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1、气体流量测量气体流量测量内容提要内容提要 流量测量概念与国标对流量仪流量测量概念与国标对流量仪 表的要求表的要求 流量测量仪表（装置）与原理流量测量仪表（装置）与原理 气体流量测量与其温度、压力、气体流量测量与其温度、压力、密度的关系密度的关系 影响流量测量的因素影响流量测量的因素 蒸汽流量测量的困难蒸汽流量测量的困难 瞬时流量q：单位时间内流过某一截面的物质数量（质量或 体积）。总流量（累计流量）Q：在某一时间内流过的物质数量。Q=流量测量概念流量测量概念 流量测量概念流量测量概念流量表示方法质量流量qv:单位：kg/s kg/h t/h体积流量qm:单位：m3/s m3/h标准体积流量:气
2、体流量测量时，在工业上是指在压力为101325Pa（标准大气压）、温度为20（或0）时的体积流量。这其实也是质量流量。二者之间的关系:流体的密度kg/m3国标对流量测量仪表的要求 为了加强能源管理，国家制定了国标流量计仪表，要求耗能达到一定水平的单位及设备必须配备计量仪表，并对检测仪表的准确度提出了明确的要求，气体流量表(装置)进出用能单位的气体能源计量：煤气：2.0 天然气：2.0 蒸汽 ：2.5 成品油：1.0 水 ：2.5(管径小于250mm),1.5(管径大于250mm)流量测量仪表（装置）流量测量方法和仪表的种类繁多,至今为止,可供工业用的流量仪表种类达100多种。品种如此之多的原因
3、就在于至今还没找到一种对任何流体、任何量程、任何流动状态以及任何使用条件都适用的流量仪表。流量仪表按照目前最流行、最广泛的分类法,即分为:容积式流量计、差压式流量计、浮子流量计、涡轮流量计、电磁流量计、超声波流量计、流体振荡流量计。目前用于大流量、大管径气体流量测量最多的是差压式流量计。我公司用的基本上是差压式流量计。流量测量仪表（装置）我公司目前使用最多的两类差压式流量计依次为孔板和均速管（称巴类），其他还有文丘里管、喷嘴、环形孔板、V型锥、多孔孔板。差压式流量计可按其标准化程度分为二大类:标准的 非标准的所谓标准检测件是只要按照标准文件（GB/T 2624或ISO5167）设计、制造、安装
4、和使用,无须经实流标定即可确定其流量值和估算测量误差。标准的节流装置有以下四种：孔板 喷嘴 文丘里管 文丘里喷嘴流量测量仪表（装置）非标准检测件是成熟程度较差的,尚未列入国际标准中的检测件，其测量误差须经实流标定才能确定。在我公司使用的非标准检测件有环形孔板、V型锥、多孔孔板、均速管；完全不能满足标准测量条件的标准检测件亦可纳入此范围。孔板是节流式差压流量计的一种孔板是节流式差压流量计的一种节流原理：节流原理：流体流经管内固定的节流元件时，在节流件前后流体流经管内固定的节流元件时，在节流件前后产生了差压，利用对差压的测量来反映流量大小产生了差压，利用对差压的测量来反映流量大小依据：能量方程（伯
5、努力方程），连续性方程，依据：能量方程（伯努力方程），连续性方程，定熵膨胀过程（可压缩流体）定熵膨胀过程（可压缩流体）孔板的测量原理孔板的测量原理孔板的测量原理孔板的测量原理孔板本体形状：圆形薄板，中心开孔，孔前部为圆筒形，后部为圆锥扩张孔。特征尺寸：孔径d孔板的测量原理孔板的测量原理流体流经孔板时的流动状态流体流经孔板时的流动状态孔板的测量原理孔板的测量原理流体实际的伯努利方程和连续性方程其中：是平均流速；CA和CB是动能修正系数；为阻力系数。孔板的测量原理孔板的测量原理联立解出 ，由 得实际流量公式：实际应用综合公式实际应用综合公式体积流量体积流量质量流量质量流量孔板的测量原理孔板的测量原
6、理孔板的测量原理孔板的测量原理流量公式说明：流量公式说明：节流装置的输入节流装置的输入输出关系的静特性：输出关系的静特性：节流装置的输入为节流装置的输入为q q，输出为，输出为P P，由公式可知：，由公式可知：P=P=KqKq2 2。即：。即：PPq q为非线性关系；为非线性关系；q q很小时，灵敏度显著降低，使得差压计相对误差很小时，灵敏度显著降低，使得差压计相对误差急剧增大急剧增大 小信号切除：小信号切除：基于上面的主要原因，在（差压式）流量测量中基于上面的主要原因，在（差压式）流量测量中进行小信号切除，一般切除差压信号的进行小信号切除，一般切除差压信号的1%1%。孔板的测量原理孔板的测量
