差壓式流量儀表的使用與維護

鄭 健 高海龍

大港石化公司 維護車間 （天津 大港 300280）

差壓式流量儀表的使用與維護

鄭 健 高海龍

大港石化公司 維護車間 （天津 大港 300280）

從差壓式流量儀表在流量測量中的重要地位出發，介紹了這種流量測量系統的使用與維護。指出，差壓式流量測量系統的使用維護不僅包括對硬件的維護和管理，更重要的是軟維護，并結合現場實際對差壓式流量儀表的誤差進行分析。

軟維護 硬維護 偏離 誤差分析 差壓式流量計

差壓式流量計是根據流體流動的節流原理進行流量測量的，所以差壓式流量計又稱為節流式流量計。這種流量計一般由節流裝置、導壓管、差壓計或差壓變送器等組成。由于它具有原理簡明、設備簡單、維護費用低、應用技術比較成熟、容易掌握等優點，已成為當今工業生產中應用最廣泛的流量儀表。雖然不斷有一些新型的流量儀表投放市場，但由于結構、造價、使用條件等原因，仍然改變不了差壓式流量計在流量測量中的地位。因此，這種流量測量系統的正確使用與維護仍然是自動化儀表工作者必須重視的問題。

差壓式流量計的原理

通常以檢測件的形式對差壓式流量計 (以下簡稱DPF或流量計)分類，如孔板流量計、文丘里管流量計及均速管流量計等。其二次裝置為各種機械、電子、機電一體式差壓計，差壓變送器和流量顯示及計算儀表，它已發展為三化(系列化、通用化及標準化)程度很高的種類規格龐雜的一大類儀表。差壓計既可用于測量流量參數，也可測量其他參數 (如壓力、物位、密度等)。

差壓式流量計是以伯努利方程和流體連續性方程為依據，根據節流原理，當流體流經節流件時(如標準孔板、標準噴嘴、長徑噴嘴、經典文丘利嘴、文丘利噴嘴等)，在其前后產生壓差，此差壓值與該流量的平方成正比。在差壓式流量計中，因標準孔板節流裝置差壓流量計結構簡單、制造成本低、研究最充分、己標準化而得到較廣泛的應用。孔板流量計理論流量計算公式為:

式中，qf為工況下的體積流量，m3/s；c為流出系數，無量綱；β=d/D，無量綱；d為工況下孔板內徑，mm；D為工況下上游管道內徑，mm；ε為可膨脹系數，無量綱；Δp為孔板前后的差壓值，Pa；ρ1為工況下流體的密度，kg/m3。

差壓式流量計的主要特點

1 優點

（1）應用最普遍的標準孔板，結構易于復制，簡單牢固，性能穩定可靠，使用期長，價格低廉；

（2）應用范圍廣泛，至今尚無任何一類流量計可與之比擬，全部單相流體包括液、氣、蒸汽皆可測量，部分混相流如氣固、氣液、液固等亦可應用；

（3）檢測件與差壓顯示儀表可由不同制造廠生產，便于形成專業化規模生產，它們的結合非常靈活方便；

（4）目前在各種類型的流量計中以節流式和動壓頭式應用最多，節流式檢測件達數十種之多，新品種不斷出現，已完全向標準型方向發展。動壓頭式以均速管流量計為代表近年有較快發展，它是插入式流量計的主要品種。

2 缺點

（1）測量的精確度在流量計中屬中等水平，由于眾多影響因素的錯綜復雜，難以精確掌握，精確度提高比較困難；

（2）范圍度窄，一般為3∶1或4∶1；

（3）現場安裝條件要求較高，例如需較長直管段長度等，一般較難滿足；

（4）檢測件與差壓顯示儀表之間的引壓管線為薄弱環節，易產生泄漏、堵塞、凍結及信號失真等故障；

（5）壓損大（指孔板、噴嘴等）。

差壓式流量計的使用

差壓式流量計能否可靠運行，達到設計精確度的要求，正確使用很重要。盡管流量計的設計、制造、安裝都符合標準規定的要求，若不注意正確使用，也可能前功盡棄。因此，使用中應注意以下問題。

