节流装置的选型及应用

1、节流装置的选型及应用开封仪表教授级高级工程师邵朋诚1我们开封仪表是著名的流量仪表研发、制造、测试基地， 建厂 5050 余年来，在流量仪表方面多有建树，可以说，我们的企业在产 品品种和规格方面是国内流量仪表厂家的龙头。由于流量测量的特殊 性，市场上出现并使用的流量仪表种类众多，其中市场占有量最大的仍 然是节流装置。广阔用户很想了解节流装置选型和应用方面的知识，这 是一个复杂的问题。限于本人的知识水平，我无法全部解决大家的问题， 在这里，本人就这一议题从以下 4 4个方面和大家交流、切磋。讲得不对 的地方，欢送批评、指正。1.1. 根底知识虽然根底知识对于一位急于选型和使用的用户来说似乎是“远水

2、不解近渴， 但了解根底知识确实能帮助用户最正确选型、 最正确使用。 以下 通过介绍几个名词来了解一些根底知识、有利于了解节流装置的根本原理。1 1 流量定义：在一定时间秒、分、小时内通过某指定截面内的物料量。 假设物料量是以体积容积单位如升、立方米来表示，那么称为体积容积流量，此时尚需注明是标况0C0C 或 20C,20C, 101.33kPa101.33kPa或工作 状况下，需注明是在哪一个温度、压力下的体积这一点特别重要 ； 假设以质量单位如千克、吨表示，那么称质量流量。注意区分“流速 、“流速分布 “流通截面的含意。 对于插入式仪表，直接测量的实际 上是流速，要得知流量还需要“流速分布。

3、2 2 密度定义：单位体积的介质所具有的质量。2介质的密度与其组分、温度、压力、湿度等有关。节流装置的输出 值与此有关。由于流体介质的复杂性，这个参数往往是变动的，如果不 能进行实时补偿，将会直接影响流量的测量精度。3 3粘度定义：流体的粘度是表征分子微观作用的宏观表现的物理量。A.A. 气体：是由无规那么分子运动热运动引起的；B.B. 液体：是由分子间的引力、因流层间的速度差而产生的。主要有三种表示方法：1动力粘度：V V=剪切压力 t t / /剪切速率 d d 称为牛顿内摩擦定律。国际单位制SISI 制PaPa - - s s 帕秒，常用其 1010：mpampa s s厘泊 cpcp2

4、运动粘度比密粘度u u = = p/p/ p p SISI 单位 m m2 2/s/s常用其 10:10:mm/smm/s厘司特 cstcst. .3“条件粘度， 是在一定条件下的粘度。 主要有： 恩格勒度 恩氏 度 、赛波特秒赛氏秒、雷德伍德秒雷氏秒等。4 4等炳指数 I 可逆绝热等炳转换条件下，介质压力相对 变化与密度相对变化之比。对于节流装置、临界流流量计及热式流量计，需要知道等炳指数K,因为节流装置测量气体流量时需要计算可膨胀性系数、临界流流量计 需要计算临界流函数 C C。一般用气体的“比热比代替。5 5雷诺数：是表征流体流动特性的一个参数，它等于流体流 动时惯性力与粘滞力之比：R

5、Re= =虬 是一个无量纲的纯数Vu:u:流体的平均流速 m/s,m/s,i :流体的特征长度 m,m,V：运动粘度 E/sE/s3管道的特征长度用当量直径D Dd表示，假设用 q qvm m3/h/h或 q qmkg/hkg/h代替 u um/sm/s, ,用 D Ddmm*mm*替im m, , 妇 mpampa - - s s那么上述公式变为：R Red=354=354 - - * *由雷诺数的大小可以判别流动状态，这对差压式流量计非常重要。当管道是圆直管时，R Red2300400012000,400012000,湍流态。一般在R Red1000010000 之后才是稳定的湍流. .当

6、l用水力半径代替时Rcr580580 为层流 态。标定检验用的流体与实际使用时的流体不一样时，要到达动力 相似需雷诺数相同和几何相似仪表结构具有相似性，测量气体流量的仪表在用水实际标定时，对同一台仪表，要根据雷诺数相同的原 理计算出校验点的水流量，得出各个校验点的流出系数后按照“权函数 的原理算出仪表的流出系数也可以提供分段流出系数。6 6流出系数 C C定义：C=斋白在一定的流体条件下，相同的流量测试点，对同 一台流量计而言对于节流装置而言，还曾用过另一个系数一一流量系数aa=了y ,E:节流径比.14这里的“理论流量是指流动过程中没有能量的损失，是根据流体 流动两大方程式一一伯努利方程和流

