摘要：目前孔板式蒸汽流量計(jì)在使用中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)測量不準(zhǔn)確的現(xiàn)象。本文據(jù)此從理論上分析可能造成測量誤差的原因，并通過定量分析和研究，指出蒸汽重度的變化是引起孔板式蒸汽流量計(jì)測量誤差的主要原因，并給出了測量相對誤差的近似計(jì)算公式，供有關(guān)企業(yè)參考。

1、前言

內(nèi)蒙古林區(qū)某刨花板廠沒有自建的鍋爐房，生產(chǎn)刨花板所需的蒸汽是靠買當(dāng)?shù)亓謽I(yè)電廠產(chǎn)的高溫高壓蒸汽，經(jīng)一段800m的保溫管道送至本廠動(dòng)力站，再經(jīng)過降溫降壓進(jìn)到刨花板熱壓機(jī)，供其熱壓時(shí)使用。刨花板廠和電廠都設(shè)有孔板式流量計(jì)進(jìn)行蒸汽的計(jì)量，但使用中發(fā)現(xiàn)電廠的計(jì)量值經(jīng)常會(huì)高于刨花板廠動(dòng)力站的計(jì)量值(經(jīng)檢查，沒有發(fā)現(xiàn)輸送管道有泄漏現(xiàn)象)。為此，刨花板廠和電廠在結(jié)算蒸汽費(fèi)用時(shí)經(jīng)常發(fā)生經(jīng)濟(jì)糾紛。

與上述情況正好相反，東北林區(qū)某纖維板廠鍋爐房所產(chǎn)蒸汽不僅自用，而且還出售一部分給鄰近的企業(yè)，所用的計(jì)量儀表仍是孔板式流量計(jì)。使用中也發(fā)現(xiàn)計(jì)量不準(zhǔn)確，而且計(jì)量值偏小。由于計(jì)量值偏小，給本企業(yè)帶來的經(jīng)濟(jì)損失無法讓買方企業(yè)給予補(bǔ)償。

為此，本文對孔板式蒸汽流量計(jì)所出現(xiàn)的計(jì)量問題進(jìn)行了研究，分析了造成計(jì)量不準(zhǔn)確的原因，并對計(jì)量的相對誤差進(jìn)行近似的計(jì)算。

2、孔板式流量計(jì)的工作原理及其安裝使用

孔板式流量計(jì)是屬于節(jié)流變壓降式流量計(jì)，其工作原理簡單地說就是采用差壓式測量方法，即在管道內(nèi)裝入一個(gè)節(jié)流元件一孔板，當(dāng)流體流過孔板時(shí)，流體流束發(fā)生收縮，于是在孔板的前后產(chǎn)生差壓。對具有一定形狀和一定尺寸的孔板、一定的測壓位置和一定參數(shù)的流體，在保證孔板的前后有足夠的直管段等條件下，孔板前后所產(chǎn)生的差壓值將隨流量變化而變化，而且兩者有確定的關(guān)系。因此可通過測量差壓，得到流體流量。

