差压式流量计

2020/5/20,1,1,差压式流量计,2020/5/20,1,2,差压式流量计是目前工业生产中用来测量气体、液体和蒸汽流量的最常用的一种流量仪表。据调查统计，在整个工业流量测量领域中，差压式流量计占流量仪表总数的一半以上。其中用得最多的是由节流装置和差压计组成的节流式流量计。,差压式流量计,2020/5/20,1,3,结构分类,1、有可动部件容积式流量计和部分速度式流量计2、没有可动部件差压式流量计和部分速度式流量计3、没有阻碍流体流动的部件部分速度式流量计,2020/5/20,1,4,差压式流量计特点,结构简单，安装方便，工作可靠，成本低，又具有一定的准确度。基本能满足工程测量的需要。研究设计和使用历史悠久，有丰富的、可靠的实验数据，设计加工已经标准化。,2020/5/20,1,5,差压式流量计家族,标准节流式流量计非标准节流式流量计均速管流量计浮子流量计楔形流量计弯管流量计层流流量计V锥体流量计,2020/5/20,1,6,结构原理,将流体流量转换成差压信号，测量差压并显示流量,2020/5/20,1,7,AGA（美国煤气协会）、ASME（美国机械工程师协会）、NBS（美国国家标准局）、俄亥俄州立大学，20世纪初开始实验；ISO颁布关于孔板和喷嘴的规定ISO/R541，1967，关于文丘里管的规定ISO/R781，1968，合并后，出版了国际标准ISO5167-1980，1989年作了修订，出版了ISO5167-91新版国际标准ISO5167-2003，分一般原理与要求，孔板，喷嘴与文丘里喷嘴，文丘里管四个部分,研究历史,2020/5/20,1,8,ISO5167-2003,ISO5167最新版本刚出版不久，ISO5167-2003GeneralPrincipleandrequirement(ISO5167-1)Orificeplates(ISO5167-2)NozzlesandVenturinozzles(ISO5167-3)Venturitubes(ISO5167-4)修改之处：孔板安装条件影响孔板的流出系数C和膨胀系数孔板的偏心限制孔板的平面度测试温度修正上游管壁粗糙度脉动影响喷嘴喉部厚度文丘里管上游直管长度及表面粗糙度等,2020/5/20,1,9,1、国家标准GB262481和计量检定规程JJG26782，对角接取压、法兰取压的标准孔板和角接取压标准喷嘴作了具体规定；2、计量检定规程JJG31183，对DD/2取压孔板和长径喷嘴作了规定；3、检定规程JJG62189，对均速管、1/4圆孔板、锥形入口孔板作了研究；4、国家标准GB262493，对角接取压、法兰取压和DD/2取压的孔板、喷嘴和文丘里管作了具体规定；5、检定规程JJG64094，对角接取压、法兰取压和DD/2取压的孔板、喷嘴和文丘里管，1/4圆孔板、锥形入口孔板，偏心孔板，圆缺孔板作了具体规定。,国际标准与检定规程,2020/5/20,1,10,测量原理,2020/5/20,1,11,1、体积流量公式：2、质量流量公式：为流量系数，称为可压缩流体的膨胀性系数,流量公式,2020/5/20,1,12,用流出系数表示时,在SI主单位中，K=1.11072。按照工程上的习惯，孔径d的单位用mm，流量的单位用m3/h或kg/h，则K=3600106=0.0039986，一般取K=0.004。,2020/5/20,1,13,流量公式,2020/5/20,1,14,系数确定,2020/5/20,1,15,2020/5/20,1,16,标准节流式流量计,标准节流式流量计:标准节流装置（一次元件，传感器）差压计（或差压传感器+显示仪表）差压信号管路（连接件）标准节流装置:标准节流件标准的取压装置符合要求的节流件前后直管段,2020/5/20,1,17,2020/5/20,1,18,标准节流件,标准孔板标准喷嘴长径喷嘴文丘里管文丘里喷嘴,2020/5/20,1,19,取压方式,角接取压法兰取压D-D/2取压,2020/5/20,1,20,已标准化的标准节流装置,1、角接取压标准孔板；2、法兰取压标准孔板；3、DD/2取压标准孔板；4、角接取压标准喷嘴；5、DD/2取压长径喷嘴；6、经典文丘里管；7、文丘里喷嘴。