1 定期檢查檢測元件

差壓式流量計的檢測元件——節流裝置，一般安裝于現場嚴酷的工作場所，在長期運行后，無論管道還是節流裝置都會發生一些變化，如堵塞、結垢、磨損、腐蝕等。檢測件是依靠結構形狀及尺寸保持信號的準確度的，因此任何幾何形狀及尺寸的變化都會帶來附加誤差。然而，通常測量誤差的變化并不能從信號中覺察到，使用者應根據自己的具體情況定期檢查檢測元件。

2 注意被測介質物性參數的變化

節流裝置設計計算中所使用的條件是由用戶提供的，而這些條件在儀表運行后發生變化是難免的，因為設計者很難估計工藝過程的一些變量。例如，在節流裝置設計計算時，對氣體流量是某特定的溫度壓力下的體積流量，在這特定的溫度壓力下，介質的密度是一定的，如果在實際運行時介質溫度壓力偏離設計值，介質的密度也必然會改變，從流量計算公式可知，介質的密度改變，對流量值的影響是很可觀的;另一方面，為了工藝操作的方便，儀表指示值給出的是標準狀態下的體積流量，這是根據介質的密度換算出來的，而介質密度的改變使其換算關系也改變。另外，實際運行中經常有生產產量逐漸提高的情況。以上這些都會使被測介質的物性參數發生變化，這時使用者要及時檢查工藝參數，對儀表進行修正或采取一些措施，如在系統中增加溫度壓力校正環節、更換節流件、調整差壓變送器量程等。

3 進行偏離標準規定條件的檢查

差壓式流量計的標準規定工作條件在實驗室里是可以滿足的，但在現場要完全滿足比較困難，因此會帶來測量的附加誤差。由于偏離標準規定要求是難免的，所以使用者應當估計偏離的程度，進行適當的修正，否則要加大估計的測量誤差。

使用偏離的檢查內容有:孔板有無彎曲變形，節流件上游端面及節流件上游測量管有無沉積臟物，孔板入口直角邊緣是否變鈍及破損，文丘里管內表面粗糙度有無變化，管壁粗糙度有無增加等。其偏離標準規定要求的影響見表1。

差壓式流量計在流量測量中的誤差分析與故障處理

1 誤差分析

大港石化公司焦化裝置共投用43臺差壓式流量計，現場的情況多種多樣，節流裝置本身除前面所講的優點外，還有自身的缺點，如量程小、現場安裝條件要求高等。解決這些問題的辦法就是流量計的制作、安裝、運行要盡量與設計相符，下面結合常見問題作一些具體分析，并提出相應的解決方案。

表1 差壓式流量計使用中偏離標準規定的原因

（1）超量程問題。超量程問題大多數是由于季節不同，用量發生變化引起的，特別是蒸汽計量，冬天時流量大，夏天時流量小，通常有兩種解決方案：①孔板不動，改變差壓。其優點是調整方便，缺點是流量調整范圍小。②制作2塊孔板，同時差壓也相應改變，分別用于冬季和夏季，其優點是流量調整范圍大、精度高，缺點是安裝不方便。另外，超量程問題還可能是由于設計參數提供的不合理或用戶生產負荷調整所致，此時應重新設計計算或選型。如同一時間用量上下波動很大，也可采用多臺差壓變送器并用的方法。

（2）孔板磨損。孔板開孔入口邊緣應該是尖銳的，不能有圓弧。但孔板經過長時間使用后由于磨損，入口處出現鈍口，產生誤差。因此應定期檢修孔板，檢查孔板是否變形或入口處是否尖銳并擦凈表面銹蝕，清除環室積存臟物。

（3）前后直管段長度沒有滿足設計要求。這個問題在現場中是比較嚴重的，主要有兩個因素：①受場地限制，實際安裝無法滿足設計所需的前后直管段長度，引起誤差。對此流量界正在抓緊研究，已知的辦法是采用流量調整器，已取得較大進展。②實際安裝管道與設計要求不符，主要原因是施工人員領料時領用相近規格的材料，造成安裝誤差。因此，要求技術人員在安裝前應對管道進行實測，設置參數時可以進行一定的補償。

