孔板流量計

廣泛應用於石油、化工、冶金、電力、供熱、供水等領域的過程式控制制和測量。孔板流量計被廣泛適用於煤炭、化工、交通、建築、輕紡、食品、醫藥、農業、環境保護及人民日常生活等國民經濟各個領域，是發展工農業生產，節約能源，改進產品質量，提高經濟效益和管理水平的重要工具在國民經濟中佔有重要的地位。在過程自動化儀錶與裝置中，流量儀錶有兩大功用：作為過程自動化控制系統的檢測儀錶和測量物料數量的總量表。

該流量計應用領域比較廣泛，所有的單相流速都可以測量，一部分混相流也可以使用該產品。因為兩相流而不能準確計量，甚至有可能發生水錘現象，損壞管件。若使用環形孔板，冷凝水可以從環形孔板的邊沿流走，最小流通面是緊貼管內壁的圓環，而標準孔板最小流通面是處於管中心的同心圓。流體中的雜質流速較低，一般是緊貼著管壁邊流動，節流裝置新品種的不斷出現並獲得推廣應用，與節流裝置相配套的差壓變送器及顯示儀錶在性能和質量方面發展迅速。

孔板流量計本應是尖銳直角的入口邊緣卻變成了喇叭口，改變了流出係數，產生了較大誤差，不得不更換。可見，測量高溫流體的流量，本產品是最佳選擇。

流體流經管道內的節流裝置，在節流件附近造成局部收縮，流速增加，在其上、下游兩側產生靜壓力差。

孔板流量計的節流裝置結構簡單，且牢固、性能穩定可靠，使用期限長，價格較低，是工業中常用到的流量測量儀錶，整個加工過程採用國際標準，並經過嚴格的校驗檢測。

孔板流量計使流速增加，靜壓力低，於是在節流件前後便產生了壓力降，即壓差，介質流動的流量越大，在節流件前後產生的壓差就越大，所以孔板流量計可以通過測量壓差來衡量流體流量的大小。這種測量方法是以能量守衡定律和流動連續性定律為基準的。

孔板流量計可測量管道中各種流體的流量，可測量的介質有液體、氣體、蒸汽，被廣泛應用於石油、化工、冶金、輕工、煤礦等工業部門。

孔板流量計前後產生一個靜壓力差，該壓力差與流量存在著一定的函數關係，流量越大，壓力差就越大，差壓信號傳送給差壓變送器，轉換成4-20ma.DC模擬信號輸出，遠轉給流量積算儀，實現流體流量的計量。質量型流量計，利用智能型差壓變送器，對工況溫/壓進行自動補償后，實現對流體質量流量的測量、

孔板流量計要送熱風，熱風爐離高爐一般比較近，且彎頭較多。過去曾使用標準孔板，因直管段不夠長而誤差較大。本儀錶因為有均壓環和多個取壓口，需要2D長的直管段即可。安裝在熱風爐送風管上之後，應用情況非常滿意，已經有三十幾座熱風爐裝上了環形孔板流量計，運行3年多沒有故障。

1.公稱直徑：15mm≤DN≤1200mm孔板式蒸汽流量計

2.公稱壓力：PN≤40MPa

3.工作溫度：-50℃≤t≤550℃

4.量程比：1:10，1:15

5.精度：0.5級，1級

1、管道條件：

（1）節流件前後的直管段必須是直的，不得有肉眼可見的彎曲。

（2）安裝節流件用得直管段應該是光滑的，如不光滑，流量係數應乘以粗糙度修正係數。

（3）為保證流體的流動在節流件前1D處形成充分發展的紊流速度分佈，而且使這種分佈成均勻的軸對稱形，所以1）直管段必須是圓的，而且對節流件前2D範圍，其圓度要求其甚為嚴格，並且有一定的圓度指標。具體衡量方法：（A）節流件前OD，D/2，D，2D4個垂直管截面上，以大至相等的角距離至少分別測量4個管道內徑單測值，取平均值D。任意內徑單測量值與平均值之差不得超過±0。3%（B）在節流件后，在OD和2D位置用上述方法測得8個內徑單測值，任意單測值與D比較，其最大偏差不得超過±2%2）節流件前後要求一段足夠長的直管段，這段足夠長的直管段和節流件前的局部阻力件形式有關和直徑比β有關，見表1（β=d/D,d為孔板開孔直徑，D為管道內徑）。

