啟，在 50%的流量點上進行檢定，最后記錄標準流量和儀表顯示流量，計算閥門影響帶來的誤差，如圖6所示。從圖6可以看出，槽道流量計前端閥門開度對流量計的誤差影響很大，在流量計運行時，流量計前端的閥門開度至少大于80%。
圖6 示值誤差與閥門開度關系圖
2.7 穩(wěn)定性測試結果
把標定準確的槽道流量計安裝在油田現(xiàn)場，用于天然氣生產(chǎn)和天然氣消耗計量，在露天現(xiàn)場運轉60天后，拆卸回檢定室重新檢定，測試結果如圖7所示。從圖7可以看出，槽道流量計穩(wěn)定性較好，DN100和DN50兩種口徑的流量計都有不同程度的漂移。漂移的主要原因是儀表使用的差壓變送器和溫度變送器有漂移，槽道流量計本身沒有漂移。
3 結論
從槽道流量計檢定室內(nèi)測試可以看出，該流量計流量系數(shù)平穩(wěn)，重復性小于011%，測量天然氣流量的準確度為015%，量程范圍為7：1，準確度和量程范圍都有提高的空間；該流量計具有自整流的功能，從而可以大大縮短傳統(tǒng)差壓流量計所必須的上下游較長的直管段，經(jīng)檢定室直管段影響試驗，前直管段可以降低到5D；該流量計避免了流動分離，壓力損失較孔板流量計顯著減?。辉摿髁坑嫷墓?jié)流件具有良好的流線型，不僅避免臟物的堆積，而且不易磨損，但是對上游的阻尼元件要求較為嚴格。槽道流量計是一種新式差壓流量計，并且可以作為標準表使用。
參考文獻
1 鄧茂煥.節(jié)流式差壓流量計的發(fā)展和現(xiàn)狀J.工業(yè)計量，2002，（6）：30-32
2 孫延祚.“V”型內(nèi)錐式流量計J.天然氣工業(yè)，2004，24（3）：105-110
3 劉躍.內(nèi)錐流量計的探討J.自動化儀表，2004，25（3）：38-42
4 徐有恒，等.基礎流體實驗M.上海：復旦大學出版社.1990：13-18
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