（4）導壓管泄漏或堵塞。節流裝置前后的差壓一般都很小(有的僅為6～60kPa)，管道壓力往往是它的幾十倍，如發生導壓管泄漏或堵塞，不僅給計量帶來誤差，而且會損壞差壓變送器，因此應加強巡視檢查，定期排污，防止此類情況發生。

（5）孔板安裝問題。以標準孔板為例，為了確保流量和差壓之間的定量關系能夠準確實現,節流裝置必須按要求準確安裝,否則將帶來測量誤差。安裝要求主要有：①孔板方向安裝正確，孔板的銳面迎著流體的方向；②孔板前端面與管段軸線垂直，允許最大不垂直度不得超過1°；③在測量精度要求較高的場合，節流件前后直管段建議采用標準直管段再介入主管道，以提高計量準確度；④新裝管道必須在管道沖洗和掃線后，再安裝孔板，以免掃線時損傷孔板銳面，管道內雜物在孔板前后堆積，造成測量誤差；⑤孔板的密封墊片盡量薄，設計取定厚度不得大于0.03D，墊片安裝后不得突入管道中。

（6）差壓變送器安裝或使用不正確。由引壓管接至差壓變送器前，必須安裝切斷閥和平衡閥，現在經常使用的三閥組，就是起到切斷和平衡的作用。在啟用差壓變送器時，先開平衡閥，使正負壓室連通，受壓相通，然后再打開切斷閥，最后再關閉平衡閥，差變即可投入運行狀態；差變若需停用時，應先打開平衡閥，然后再關閉切斷閥，如果差變安裝或使用不正確也會引起測量誤差。另外，平衡閥內漏問題也會造成測量誤差。

（7）小流量問題。這個問題不僅僅存在于差壓式流量計中，其它類型的流量計均存在此問題，只是程度有所不同。對孔板來講，最好的辦法是實物標定。苯抽提裝置有的流量儀表的量程很小，使得差壓式流量計在流量測量過程中造成誤差。

以上幾點是差壓式流量計安裝和運行中經常遇到的問題，在差壓式流量計標準化設計、制作的基礎上，如能有效解決上述問題，即可保證其計量精度。

2 故障處理

關于正、負導壓管堵塞的處理：使用鋼絲或鐵絲將其堵塞位置疏通，如無法疏通，則使用0.3MPa蒸汽加以沖洗；使用蒸汽沖洗后仍沒有解決脈沖管線堵塞，則應動用焊具，更換其沖擊管線堵塞部分，恢復其正常運行。

關于孔板倒裝的處理：將其裝置部件拆開，重新調換孔板方向即可。

差壓式流量計的維護

1 差壓式流量測量系統的維護使用現狀

目前使用中的差壓式流量測量系統，由于受維護人員專業技術水平的限制，大部分僅僅限于對硬件的管理和維護。主要工作內容不外乎檢查節流裝置即差壓發生器脈沖導壓管閥門有無泄漏堵塞，流量計算儀等數據處理器工作是否正常并定期對其進行校驗等。若以上維護檢查未發現問題，即使系統顯示的數據有明顯的偏差，一般也認定系統是正常的。

筆者認為對差壓式流量測量系統的使用維護，僅限于對硬件的管理和維護是遠遠不夠的，更重要的是要對系統進行軟維護。所謂軟維護，就是對差壓式流量測量系統運行的工況參數進行跟蹤分析、研究計算，根據計算結果對系統的技術參數進行反復修正，使它盡可能接近實際運行工況。事實上軟維護是一個使系統技術參數無限接近實際運行工況的過程。