,2020/5/20,1,21,前后直管段的要求,2020/5/20,1,22,前后直管段的要求,2020/5/20,1,23,2020/5/20,1,24,标准节流装置适用范围,2020/5/20,1,25,标准节流装置的计算,1、已知管道内径D与节流件孔径d、取压方式、被测流体参数如温度t、压力P、密度、粘度、等熵指数k、管道内壁的粗糙度K/D、材料线膨胀系数D和d等必要条件，要求根据所测得的差压P计算被测介质的流量。2、已知管道内径D及管道布置情况、流量范围、被测流体参数如温度t、压力P、密度、粘度、等熵指数k、管道内壁的粗糙度K/D、材料线膨胀系数D和d等必要条件，要求设计一个标准节流装置，即进行如下工作：选择节流件形式和确定节流件开孔直径d；选择计算差压变送器量程；推荐节流件在管道上的安装位置以及计算流量测量总不确定度。,2020/5/20,1,26,计算依据,2020/5/20,1,27,迭代公式,两类命题都不能根据上两式进行直接计算，而要采用迭代计算方法。重新组合流量方程，将已知值组合在方程的一边，而将未知值组合在方程的另一边。确定迭代变量，计算差值迭代公式,2020/5/20,1,28,第一类命题计算步骤,已知管径D、孔径d、差压P、密度和粘度等参数，直径比和可膨胀性系数可以通过已知参数求得。未知的是C和qmC是雷诺数Re的函数，Re又是流量qm的函数。,2020/5/20,1,29,具体步骤,1.根据节流件的形式，假设一流出系数C0对于孔板，可设C0=0.5961+0.026120.2168对于喷嘴，可设C0=0.9900+0.22624.12.计算变量X1=C0A13.根据X1（qm1）计算雷诺数ReD，计算流出系数C1。差值1=A1X1/C14.同理计算出X2和2，由迭代公式计算X3.5.如果绝对值小于等于某一预定精度e时，迭代计算结束，Xn就是要求的流量值qm,2020/5/20,1,30,例题,已知：角接取压标准孔板，测水，t=30，p=0.6MPa，D20=100mm，d20=50.47mm，信号差压P=50kPa。计算D=100.001mm，d=50.4784mm，=0.50478，查=995.65，=0.7975等参数计算74368设C0=0.5961+0.026120.2168=0.6018,2020/5/20,1,31,X1（qm1）=C0A1=44.755t/h雷诺数1.987105C1=0.6057X2（qm2）=C1A1=45.045t/hReD=1.999105，C2=0.6057,2020/5/20,1,32,已知的是管径D、流量qm（也即雷诺数ReD）、密度和粘度等参数，直径比、膨胀性系数、流出系数C是未知量差压P通过差压上限的选择计算，也是已知的已知量未知量X=A2/（C）,第二类命题计算步骤,2020/5/20,1,33,具体步骤,假设一流出系数C0和0。对于液体，令=1计算变量X1=A2/（C00）根据X1计算雷诺数根据有关公式计算流出系数C1和可膨胀性系数1计算差值1=A2X1C11将流出系数C1和可膨胀性系数1代入变量计算公式，得X2=A2/（C11），X3，X4计算，计算开孔直径dD用流量公式验算流量，计算流量测量不确定度。