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各類流量計(jì)選型原則及方法
閱讀：5610 發(fā)布時(shí)間：2021-11-1流量計(jì)選型的原則
選擇流量計(jì)的原則首先是要深刻地了解各種流量計(jì)的結(jié)構(gòu)原理和流體特性等方面的知識(shí)，同時(shí)還要根據(jù)現(xiàn)場的具體情況及考察周邊的環(huán)境條件進(jìn)行選擇。也要考慮到經(jīng)濟(jì)方面的因素。一般情況下，主要應(yīng)從下面五個(gè)方面進(jìn)行選擇：
① 流量計(jì)的性能要求；
② 流體特性；
③ 安裝要求；
④ 環(huán)境條件；
⑤ 流量計(jì)的價(jià)格。
1、流量計(jì)的性能要求
流量計(jì)的性能方面主要包括：測量流量（瞬時(shí)流量）還是總量（累積流量）；準(zhǔn)確度要求；重復(fù)性；線性度；流量范圍和范圍度；壓力損失；輸出信號(hào)特性和流量計(jì)的響應(yīng)時(shí)間等。
（1）測流量還是總量
流量測量包括兩種，即瞬時(shí)流量和累積流量，比如對(duì)分輸站管道的原油屬于貿(mào)易交接或石油化工管道進(jìn)行連續(xù)配比生產(chǎn)或生產(chǎn)流程的過程控制等需要計(jì)量總量，間或輔以瞬時(shí)流量的觀察。在有的工作場所對(duì)流量進(jìn)行控制則需配備瞬時(shí)流量測量。因此，要根據(jù)現(xiàn)場計(jì)量的需要進(jìn)行選擇。有些流量計(jì)比如容積式流量計(jì)，渦輪流量計(jì)等，其測量原理是以機(jī)械計(jì)數(shù)或脈沖頻率輸出直接得到總量，其準(zhǔn)確度較高，適用于計(jì)量總量，如配有相應(yīng)的發(fā)訊裝置也可輸出流量。電磁流量計(jì)、超聲流量計(jì)等是以測量流體流速推導(dǎo)出流量，響應(yīng)快，適用于過程控制，如果配以積算功能后也可以獲得總量。
（2）準(zhǔn)確度
流量計(jì)準(zhǔn)確度等級(jí)的規(guī)定是在一定的流量范圍內(nèi)，如果使用在某一特定的條件下或比較窄的流量范圍內(nèi)，比如，僅在很小的范圍內(nèi)變化，此時(shí)其測量準(zhǔn)確度會(huì)比所規(guī)定的準(zhǔn)確度等級(jí)高。如用渦輪流量計(jì)計(jì)量油品裝桶分發(fā)，在閥門全開的情況下使用，流量基本恒定，其準(zhǔn)確度可能會(huì)從0.5級(jí)提高到0.25級(jí)。
用于貿(mào)易核算、儲(chǔ)運(yùn)交接和物料平衡如果要求測量準(zhǔn)確度較高時(shí)，應(yīng)考慮準(zhǔn)確度測量的持久性，一般用于上述情況下的流量計(jì)，準(zhǔn)確度等級(jí)要求為0.2級(jí)。在這樣的工作場所一般是現(xiàn)場配備計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備（比如體積管），對(duì)所使用的流量計(jì)進(jìn)行在線檢測。近幾年由于原油的日趨緊張和各單位對(duì)原油計(jì)量的高要求，對(duì)原油計(jì)量提出實(shí)行系數(shù)交接，即除了每半年對(duì)流量計(jì)進(jìn)行一次周期檢測后，貿(mào)易交接雙方協(xié)商每1個(gè)月或2個(gè)月對(duì)流量計(jì)進(jìn)行檢定確定流量系數(shù)，每天根據(jù)流量計(jì)計(jì)量的數(shù)據(jù)與流量計(jì)流量系數(shù)計(jì)算出數(shù)據(jù)進(jìn)行交接，以提高流量計(jì)的準(zhǔn)確度，也稱為*交接。