（4）節流件上游側第一阻力件和第二阻力件之間的直管段長度可按第二阻力件的形式和β=0。7（不論實際β值是多少）取表一所列數值的1/2

（5）節流件上游側為敞開空間或直徑≥2D大容器時，則敞開空間或大容器與節流件之間的直管長不得小於30D（15D）若節流件和敞開空間或大容器之間尚有其它局部阻力件時，則除在節流件與局部阻力件之間設有附合表1上規定的最小直管段長1外，從敞開空間到節流件之間的直管段總長也不得小於30D（15D）。

節流件上下游側的最小直管段長度表1

節流件上游側局部陰力件形式和最小直管段長度L

註：1、上表只對標準節流裝置而言，對特殊節流裝置可供參考

2、列數係為管內徑D的倍數。

3、上表括弧外的數字為“附加相對極限誤差為零”的數值，括弧內的數字為“附加相對極限誤差為±0.5%”的數值。即直管段長度中有一個採用括弧內的數值時，流量測量的極限相對誤差τQ/Q。應再算術相加0.5%亦即（τQ/Q+0.5）%

4、若實際直管段長度大於括弧內數值，而小於括弧外的數值時，需按“附加極限相對誤差為0.5%”處理。

（1）直流件安裝在管道中，其前端面必須與管道軸線垂直，允許的最大不垂直度不得超過±1°。

（2）節流件安裝在管道中后，其開孔必須與管道同心，其允許的最大不同心度ε不得超過下列公式計算結果:ε≤0.015D（1/β-1）。

（3）所有墊片不能用太厚的材料，最好不超過0.5mm，墊片不能突出管壁內否則可能引起很大的測量誤差。

（4）凡是調節流量用的閥門，應裝在節流件后最小值管段長度以外

（5）節流裝置在工藝管道上的安裝，必須在管道清洗吹掃後進行。

（6）在水平或傾斜管道安裝的節流裝置的取壓方式。

被測流體為液體時，為防止氣泡進工藝管道入到牙關，取壓扣應處於工藝管道中心線下偏≤45°的位置上正負取ααα1。

一、優點

1、標準節流件是全用的，並得到了國際標準組織的認可，無需實流校準，即可投用，在流量感測器中也是唯一的；

2、結構易於複製，簡單、牢固、性能穩定可靠、價格低廉；

3、應用範圍廣，包括全部單相流體(液、氣、蒸汽)、部分混相流，一般生產過程的管徑、工作狀態(溫度、壓力)皆可以測量；

4、檢測件和差壓顯示儀錶可分開不同廠家生產，便於專業化規模生產。

二、缺點

1、測量的重複性、精確度在流量感測器中屬於中等水平，由於眾多因素的影響錯綜複雜，精確度難於提高；

2、範圍度窄，由於流量係數與雷諾數有關，一般範圍度僅3∶1～4∶1；

3、有較長的直管段長度要求，一般難於滿足。尤其對較大管徑，問題更加突出；

4、壓力損失大；

5、孔板以內孔銳角線來保證精度，因此感測器對腐蝕、磨損、結垢、臟污敏感，長期使用精度難以保證，需每年拆下強檢一次；

6、採用法蘭連接，易產生跑、冒、滴、漏問題，大大增加了維護工作量。

在已知有關參數的條件下，根據流動連續性原理和伯努利方程可以推導出差壓與流量之間的關係而求得流量。其基本公式如下：

c－流出係數無量綱

d－工作條件下節流件的節流孔或喉部直徑

D－工作條件下上游管道內徑

qm－質量流量Kg/s

qv－體積流量m/s

d/D－直徑比無量綱

流體的密度Kg/m

可膨脹性係數無量綱

節流件：標準孔板、標準噴嘴、長徑噴嘴、1/4圓孔板、雙重孔板、偏心孔板、圓缺孔板、錐形入口孔板等取壓裝置：環室、取壓法蘭、夾持環、導壓管等連接法蘭(國家標準、各種標準及其它設計部門的法蘭)、緊固件。測量管。