,2020/5/20,1,34,例题,设计任务书（1）被测介质过热蒸汽（2）流量范围qmmax=250t/hqm=200t/hqmmin=100t/h（3）工作压力P=13.34MPa（绝对）（4）工作温度t=550C（5）允许压力损失p=59kPa（6）管道内径D20=221mm（实测）（7）管道材料X20CrMoWV121无缝钢管,2020/5/20,1,35,管路系统布置如图,2020/5/20,1,36,辅助计算,（1）查表得工作状态下过热蒸汽的粘度为=31.83106PaS，密度为=38.3475kg/m3，管道的线膨胀系数为D=12.3106mm/mmC，取过热蒸汽的质量热容比为k=1.3。（2）求工作状态下管道直径D=D201+D（t20）=2211+12.3106（55020）=222.44mm（3）计算雷诺数ReDReD=0.354qm/(D)=0.354200000/(222.4431.83106)=107,2020/5/20,1,37,选取差压上限,考虑到用户对压力损失的要求，拟选用喷嘴Pmax=3p=359=177kPa，取Pmax=160kPa；正常流量下的差压PP=(200/250)2160=102.4kPa求不变量A2,2020/5/20,1,38,迭代计算,设C0=1，0=1Xn=A2/(Cn1n1)n=A2XnCnn从n=3起，Xn用快速弦截法公式,2020/5/20,1,39,迭代计算结果,2020/5/20,1,40,求d:d=D=222.440.6922131=153.975882(mm)验算流量求d20=152.505(mm),2020/5/20,1,41,确定压力损失根据=0.7和管路系统，查表可得直管长l0=10D=2.224ml1=36D=8.008ml2=7D=1.557m,2020/5/20,1,42,节流式流量计的安装与使用,节流件的安装:垂直度，同轴度取压口位置的安装液体气体蒸汽差压信号管路的安装,2020/5/20,1,43,测量液体流量时的信号管路,2020/5/20,1,44,测量气体流量时的信号管路,2020/5/20,1,45,测量蒸汽流量时的信号管路,2020/5/20,1,46,非标准节流式流量计,在工程实际应用中，标准节流式流量计远远不能满足使用要求。在某些特殊场合只能应用非标准节流式流量计。适用于低雷诺数的流量测量，适用于脏污介质的流量测量，低压损节流装置。,2020/5/20,1,47,威力巴流量计,2020/5/20,1,48,2020/5/20,1,49,威力巴仍要注意防堵,当引压管泄漏，探头高压平衡区遭到破坏，杂质中直径较小的颗粒就有可能进入取压孔。当管道处于停产时，由于分子的布朗运动，颗粒小的杂质有可能进入取压孔。系统频繁开停机，在高压区形成的瞬间，颗粒小的杂质有可能进入取压孔，日积月累，就有可能造成探头的堵塞。介质中含有大量的焦油、藻类生物，或者含有纤维状的物质，也有可能造成探头的堵塞。,2020/5/20,1,50,楔形流量计,当被测流体流经传感器时，在楔形件的上下游将产生与流量成一定比例的静压力差，通过测量该压力差可得流量值。适用于测量高粘度流体以及悬浮液流量测量，还可测量腐蚀性介质，可在很低的管道雷诺数情况下正常工作。,2020/5/20,1,51,楔形流量计结构,2020/5/20,1,52,弯管流量计,是利用流体流过一90度弯头时在弯管内外测产生的压力差来测量流量的差压式流量计无附加压力损失，可用于测量腐蚀性液体及脏污介质，并且很可靠地用于测量高温、高压介质的流量。但精确度较低。,2020/5/20,1,53,弯管流量计结构,2020/5/20,1,54,层流流量计,是通过测量传感器两端的差压来测量流量的仪表。用来测量微小流量和高粘度流体的流量。它必须工作在层流状态下，而且流体粘度应保持基本不变。层流流量计的输出差压信号与流量成正比。,2020/5/20,1,55,流速分布,层流流动时，为抛物线规律分布湍流流动时，为指数曲线规律分布,2020/5/20,1,56,层流流量计结构,2020/5/20,1,57,Reg=2320D=25mm,