準(zhǔn)確度等級(jí)一般是根據(jù)流量計(jì)的最大允許誤差確定的。各制造廠提供的流量計(jì)說明書中會(huì)給出。一定要注意其誤差的百分率是指相對(duì)誤差還是引用誤差。相對(duì)誤差為測量值的百分率，常用“％ R"表示。引用誤差則是指測量上限值或量程的百分率，常用“％ FS"。許多制造廠說明書中并未注明。比如，浮子流量計(jì)一般都是采用引用誤差，電磁流量計(jì)有的型號(hào)也有采用引用誤差的。
流量計(jì)如果不是單純計(jì)量總量，而是應(yīng)用在流量控制系統(tǒng)中，則檢測流量計(jì)的準(zhǔn)確度要在整個(gè)系統(tǒng)控制準(zhǔn)確度要求下確定。因?yàn)檎麄€(gè)系統(tǒng)不僅有流量檢測的誤差，還包含有信號(hào)傳輸、控制調(diào)節(jié)、操作執(zhí)行等環(huán)節(jié)的誤差和各種影響因素。比如，操作系統(tǒng)中存在有2%左右的回差，對(duì)所采用的測量儀表確定過高的準(zhǔn)確度（0.5級(jí)以上）就是不經(jīng)濟(jì)和不合理的。就儀表本身來說，傳感器與二次儀表之間的準(zhǔn)確度也應(yīng)該適當(dāng)相配，比如說設(shè)計(jì)出來未經(jīng)實(shí)際標(biāo)定的均速管誤差如在±2.5%～±4%之間，配上0.2%～0.5%高準(zhǔn)確度的差壓計(jì)就意義不大了。
還有一個(gè)問題就是對(duì)于檢定規(guī)程或制造廠說明書中對(duì)流量計(jì)所規(guī)定的準(zhǔn)確度等級(jí)指的是其流量計(jì)的最大允許誤差。但是由于流量計(jì)在現(xiàn)場使用時(shí)受環(huán)境條件、流體流動(dòng)條件和動(dòng)力條件等變化的影響，將會(huì)產(chǎn)生一些附加誤差。因此，現(xiàn)場使用的流量計(jì)應(yīng)是儀表本身的最大允許誤差和附加誤差的合成，一定要充分考慮到這個(gè)問題，有時(shí)候可能現(xiàn)場的使用環(huán)境范圍內(nèi)的誤差會(huì)超過流量計(jì)的最大允許誤差。
（3）重復(fù)性
重復(fù)性是由流量計(jì)原理本身與制造質(zhì)量決定的，是流量計(jì)使用過程中的一個(gè)重要的技術(shù)指標(biāo)，與流量計(jì)的準(zhǔn)確度息息相關(guān)。一般在檢定規(guī)程中的計(jì)量性能要求中對(duì)流量計(jì)不僅有準(zhǔn)確度等級(jí)規(guī)定外，還對(duì)重復(fù)性進(jìn)行了規(guī)定，一般規(guī)定為：流量計(jì)的重復(fù)性不得超過相應(yīng)準(zhǔn)確度等級(jí)規(guī)定的最大允許誤差的1/3～1/5。
重復(fù)性一般定義為在環(huán)境條件和介質(zhì)參量等不變的情況下，對(duì)流量值短時(shí)間內(nèi)，同方向進(jìn)行多次測量的一致性。但是，在實(shí)際應(yīng)用中，流量計(jì)的重復(fù)性會(huì)常常被流體粘度、密度參量的變化所影響，有時(shí)這些參量變化還沒有達(dá)到需要進(jìn)行專門修正的程度，會(huì)誤認(rèn)為是流量計(jì)的重復(fù)性不好。鑒于這種情況下，應(yīng)選擇對(duì)此參量變化不敏感的流量計(jì)。比如，浮子流量計(jì)容易受流體密度影響，小口徑的流量計(jì)不僅受流體密度的影響，可能還會(huì)受流體粘度的影響；渦輪流量計(jì)如果用在高粘度范圍時(shí)的粘度影響；有些未做修正處理的超聲流量計(jì)會(huì)受到流體溫度的影響等等。如果流量計(jì)的輸出是非線性的，這種影響可能會(huì)更為突出。