孔板流量計的安裝要求：對直管段的要求一般是是前10D后5D，因此在選購孔板流量計時一定要根據流量計的現場工礦情況來選擇適合現場工礦的流量計。

充滿管道的流體，當它們流經管道內的節流裝置時，流束將在節流裝置的節流件處形成局部收縮，從而使流速增加。

▲節流裝置結構易於複製，簡單、牢固，性能穩定可靠，使用期限長，價格低廉。

▲孔板計算採用國際標準與加工

▲應用範圍廣，全部單相流皆可測量，部分混相流亦可應用。

▲標準型節流裝置無須實流校準，即可投用。

▲一體型孔板安裝更簡單，無須引壓管，可直接接差壓變送器和壓力變送器。智能型特點

▲採用進口單晶硅智能差壓感測器

▲高精度，完善的自診斷功能

▲智能孔板流量計其量程可自編程調整。

▲可同時顯示累計流量、瞬時流量、壓力、溫度。

▲具有在線、動態全補償功能外，還具有自診斷、自行設定量程。

▲配有多種通訊介面

▲穩定性高

▲量程範圍寬、大於10：1

▲高精度：±0.075%

▲高穩定性：優於0.1%FS/年

▲高靜壓：40MPa

▲連續工作5年不需調校

▲可忽略溫度、靜壓影響

▲抗高過壓

採用進口單晶硅智能差壓感測器

高精度，完善的自診斷功能

智能孔板流量計智能孔板流量計其量程可自編程調整。

智能孔板流量計可同時顯示累計流量、瞬時流量、壓力、溫度。

具有在線、動態全補償功能外，智能孔板流量計還具有自診斷、自行設定量程。

配有多種通訊介面

穩定性高

量程範圍寬、大於10：1

1、管道的口徑（管徑*壁厚）

2、管道的材質

3、孔板流量計測量的介質

4、被測介質的工作溫度

5、被測介質的工作壓力（最大壓力、最小壓力、正常壓力）

6、被測介質的工作流量（最大流量、最小流量、正常流量）

7、被測介質的粘度

與變送器配套組成的高量程比差壓流量裝置，可測量氣體、蒸汽、液體及天然氣的流量。孔板節流裝置是標準節流件可不需標定直接依照國家標準生產。

所有的單相流速都可以測量，一部分混相流也可以使用該產品。HNLG型孔板流量計安裝簡單，更不需要引壓管，可以直接連接差壓變送器或者壓力變送器來進行測量，可以同時顯示流體的累計流量、瞬時流量計、壓力及溫度，並配有多種通訊介面。

當充滿管道的流體流經孔板時，將產生局部收縮，流束集中，流速增加，靜壓力降低，於是在孔板前後產生一個靜壓力差。

孔板流量計的結構原理在管路上裝有一塊孔板，孔板兩側接測壓管，分別與U型壓差計相連接。孔板流量計是利用流體通過銳孔的節流作用，使流速增大，壓強減小，造成孔板前後壓強差，作為測量的依據。若管路直徑為d1，孔板銳孔直徑為d0，流體流經孔板后所形成縮脈的直徑為d2，流體密度為ρ。在界面I，Ⅱ處即孔板前測壓導管處和縮脈處的速度。

1、接上信號線、電源線

2、開啟進口、出口閥門，進出口閥門開度要一致

3、打開不鏽鋼三閥組平衡閥，緩慢開啟孔板高低壓端的閥門，待流體通過流量計后關閉不鏽鋼三閥組平衡閥即可。

孔板流量計自從應用在工業領域之後，其應用範圍不斷擴大，原有的產品規格和標準無法更好的適應變化迅速的工業機械的發展，故而孔板流量計的生產研究人員根據各行業的需求開發出了兩種可以適應其需求的孔板流量計，主要包括一體化孔板流量計和智能型孔板流量計兩種。

兩者的區別在於：

1、一體化孔板流量計是測量流量的差壓發生裝置，配合各種差壓計或差壓變送器可測量管道中各種流體的流量，孔板流量計節流裝置包括環室孔板，噴嘴等。

2、智能型孔板流量計是集流量、溫度、壓力檢測功能於一體，並能進行溫度、壓力自動補償的新一代流量計，該孔板流量計採用先進的微機技術與微功耗新技術，功能強，結構緊湊，操作簡單，使用方便。

標準孔板是一類規格最多的標準節流裝置，廣泛應用於各種流體特別是氣體流量測量中，孔板的結構因壓力、通徑、取壓方式的不同而不同。

標準孔板按常用取壓方式可分為角接取壓、法蘭取壓、徑距取壓三種類型。

取壓方式：法蘭取壓

取壓方式：角接取壓

偏心孔板和圓缺孔板只適於安裝在水平或傾斜管道上，不能在垂直管道上使用。如被測流體中含有固體顆粒時，開口或缺口應置於下方；如液體中有氣體析出時，開口或缺口應置於上方；取壓口處在圓缺口或偏心開孔和管道相切點的對面。