7、原理流出系数流出系数 c c：是在一定的是在一定的和和P P下，实测的流量值与理论下，实测的流量值与理论计算的流量值之比。由于实测时总有压力损失计算的流量值之比。由于实测时总有压力损失情况，所以情况，所以c1c0.95)c1(0.95)；孔板则；孔板则对流动扰动比较大，所以对流动扰动比较大，所以c0.6c0.6。c c=f f(,R ReDeD)与节流件形式有关与节流件形式有关 流出系数流出系数c c不是一个常数，但在一定条件下可以不是一个常数，但在一定条件下可以看成常数。这就是孔板测量范围通常为看成常数。这就是孔板测量范围通常为1/31/3上限上限上限的主要原因。上限的主要原因。孔板的测量原
8、理孔板的测量原理孔板测量流量的一般技术要求：孔板测量流量的一般技术要求：管道：圆管管道：圆管圆度有要求，管径有限制圆度有要求，管径有限制(孔板孔板管径小于管径小于1000mm)1000mm)，节流件前后应有一定长度的，节流件前后应有一定长度的直管段，管内上游直管段，管内上游10D10D，下游，下游5D5D内要求光滑，没内要求光滑，没有凹坑、毛刺以及沉积物有凹坑、毛刺以及沉积物流体性质：单相、均质的牛顿流体（动力粘度流体性质：单相、均质的牛顿流体（动力粘度=常数）而且流经节流件时，不能发生相变或常数）而且流经节流件时，不能发生相变或析出杂质。析出杂质。孔板的测量原理孔板的测量原理流动状态：流动状
9、态：充满管道，连续，稳定或准稳定流动充满管道，连续，稳定或准稳定流动 充分发展的紊流（充分发展的紊流（R ReDeD大于一个下限值大于一个下限值40004000）无旋转流，流线与管轴平行无旋转流，流线与管轴平行 流速在截面上对称分布。流速在截面上对称分布。气体流量测量与其温度、压力、密度的关系 气体体积流量测量基本公式：从公式中可以看出，气体密度的重要性与差压是一样的。气体的=f（P,T,成分）所以，P,T或成分有变化，则就有变化，应进行密度修正。气体流量测量与其温度、压力、密度的关系 气体温度压力的修正：根据理想气体状态方程,气体密度与温度、压力的关系：=P/RT，标准状态下气体流量的修正公
10、式：qv=qv气体流量测量与其温度、压力、密度的关系 气体成分变化（密度）的修正 由于目前没有在线检测气体的密度，故不能进行在线修正 qv=qv 湿气体的湿度对流量测量的影响公司生产的煤气均为湿气体（含水蒸气），其实压缩空气（压风）也是湿气体（含水蒸气少），我们要测量的是干气体的流量，因此必须把这部分水蒸气剔除。如湿度发生变化，亦必须对流量进行修正。湿度变化相当于气体成分也发生了变化。修正公式：由于目前没有在线检测气体的湿度，故不能进行在线修正qv=qv湿气体的湿度对流量测量的影响目前公司煤气湿度的确定 高炉煤气：按绝对含湿量10%,再根据温度推导其 相对湿度，在48左右相对湿度达 100%焦
11、炉煤气：相对湿度100%转炉煤气：相对湿度100%混合煤气：相对湿度100%影响气体流量测量的因素影响气体流量测量的因素 或者说气体（特别是煤气）流量测量的困难大管径流量测量，标准最大管径只达到1米，但又无法进行标定脏污：煤气中的泥灰等脏污节流装置（相当于改变了其结构尺寸）和在管道造成堆积（相当于管径改变）并堵塞引压管和取压口（造成差压传送的畸变）。气体物理（物性）参数的准确度低。如上面讲到的气体密度和湿度目前还没有合适的在线检测仪器影响气体流量测量的因素影响气体流量测量的因素很多大管径测量点前后直管段不能满足要求，造成流场畸变和旋转流。流量为动态量，一般是间接测量，本身就难以获得高准确度。由于拆卸的不便，无法获得及时的维护，也无法按期进行标定。影响气体流量测量的因素影响气体流量测量的因素 英国著名的流量专家F.C.Kinghom说得好：流量计是使用比制造要艰难得多的少数仪表之一，在实验室它可以得到极高的准确度，但是在使用现场，一旦条件变化，一切全都白废。蒸汽流量测量的困难蒸汽流量测量的困难蒸汽测量除具有气体测量同样的难处之外，还有：饱和蒸汽是一种两相流，目前还没有测量两相流的流量仪表。饱和蒸汽的干度确定：目前还无法在线检测其干度值，且干度还会随着热量的损失变小。蒸汽用户用量的变化随季节变化很大，测量仪表的量程比难以满足要求。