（4）線性度
流量計(jì)的輸出主要有線性和非線性平方根兩種。一般的來說流量計(jì)的非線性誤差是不單獨(dú)列出的，而是包含在流量計(jì)的誤差內(nèi)。對(duì)于一般比較寬流量范圍，輸出信號(hào)為脈沖的，用作總量積算的流量計(jì)，線性度則是一個(gè)重要的技術(shù)指標(biāo)，如果在其流量范圍內(nèi)使用單一的儀表系數(shù)，當(dāng)線性度差就會(huì)降低流量計(jì)的準(zhǔn)確度。比如，渦輪流量計(jì)在10：1的流量范圍內(nèi)采用一個(gè)儀表系數(shù)，線性度差時(shí)其準(zhǔn)確度會(huì)較低，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，可將其流量范圍分段，用最小二乘法擬合出流量—儀表系數(shù)曲線對(duì)流量計(jì)進(jìn)行修正，從而提高流量計(jì)的準(zhǔn)確度和擴(kuò)展流量范圍。
（5）上限流量和流量范圍
上限流量也稱為流量計(jì)的滿度流量或最大流量。當(dāng)我們選擇流量計(jì)的口徑時(shí)應(yīng)按被測管道使用的流量范圍和被選流量計(jì)的上限流量和下限流量來進(jìn)行配置，不能簡單的按管道通徑進(jìn)行配用。
一般來講，設(shè)計(jì)管道流體最大流速是按經(jīng)濟(jì)流速來確定的。如果選擇過低，管徑粗，投資會(huì)大；過高則輸送功率大，增加運(yùn)行成本。比如，像水等低粘度液體其經(jīng)濟(jì)流速為1.5～3m/s，高粘度液體0.2～1m/s，大部分流量計(jì)上限流量的流速接近或高于管道經(jīng)濟(jì)流速。因此，流量計(jì)選擇時(shí)其口徑與管道相同時(shí)候就較多，安裝比較方便。如不相同也不會(huì)相差太多，一般上下相鄰一檔的規(guī)格，可采用異徑管連接。
在流量計(jì)的選擇中應(yīng)注意不同類型的流量計(jì)，其上限流量或上限流速由于受各自流量計(jì)的測量原理和結(jié)構(gòu)的限制差別較大。以液體流量計(jì)為例，上限流量的流速以玻璃浮子流量計(jì)低，一般是0.5～1.5m/s之間，容積式流量計(jì)在2.5～3.5m/s之間，渦街流量計(jì)較高在5.5～7.5m/s之間，電磁流量計(jì)則在1～7m/s之間，甚至達(dá)到0.5～10m/s之間。
液體的上限流速還需要考慮不能因?yàn)榱魉龠^高而產(chǎn)生氣穴現(xiàn)象，出現(xiàn)氣穴現(xiàn)象的地點(diǎn)一般是在流速最大，靜壓低的位置，為了防止氣穴的形成，常常需要控制流量計(jì)的最小背壓（最大流量）。
還應(yīng)注意流量計(jì)的上限值訂購后就不能改變，比如容積式流量計(jì)或浮子流量計(jì)等。差壓式流量計(jì)像節(jié)流裝置孔板等一經(jīng)設(shè)計(jì)確定后，其下限流量不能改變，上限流量變動(dòng)可以通過調(diào)整差壓變送器或更換差壓變送器來改變流量。比如某些型號(hào)的電磁流量計(jì)或超聲流量計(jì)，有些用戶可以自行重新設(shè)定流量上限值。
（6）范圍度
范圍度為流量計(jì)的上限流量和下限流量的比值，其值越大則流量范圍越寬。線性儀表有較寬的范圍度，一般為1：10。非線性流量計(jì)的范圍度較小僅為1：3。一般用于過程控制或貿(mào)易交接核算的流量計(jì)，如果要求流量范圍比較寬就不要選擇范圍度小的流量計(jì)。