工程上，孔板式流量計(jì)的流量q和孔板前后的差壓△P有下面的關(guān)系式：

式中 q**體流量，m³/h；

a一孔板式流量計(jì)的流量系數(shù)，由實(shí)驗(yàn)確定；

ε**體膨脹系數(shù)，當(dāng)流體為不可壓縮性流體時(shí)ε=l；

dt、Dt一孔板孔徑和管道內(nèi)徑在所測流體溫度t下的尺寸，mm；

β一在流體溫度t下的孔板孔徑與管道內(nèi)徑之比，β=dt/Dt；

△p一孔板前后的差壓，kgf/cm²；

γ1**體節(jié)流前的重度，kgf/m³。

孔板式流量計(jì)主要由孔板、差壓信號(hào)傳輸管路和差壓計(jì)等三個(gè)部分組成。在安裝使用中，應(yīng)保證孔板與管道同心，且應(yīng)與管道軸線直，偏差不得超過±1°；孔板的前后應(yīng)有足夠的直管段；孔板上游8D(D為管道的內(nèi)徑)內(nèi)的管道內(nèi)壁圓度誤差應(yīng)小于±0.3％，孔板下游5D內(nèi)的圓度誤差應(yīng)小于±2％；對于差壓信號(hào)傳輸管路，*先應(yīng)保證無泄漏，其次應(yīng)對稱、平行敷設(shè)，且應(yīng)按*短距離敷設(shè)，一般總長度不得超過50m；兩差壓信號(hào)管敷設(shè)時(shí)的彎曲半徑應(yīng)不小于信號(hào)管直徑的lO倍；與差壓計(jì)相連接的兩蓋壓信號(hào)管還應(yīng)保證在水平位置上的高度相一致。

3、造成孔板式流量計(jì)測量誤差的原因

由于孔板式流量計(jì)的組成較之其它儀表要復(fù)雜，且它的測量特點(diǎn)又與別的儀表不同，其測量的準(zhǔn)確性不僅取決于儀表本身的精度，而且還與測量管道和管路內(nèi)流體的流動(dòng)狀況有關(guān)，特別是流體流動(dòng)狀況對測量精度影響較大．所以造成孔板式流量計(jì)測量誤差的原因較多．通常有下列一些原因。

(1)流量計(jì)本身誤差

因流量計(jì)本身原因所能造成的測量不準(zhǔn)確性通常出現(xiàn)在下列情況下：

①孔板式流量計(jì)使用時(shí)間過長，造成孔板入口邊緣變鈍；

②使用了非標(biāo)準(zhǔn)的孔板，由于制造原因沒能保證其精度，或因試驗(yàn)數(shù)據(jù)少投能獲得準(zhǔn)確的流量系數(shù)；

③顯示儀表零點(diǎn)不對，投有及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。

在這些原因中，*一種情況特別容易出現(xiàn)，使用單位應(yīng)對其引起特別的注意?？装迨搅髁坑?jì)在長時(shí)間使用以后，由于流體的高速?zèng)_刷，孔板入口邊緣會(huì)變鈍，這會(huì)影響到測量的準(zhǔn)確性。所以，孔板式流量計(jì)一般在連續(xù)使用一年后，應(yīng)送生產(chǎn)廠家或計(jì)量檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行標(biāo)定；有困難的，*起碼應(yīng)在鍋爐大修時(shí)，拆卸孔板，檢查孔板的入口邊緣是否尖銳。對已明顯變鈍的孔板，應(yīng)進(jìn)行更換。否則無法估計(jì)由此帶來的測量誤差，在選擇孔板時(shí)，應(yīng)*選標(biāo)準(zhǔn)孔板，非特殊情況應(yīng)盡量避免向生產(chǎn)廠家定購非標(biāo)準(zhǔn)孔板。在停爐或鍋爐檢修時(shí)，亦應(yīng)注意檢查顯示儀表的零點(diǎn)是否正確。

(2)流量計(jì)安裝使用不當(dāng)