2 軟維護的要求

差壓式流量測量系統的軟維護管理是一項技術性比較強的工作，其內容主要包括：

（1）在系統運行穩定后，對系統的工況進行調查分析研究。若發現運行工況偏離設計值，可根據計算結果對系統進行調整；

（2）對工況變化頻率較高的系統，可以增加溫度壓力校正環節。如果條件允許，可利用計算機來進行適時的在線修正。在實際應用中可考慮開發一些使軟維護容易實現的系統軟件，這樣也可以使流量測量系統的整體技術水平得到很大提升。

3 使用運行工況與設計工況偏離對系統測量準確性與可靠性的影響

（1）實際運行流量值偏離設計值。實際運行流量值偏離設計流量值是經常出現的問題。在多數情況下，設計流量值定的都比較高，但實際運行流量值較低。系統測量準確性與可靠性的影響因素主要有：①由于節流裝置的準確度與可靠度是按常用流量計算的，常用流量一般是刻度流量的70%～80%，如果偏離常用流量較遠，就會引起流出系數C較大的變化，那么它的準確度與可靠度就會大大降低，從而導致系統測量的準確性與可靠性差；②差壓變送器（差壓計）的可靠度是按引用誤差計算的，它的誤差分布如表2所示 。

從表2中可以看出，若系統在50%以下運行,差壓計的相對誤差在±2%～±6%之間，對流量的影響± 1%～±3%。同時由于雷諾數是流量值的函數，流量值偏離必定引起雷諾數的變化，從而引起流出系數C的變化。這些影響集中在一起，那么累計誤差是比較大的，同時會引起系統測量的準確性與可靠性差。

（2）介質溫度壓力偏離設計值。在節流裝置設計計算時，介質流體（包括氣體、液體和蒸汽）流量是設計工況下的質量流量（或體積流量），也就是某特定條件下的質量流量（或體積流量），這特定條件包括的參數很多，主要是溫度和壓力參數。在特定的條件（溫度、壓力等）下介質流體的密度是一定的，如果在實際運行時介質流體的溫度、壓力等主要參數值偏離設計值，介質流體的密度必然也會改變。介質流體的密度改變，對流量值的影響是很直觀的；另一方面，為了工藝操作的方便，儀表指示值給出的是標準狀態下的體積流量，這是根據介質流體的密度換算出來的，而介質流體的密度改變使其換算關系也改變，兩種影響都會引起節流裝置測量誤差的增大。在有些流量測量系統中增加溫度壓力校正環節的作用正是為了降低這種影響。當然，影響流量測量的因素很多，溫壓補償僅是保證測量盡可能準確的手段之一。

表2 差壓計誤差分析表（差壓計按0.5級）

差壓式流量測量系統在實際使用時影響系統測量準確性與可靠性的因素比較多，以上只對兩個主要因素進行了分析。為了使用好差壓式流量測量系統，維護管理人員應該對系統運行情況進行跟蹤調查研究，發現問題及時解決。對于規模比較大的物料流量計量系統，應站在整個系統物料平衡的高度來對流量計量系統的每個測量點進行分析研究，計算出每個測量點的流量值的控制范圍，反復研究測量值與控制范圍的差距，查找數據偏離的原因并加以解決。這樣可以進一步提高流量測量的準確性，為生產經營提供較可靠的計量數據。

結語

隨著企業不斷走向市場，為了提高經濟效益，工藝生產過程中各種物料和能源的流量計量越來越重要。因此，只有正確使用和加強流量測量系統的維護，才能滿足企業的要求，使流量計量發揮重要的作用。

[1]厲玉鳴.化工儀表及自動化[M].北京:化學工業出版社,2001.

[2]化工測量儀表編寫組.化工測量儀表[M].上海:上海科學技術出版社,1984.

Starting with the discussion about the important position of differential pressure flowmeters in the measurement of flow rate, the paper introduced the use and maintenance of this kind of flow rate metering system.It is also pointed out that the use and maintenance of this system not only involve the hard wares,but also the software.Finally,according to the field practice,the analysis is given to the errors of differential pressure flowmeters.

software maintenance;hardware maintenance;deviating;error analysis;differential pressure flowmeters

2010-04-22