目前一些制造廠為宣傳其流量計(jì)的流量范圍寬，在使用說明書中把上限流量的流速提得很高，比如液體提高到7～10m/s（一般為6m/s）；氣體提高到50～75m/ s（一般為40~50）m/s）；實(shí)際上如此高的流速是用不上的。其實(shí)范圍度寬的關(guān)鍵是有較低的下限流速，以適應(yīng)測量需要。所以下限流速低的寬范圍度的流量計(jì)才是比較實(shí)用的。
（7）壓力損失
壓力損失一般是指流量傳感器由于在流通通道中設(shè)置的靜止或活動(dòng)檢測元件或改變流動(dòng)方向，從而產(chǎn)生隨流量而變的不能恢復(fù)的壓力損失，其值有時(shí)可達(dá)數(shù)十千帕。因此，應(yīng)按管道系統(tǒng)泵送能力和流量計(jì)進(jìn)口壓力等確定最大流量的允許壓力損失來選定流量計(jì)。因選擇不當(dāng)會(huì)限制流體流動(dòng)產(chǎn)生過大壓力損失而影響流通效率。有些液體（高蒸汽壓碳?xì)湟海┻€應(yīng)注意過度的壓力降可能引發(fā)氣穴現(xiàn)象和液相汽化，降低測量準(zhǔn)確度甚至損壞流量計(jì)。比如管徑大于500mm的輸水用的流量計(jì)，應(yīng)考慮壓損所造成的能量損耗過大而增加的泵送費(fèi)用。據(jù)有關(guān)報(bào)道，壓力損失較大的流量計(jì)幾年來為測量付出的泵送費(fèi)用往往超過低壓損、價(jià)格較貴的流量計(jì)的購置費(fèi)用。
（8）輸出信號(hào)特性
流量計(jì)的輸出和顯示量可以分為：
① 流量（體積流量或質(zhì)量流量）；② 總量；③ 平均流速；④ 點(diǎn)流速。有些流量計(jì)輸出為模擬量（電流或電壓），另一些輸出脈沖量。模擬量輸出一般認(rèn)為適合于過程控制，比較適合于與調(diào)節(jié)閥等控制回路單元接配；脈沖量輸出比較適合于總量和高準(zhǔn)確度的流量測量。長距離信號(hào)傳輸脈沖量輸出則比模擬量輸出有較高的傳送準(zhǔn)確度。輸出信號(hào)的方式和幅值還應(yīng)有與其他設(shè)備相適應(yīng)的能力，比如控制接口、數(shù)據(jù)處理器、報(bào)警裝置、斷路保護(hù)回路和數(shù)據(jù)傳送系統(tǒng)。
（9）響應(yīng)時(shí)間
應(yīng)用于脈動(dòng)流動(dòng)場合應(yīng)注意流量計(jì)對(duì)流動(dòng)階躍變化的響應(yīng)。有些使用場合要求流量計(jì)輸出跟隨流體流動(dòng)變化，而另一些為獲得綜合平均值要求有較慢響應(yīng)的輸出。瞬時(shí)響應(yīng)常以時(shí)間常數(shù)或響應(yīng)頻率表示，其值前者從幾毫秒到幾秒，后者在數(shù)百Hz以下。配用顯示儀表可能相當(dāng)大地延長響應(yīng)時(shí)間。一般認(rèn)為流量計(jì)流量增加或減小時(shí)動(dòng)態(tài)響應(yīng)不對(duì)稱會(huì)加速增加流量測量誤差。
二、流體特性
在流量測量中由于各種流量計(jì)總會(huì)受到流體物性中某一種或幾種參量的影響，所以流體的物性很大程度上會(huì)影響流量計(jì)的選型。因此，所選擇的測量方法和流量計(jì)不僅要適應(yīng)被測流體的性質(zhì)，還要考慮測量過程中流體物性某一參量變化對(duì)另一參量的影響。比如，溫度變化對(duì)液體粘度的影響。
流體物性方面常見的有密度、粘度、蒸汽壓力和其他參量。這些參量一般可以從手冊(cè)中查到，評(píng)估使用條件下流體各參量和選擇流量計(jì)的適應(yīng)性。但也會(huì)有些物性是無法查到。比如腐蝕性、結(jié)垢、堵塞、相變和混相狀態(tài)等。