在安裝孔板時(shí)，除了要注意孔板應(yīng)與管道同心、垂直和其前后管道內(nèi)壁圓度等應(yīng)滿足要求以外，還應(yīng)特別注意：

①孔板的前后是西保證有足夠的直管段；

②安裝孔板法蘭時(shí)，所用的墊片是否會(huì)突起；

③壓力信號(hào)管路是否有泄漏，兩個(gè)信號(hào)管安裝的水平位置是否一致。

由于孔板式流量計(jì)的測量準(zhǔn)確性與流體的流動(dòng)狀態(tài)有很大的關(guān)系，它要求流體在流經(jīng)孔板前的流動(dòng)狀態(tài)應(yīng)達(dá)到層流或紊流；流體流束與管道軸線應(yīng)平，不得有旋轉(zhuǎn)流。所以，對孔板式流量計(jì)前后直管段的要求，一般要比其它類型的流量計(jì)嚴(yán)格很多，通常至少應(yīng)保證孔板上游有(10～l5)D、下游有(5～10)D的直管段。對于檢摻或更換孔板時(shí)，則應(yīng)注意法蘭墊片問題。如果墊片凸入管道內(nèi)，那么由其引起的誤差亦將無法估計(jì)，而且通常是很大的．平時(shí)在檢查和維護(hù)設(shè)備時(shí)，還應(yīng)注意壓力信號(hào)管路有無損傷，特別是接頭處有無松動(dòng)，防止壓力信號(hào)管路泄漏，影響差壓的測量。在安裝信號(hào)管時(shí)，應(yīng)注意兩個(gè)信號(hào)管的水平位置一致，否則將引起一定的附加差壓，造成流量計(jì)的計(jì)量誤差。

在生產(chǎn)實(shí)際中，如果注意了上述這些因素，則由其造成流量計(jì)的測量誤差通常是可以避免的。如果孔扳式溉量計(jì)的安裝是專業(yè)施工人員進(jìn)行，而且在平時(shí)檢修或設(shè)備大修更換部件時(shí)加以注意，那么出現(xiàn)這些誤差的可能性就更小了。實(shí)際上，除了上面討論的這些因素外，*容易引起現(xiàn)場操作和訂購孔板式蒸汽流量計(jì)人員忽視的卻是流體重度的影響。因流體重度變化所造成的測量誤差往往是較大的。

4、流體重度的變化是造成測量誤差的主要原因

蒸汽是屬于可壓縮性流體，當(dāng)其壓力變化時(shí)，其重度亦將發(fā)生變化，通過流量計(jì)算公式

(1)可以知道孔板式流量計(jì)的流量與流體重度有著很密切的關(guān)系，當(dāng)其它條件不變的情況下，若流體重度發(fā)生變化，則流體流量將與流體重度的平方根成反比例變化。

在實(shí)際中，一般很難保證蒸汽的壓力始終保持不變，亦即重度常會(huì)發(fā)生變化，而孔板式流量計(jì)中的測量準(zhǔn)確性除與其安裝使用有關(guān)外，還與其設(shè)計(jì)參數(shù)有直接的關(guān)系。當(dāng)實(shí)際流體重度與設(shè)計(jì)流量計(jì)所采用的流體重度不一致時(shí)，則將會(huì)帶來流量測量誤差，這是因?yàn)榭装迨搅髁坑?jì)一旦設(shè)計(jì)完成，一般其顯示值(即顯示儀表的分度值)只與孔板前后差壓有關(guān)，但這一顯示分度值是在某一確定的流體重度(設(shè)計(jì)時(shí)所用的某一設(shè)計(jì)壓力下的流體重度，常稱為設(shè)計(jì)重度γ)下進(jìn)行分度的，所以，在實(shí)際測量中；如果孔板前后的差壓不變，但若蒸汽壓力發(fā)生變化造成重度變化，那么雖然孔板式流量計(jì)的顯示值不變(若差壓沒變)，但實(shí)際流量卻會(huì)因重度變化而發(fā)生變化，這時(shí)顯然會(huì)出現(xiàn)流量測量誤差，試舉例說明。

某術(shù)材加工廠的鍋爐房需要測量飽和蒸汽流量，選用的是標(biāo)準(zhǔn)孔板，配CWD一282雙波紋管差壓計(jì)顯示流量。訂購時(shí)向某儀表廠提供需要計(jì)量的飽和蒸汽參數(shù)為：蒸汽流量qmin=4t/h、qmax=8t/h，平均絕對壓力P設(shè)=lOkgf/cm²。設(shè)備到貨后，按產(chǎn)品說明書進(jìn)行了安裝，但隨后使用中發(fā)現(xiàn)流量計(jì)經(jīng)常出現(xiàn)較大的測量誤差，經(jīng)標(biāo)定*大誤差達(dá)到-31％，現(xiàn)場檢查后，除發(fā)現(xiàn)因生產(chǎn)原因造成實(shí)際蒸汽壓辦會(huì)在3～9kgf/cm²范圍內(nèi)波動(dòng)(正常時(shí)壓力為P實(shí)=5kgf/cm²)外，沒有發(fā)現(xiàn)流量計(jì)在安裝和使用上有何不當(dāng)，是什么原因造成流量計(jì)計(jì)量不準(zhǔn)確，一直困擾著現(xiàn)場操作人員。