這一類孔板是將孔板與測量管做成一體，一般用於小管徑（DN≤50mm），所以又稱小管徑孔板。

特點：

（1）、結構緊湊，牢固耐用，工作可靠。

（2）、可以測小流量，現場安裝方便。

（3）、要求配製一段直管段（前5D、后2D需精密加工）。

使用條件：

（1）、公稱通徑：15-50mm

（2）、公稱壓力：≤6.3MPa

（3）、精確度（不確定度）：2.5%

用於流體輸送過程的降壓、限流。利用節流件的壓力損失的特點，來達到降壓、限流的目的。

特點：結構簡單、耐用、工作可靠。

不需要測量差壓。

環形孔板適用於各種流體（氣體、蒸汽、液體）介質，它除了具有標準孔板的結構簡單、牢固、安裝使用方便等特點以外，還具有以下優點：

1、更適合測量飽和蒸汽、過熱蒸汽以及煤氣、冷卻水等臟污流體。

2、更容易適應高溫、高壓流體的流量測量。

3、比圓缺孔板、偏心孔板工作更可靠，測量更精確。

4、以較低的成本製成耐腐蝕型，測量腐蝕性流體的流量。

5、由於本產品外部形狀簡單，容易製成夾套保濕型在夾套內通蒸汽，可以防止被測流體（如重油、渣油等）在測量管段內凝結或粘附；通以冷卻液，可防止易汽化的液體在流經測流板時形成汽液兩相流。

6、採用均壓環結構，減少了測量誤差來源引至差壓變送器的是在測流板上、下游處取壓管橫截面的靜壓平均值，減弱了上游局部阻力形成的速度分佈畸變對精度的影響，實際精度更接近基本精度。

7、要求較低的前後直管段

8、採用一體型結構形式，減少管線敷設。

9、採用帶遠傳膜盒的差壓變送器，可以測量諸如煤粉、渣油等臟污液體的流量。

工作原理：環形孔板節流裝置和普通的標準孔板一樣，依據的基本原理是流體連續性方程和伯努利方程。把環形孔板安裝在圓管中，當液體流經節流裝置時，其上、下游側之間就會產生壓力差。

連接方式：法蘭連接和焊接連接。

節流裝置的安裝和適用於下列管段和管件有關：節流件上游側第一阻力件、第二阻力件，節流件下右側第一阻力件，從節流件上游第二阻力件到下游第一阻力件之間的管段以及差壓訊號管路等。

流量測量的發展可追溯到古代的水利工程和城市供水系統。古羅馬凱撒時代已採用孔板測量居民的飲用水水量。公元前1000年左右古埃及用堰法測量尼羅河的流量。我國著名的都江堰水利工程應用寶瓶口的水位觀測水量大小等等。17世紀托里拆利奠定差壓式流量計的理論基礎，這是流量測量的里程碑。自那以後，18、19世紀流量測量的許多類型儀錶的雛形開始形成，如堰、示蹤法、皮託管、文丘里管、容積、渦輪及靶式流量計等。20世紀由於過程工業、能量計量、城市公用事業對流量測量的需求急劇增長，才促使儀錶迅速發展，微電子技術和計算機技術的飛躍發展極大地推動儀錶更新換代，新型流量計如雨後春筍般湧現出來。至今，據稱已有上百種流量計投向市場，現場使用中許多棘手的難題可望獲得解決。

我國開展近代流量測量技術的工作比較晚，早期所需的流量儀錶均從國外進口。

流量測量是研究物質量變的科學，質量互變規律是事物聯繫發展的基本規律，因此其測量對象已不限於傳統意義上的管道液體，凡需掌握量變的地方都有流量測量的問題。流量和壓力、溫度並列為三大檢測參數。對於一定的流體，只要知道這三個參數就可計算其具有的能量，在能量轉換的測量中必須檢測此三個參數。能量轉換是一切生產過程和科學實驗的基礎，因此流量和壓力、溫度儀錶一樣得到最廣泛的應用。

孔板流量計應用及其廣泛，流量測量技術與儀錶的應用大致有以下幾個領域。

流量儀錶是過程自動化儀錶與裝置中的大類儀錶之一，它被廣泛適用於冶金、電力、煤炭、化工、石油、交通、建築、輕紡、食品、醫藥、農業、環境保護及人民日常生活等國民經濟各個領域。

能源分為一次能源（煤炭、原油、煤層氣、石油氣和天然氣）、二次能源（電力、焦炭、人工燃氣、成品油、液化石油氣、蒸汽）及載能工質（壓縮空氣、氧、氮、氫、水）等。能源計量是科學管理能源，實現節能降耗，提高經濟效益的重要手段。流量儀錶是能源計量儀錶的重要組成部分，水、人工燃氣、天然氣、蒸汽和油品這些常用的能源都使用著數量極其龐大的流量計，它們是能源管理和經濟核算不可缺少的工具。