（1）流體的溫度和壓力
仔細(xì)的分析流量計(jì)內(nèi)流體的工作壓力和溫度，尤其是測量氣體時(shí)溫度壓力變化造成過大的密度變化，可能要改變所選擇的測量方法。比如，溫度和壓力影響流量測量準(zhǔn)確度等性能時(shí)，要作溫度或壓力修正。另外，流量計(jì)外殼的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)和材質(zhì)也取決于流體的溫度和壓力。因此，必須確切地知道溫度和壓力的最大值和最小值。當(dāng)溫度和壓力變動(dòng)很大時(shí)更應(yīng)仔細(xì)選擇。
還應(yīng)注意在測量氣體時(shí)要確認(rèn)其體積流量值是在工況狀態(tài)下的溫度和壓力還是在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的溫度和壓力。
（2）流體的密度
對(duì)于液體，在大部分應(yīng)用場合下其密度相對(duì)恒定，除非溫度變化很大而引起較大變化，一般可不進(jìn)行密度修正。在氣體應(yīng)用場合，流量計(jì)的范圍度和線性度，取決于氣體密度,，一般要知道在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下和工況狀態(tài)下的值，以便選用。也有將流動(dòng)狀態(tài)的值換算到某些*的參比值，這種方法在石油儲(chǔ)運(yùn)方面應(yīng)用普遍。低密度氣體對(duì)某些測量方法，特別是利用氣體動(dòng)量推動(dòng)檢測傳感器的儀表（比如渦輪流量計(jì)）會(huì)比較困難。
（3）粘度
各種液體之間粘度差別很大，且因溫度變化有顯著變化。而氣體則不同，各種氣體之間粘度差別較小，其值一般較低。且不會(huì)因溫度和壓力變化而有顯著變化。因?yàn)橐后w的粘度比氣體高得多。比如在20℃和100kPa下，水的動(dòng)力粘度為 Pa·s，而空氣的動(dòng)力粘度則為 Pa·s，所以液體一定要考慮粘度的影響，而氣體的粘度就不如液體那樣重要。
粘度對(duì)各類流量計(jì)的影響程度不一樣，比如，對(duì)于電磁流量計(jì)、超聲流量計(jì)和科里奧利式質(zhì)量流量計(jì)的流量值是在很寬粘度范圍內(nèi)，可以認(rèn)為不受液體粘度的影響；容積式流量計(jì)的誤差特性和粘度有關(guān)，可能會(huì)略受影響；而浮子流量計(jì)、渦輪流量計(jì)和渦街流量計(jì)，當(dāng)粘度超過某值時(shí)則影響較大以致不能使用。
有些流量計(jì)的特性用管道雷諾數(shù)作為參變量進(jìn)行描述的，而管道雷諾數(shù)是流體粘度、密度以及管道流速的函數(shù)。因此，粘度對(duì)儀表特性還是有影響的。
粘度也是判別牛頓流體或非牛頓流體的一個(gè)參數(shù)，大多數(shù)流量測量方法和流量計(jì)僅適用于牛頓流體。所有氣體都是牛頓流體。大多數(shù)液體以及含有少量球形微粒的液體也是牛頓流體。只適用于牛頓流體的測量方法和流量計(jì)，如果應(yīng)用于非牛頓流體時(shí)將給測量帶來影響。所以，牛頓流體是流體流量測量正常使用的重要條件。
粘度對(duì)不同類型的流量計(jì)范圍度的影響趨勢各異，一般容積式流量計(jì)粘度增加，范圍度擴(kuò)大。而渦輪流量計(jì)和渦街流量計(jì)則相反，粘度增加，范圍度縮小。因此，在評(píng)估流量計(jì)的適應(yīng)性時(shí)，應(yīng)該要掌握液體的溫度—粘度特性。