通常儀表廠是根據(jù)用戶提供的流量和壓力參數(shù)，來設(shè)計(jì)生產(chǎn)孔板式流量計(jì)，查有關(guān)的熱工手冊或資料，可知：P=10kgf/cm²的飽和蒸汽所對應(yīng)的重度為5.139kgf/m³，此重度即為設(shè)計(jì)重度γ設(shè)；P實(shí)=5kgf/cm²對應(yīng)的重度為2.669kgf/m³，此重度為實(shí)際流體重度γ實(shí)。根據(jù)孔板式流量計(jì)的流量公式(1)得：

孔板設(shè)計(jì)的指示流量

實(shí)際計(jì)量流量

如果忽略其它因索影響，只討論因重度的影響所造成的誤差，那么可認(rèn)為△p實(shí)=△p設(shè)，a≈a，ε≈ε，d1≈d1，這時(shí)因?qū)嶋H蒸汽壓力與流量計(jì)設(shè)計(jì)時(shí)所用壓力不符引起重度不符所造成的測量相對誤差r為：

如果還考慮a、ε、d1的影響，那么計(jì)量的相對誤差還會(huì)進(jìn)一步增大，這一計(jì)算值接近于此流量計(jì)的*大誤差。

通過上面的計(jì)算，可以得出兩個(gè)結(jié)論：

(1)因蒸汽重度的變化所造成的測量誤差可能是很大的，蒸汽的實(shí)際壓力偏離孔板流量計(jì)設(shè)計(jì)壓力越嚴(yán)重，所引起的誤差就越大；

(2)一般情況下，誤差是負(fù)值，即流量計(jì)顯示的流量偏小于實(shí)際流量，這是因?yàn)榭装辶髁坑?jì)設(shè)計(jì)壓力常會(huì)高于蒸汽的實(shí)際壓力。顯然，若實(shí)際壓力大于設(shè)計(jì)壓力，則計(jì)量值偏大，這時(shí)的誤差是正的；當(dāng)然實(shí)際測量時(shí)的誤差不會(huì)始終這么大；隨著蒸汽的實(shí)際壓力接近設(shè)計(jì)壓力，誤差就會(huì)變小。上例中的流量計(jì)之所以會(huì)出現(xiàn)這么大的誤差，主要原因就是實(shí)際的蒸汽壓力偏離設(shè)計(jì)壓力值太大，使得蒸汽重度變化的影響增大所造成的，這也提醒用戶，在訂購孔飯式蒸汽流量計(jì)時(shí)，所提供的蒸汽參數(shù)(特別是壓力參數(shù))一定要接近于實(shí)際蒸汽參數(shù)。

總之，企業(yè)在選擇孔板式蒸汽流量計(jì)時(shí)，一定要根據(jù)實(shí)際的蒸汽壓力來相應(yīng)選擇流量計(jì)的額定壓力。如果需要考慮壓力的富裕量，也不能偏離太多，否則將會(huì)帶來較大的計(jì)量誤差，在設(shè)備經(jīng)費(fèi)較充足時(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮選擇具有溫度和壓力補(bǔ)償?shù)恼羝髁坑?jì)，這可以在一定程度上消除因壓力或溫度(對過熱蒸汽，溫度也會(huì)影響重度)變化引起重度變化所帶來的測量誤差。