煙氣，廢液、污水等的排放嚴重污染大氣和水資源，嚴重威脅人類生存環境。國家把可持續發展列為國策，環境保護將是21世紀的最大課題。空氣和水的污染要得到控制，必須加強管理，而管理的基礎是污染量的定量控制。

我國是以煤為主要能源的國家，全國有上百萬個煙囪不停地向大氣排放煙氣。煙氣排放控制是根治污染的重要項目，每個煙囪必須是安裝煙氣分析儀錶和流量計，組成連櫝排放監視系統。煙氣的流量沆量有很大因難，它的難度為煙囪尺寸大且形狀不規則，氣體組分變化不定，流速範圍大，臟污，灰塵，腐蝕，高溫，無直管段等。

有五種方式：鐵路公路、航空、水運、和管道運輸。其中管道運輸雖早已有之，但應用並不普遍。隨著環保問題的突出，管道運輸的特點引起人們的重視。管道運輸必須裝備流量計，它是控制、分配和調度的眼睛，亦是安全監沒和經濟核算的必備工具。

21世紀將迎來生命科學的世紀，以生物技術為特徵的產業將獲得迅速發展。生物技術中需監測計量的物質很多，如血液，尿液等。儀錶開發的難度極大，品種繁多。

科學實驗需要的流量計不但數量多，且品種極其繁雜。據統計流量計100多種中很大一部分是應科研之需用的，它們並不批量生產，在市面出售，許多科研機構和大企業皆設專門小組研製專用的流量計。

這些領域為敞開流道，一般需檢測流速，然後推算流量。流速計和流量計所依據的物理原理及流體力學基礎是共通的但是儀錶原理及結構以及使用條件有很大差別。

孔板流量計可廣泛應用於石油、化工、天然氣、冶金、電力、製藥等行業中，各種液體、氣體、天燃氣以及蒸汽的體積流量或質量流量的連續測量。

簡單來說差壓值要開方輸出才能對應流量。

一．流量補償概述

差壓式流量計的測量原理是基於流體的機械能相互轉換的原理。在水平管道中流動的流體，具有動壓能和靜壓能（位能相等），在一定條件下，這兩種形式的能量可以相互轉換，但能量總和不變。以體積流量公式為例：

Qv=CεΑ/sqr（2ΔP/（1-β^4）/ρ1）

其中：C流出係數；

ε可膨脹係數

Α節流件開孔截面積，M^2

ΔP節流裝置輸出的差壓，Pa;

β直徑比

ρ1被測流體在I-I處的密度，kg/m3;

Qv體積流量，m3/h

按照補償要求，需要加入溫度和壓力的補償，根據計算書，計算思路是以50度下的工藝參數為基準，計算出任意溫度任意壓力下的流量。其實重要是密度的轉換。計算公式如下：

Q=0.004714187*d^2*ε*@sqr（ΔP/ρ）Nm3/h0C101.325kPa

也即是畫面要求顯示的0度標準大氣壓下的體積流量。

在根據密度公式：

ρ=P*T50/（P50*T）*ρ50

其中：ρ、P、T表示任意溫度、壓力下的值

ρ50、P50、T50表示50度表壓為0.04MPa下的工藝基準點

結合這兩個公式即可在程序中完成編製。

二．程序分析

1.瞬時量

溫度量：必須轉換成絕對攝氏溫度；即+273.15

壓力量：必須轉換成絕對壓力進行計算。即表壓+大氣壓力

補償計算根據計算公式，數據保存在PLC的寄存器內。同時在intouch畫面上做監視。

2.累積量

採用2秒中一個掃描上升沿觸發進行累積，即將補償流量值（Nm3/h）比上1800單位轉換成每2S的流量值，進行累積求和，畫面帶複位清零功能。

孔板流量計廣泛應用於石油、化工、冶金、電力、輕工等部門。孔板流量計（又稱節流裝置、差壓式流量計）是測量流量的差壓發生裝置，配合各種差壓計或差壓變送器可測量管道中各種流體的流量。

1、被測流體為液體時，為防止氣泡進入導壓管，取壓口應處工藝管道中心線下偏≤45°的位置上，正負取壓口處於與管道對稱位置時，兩者應在同一水平面上

2、被測流體為氣體時，為防止液體（冷凝液）進入導壓管，取壓口應處工藝管道中心管道上方線上偏≤45°的位置上，正負取壓口處於與管道對稱位置時，兩者應在同一水平線上。

3、被測流體為蒸汽時，應保證冷凝器中冷凝液面恆定和正負導壓管上的冷凝面高度一致。正負壓口處於與管道對稱位置時，兩者應在同一水平面上。

以上三種孔板流量計取壓口安裝方式，均可與管道對稱和管道的同一側進行安裝。