某些非牛頓流體（如鉆井泥漿、紙漿、巧克力、油漆）性質(zhì)的液體，它們的流動(dòng)狀態(tài)復(fù)雜，不易判斷其屬性，當(dāng)選擇流量計(jì)時(shí)必須謹(jǐn)慎。
（4）化學(xué)腐蝕和結(jié)垢
① 化學(xué)腐蝕問題
流體的化學(xué)腐蝕問題有時(shí)會(huì)成為我們選擇測量方法和使用流量計(jì)的決定因素。比如，某些流體會(huì)使流量計(jì)接觸零件腐蝕，表面結(jié)垢或積淀析出晶體，金屬零件表面產(chǎn)生電解化學(xué)作用，這些現(xiàn)象的產(chǎn)生會(huì)降低流量計(jì)的性能和使用壽命。因此，為了解決化學(xué)腐蝕和結(jié)垢問題，制造廠采取了許多方法，如選用抗腐蝕材料或在流量計(jì)的結(jié)構(gòu)上采取防腐蝕措施，比如，節(jié)流裝置孔板用陶瓷材料制造，金屬浮子流量計(jì)內(nèi)襯耐腐蝕的工程塑料。但是對(duì)于結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的流量計(jì)，如容積式流量計(jì)和渦輪流量計(jì)等就無法對(duì)具有腐蝕性流體進(jìn)行測量了。有一些流量計(jì)是從原理結(jié)構(gòu)上就具有耐腐蝕性或易于作耐腐蝕的措施。超聲流量計(jì)的換能器探頭安裝在管道外壁不與被測流體接觸，本質(zhì)上就是防腐蝕的。電磁流量計(jì)只有測量管襯里和一對(duì)形狀簡單的電極與液體接觸，近年有些設(shè)計(jì)將電極也不與液體接觸，也是一種防腐蝕的措施。
② 結(jié)垢
由于流量計(jì)腔體和流量傳感器上結(jié)垢或析出結(jié)晶會(huì)減少流量計(jì)內(nèi)活動(dòng)部件的間隙，降低流量計(jì)內(nèi)敏感元件的靈敏度或測量性能。比如在超聲流量計(jì)應(yīng)用上結(jié)垢層會(huì)阻礙超聲波發(fā)射。在電磁流量計(jì)應(yīng)用上不導(dǎo)電結(jié)垢層絕緣了電極表面，會(huì)使流量計(jì)無法工作。所以有些流量計(jì)常采用在流量傳感器外界加溫防止析出結(jié)晶或加裝裝置除垢器。
化學(xué)腐蝕和結(jié)垢的結(jié)果是改變?cè)囼?yàn)管道內(nèi)壁粗糙度，而粗糙度會(huì)影響流體的流速分布，因此，建議使用者應(yīng)注意這個(gè)問題，比如多年使用的管道應(yīng)進(jìn)行清洗和除垢工作。
腐蝕和結(jié)垢影響流量測量值的變化會(huì)因流量計(jì)的類型而不同。下面以超聲流量計(jì)和電磁流量計(jì)為例來說明由于管道結(jié)垢影響的結(jié)果，比如，內(nèi)徑為50mm的管道，內(nèi)壁結(jié)垢或沉積0.1～0.2mm，會(huì)使測量管道面積縮小0.4%～0.6%，所產(chǎn)生的誤差對(duì)于0.5～1.0級(jí)的流量計(jì)將是不容忽視的偏差。
（5）壓縮系數(shù)
氣體壓縮系數(shù)z為一定質(zhì)量的氣體，在相同溫度、壓力下，其實(shí)際比體積與“理想比體積"之比。一般地說，對(duì)于理想氣體z=0；實(shí)際氣體z可能大于1或小于1。z偏離1的數(shù)值大小表示實(shí)際氣體偏于理想氣體的程度。氣體壓縮系數(shù)z值取決于種類或組分、溫度、壓力。因此，氣體測量一定要通過壓縮系數(shù)求取工作狀態(tài)下的流體密度。如果組分固定的流體通過溫度、壓力和壓縮系數(shù)計(jì)算密度。如果流體為多組分（比如對(duì)天然氣的計(jì)量）并工作在接近（或在）超臨界區(qū)，就需要配備在線密度計(jì)在線對(duì)密度進(jìn)行測量。