7、体连续性方程计算出来的流量。7 7 节流装置4利用管道流通面积的收缩、扩张，使得流动流体产生静压力差的装2.2. 节流装置的原理与分类1 1: :原理节流装置的工作原理基于伯努利方程能量守恒和流体连续性方程物料平衡。节流装置的流量根本方程：c 122.-q m = 0.12643 .；- - D .: P i.J4式中：q qm m： . 流体的质量流量kg/hkg/hC:C:.流出系数 :流体经过节流装置后的可膨胀性系数对液体 = = 1 13 3 : : . 径比6 6 =d/D,=d/D, d:d:节流件的喉部最小截面处直径mmmm, ,D:D: . 测量管工作状态下的内径mmmm P

8、P： .节流装置上、下游取压口处测取的差压值kPakPap p i i： . 流体在节流装置上游侧条件下的密度kg/mkg/m3 3利用差压变送器将差压值 P P 转变成标准电流信号或数字信号，再 经过显示仪表或数据处理装置，显示出流体的流量或总量。2 2特点及分类特点：历史悠久、原理复杂、结构多样、规格齐全、性能稳定、标 准化程度高、本钱较低、使用范围广、用量大。分类：A A标准节流装置符合 ISO5167ISO5167 或 GB/T2624GB/T2624：标准孔板取压方式分为：角接，法兰，D D、D/2D/2、ISA1932ISA1932 喷嘴习惯称呼标准5喷嘴、长径喷嘴、经典文丘里管又

9、称古典文丘里管B B: :非标准节流装置：锥形入口孔板、四分之一圆孔板、偏心孔 板、圆缺孔板、环形孔板、楔形流量计、V V 形锥流量计、内藏式双文丘里管、插入式双文丘里管、内藏式节流装置、低压损流量管等。“节流装置是差压式流量计中的一大类。节流装置最早用于商业 用途的例子是 19001900 年美国曾使用孔板测量天然气流量，随后的 100100 多 年，又出现了各种节流装置， 其中 5 5 种节流装置经过大量的实验和科学 的数据处理，逐渐形成了国际标准，并且不断的完善，最近公布的国际 标准 ISO5167-200ISO5167-2003 3把标准节流装置的研究与应用又推进了一步。下面简单介绍一

10、下其中几种节流装置的特点和主要应用领域：*标准孔板：是节流装置中规格最多、用量最大的一种，按照国 际标准或国家标准，公称通径 5050 1000mm1000mm 但是实际上超过 1000mnmZ1000mnmZ 后仍然沿用这个标准。对于高温、高压流体，首选标准孔板，在化工、 石化行业有着广泛的使用。它的缺点是压力损失大、要求的直管段长度 较长、防堵塞能力差。* *经典文丘里管：是标准节流装置中压力损失最小的一种，由于 它的标准化程度高、性能稳定、使用寿命长、压力损失小等优点，广泛 使用在输水、输气工程中。* *环形孔板：与标准孔板的区别主要是流通截面形状，相同点是 流动附面层类似。优点是排污能

11、力强，几乎不受上游流场畸变的影响、 要求的直管段长度短，在冶金工业的煤气传输中有着广泛的应用。* *V V 形锥流量计：又称内锥流量计，近年来宣传较多，其特点是：直管段要求可以短些、信号比拟稳定、防堵塞能力较强。但需要单独标 定，不同公称通径、不同径比 6 6 下流出系数相差很大，要想升级到抽样 标定还需要做很多工作， 特别是对“直管段长度的宣传没有足够的试 验数据做根底，、文丘里喷嘴。6对于某些厂家宣传的“量程比很宽、精确度很高等等 这些关键指标要有理性分析。在化工、石化等行业有着广泛的应用。*楔形流量计：其检测件是个“楔块，其最小流通截面呈现弓 形或圆缺形。其突出优点是防堵能力强、工作可靠

12、。可以在化工、石油 等行业测量脏污液体如循环水、燃料油等的流量。3.3. 节流装置的选型一般包括选择仪表的品种、型号、规格，选择生产厂家。原那么是：根据被测流体的性质、测量条件、欲到达的的技术要求如精确度、可 靠性,以及经济性、安装环境等选择仪表品种、类型；根据被测流 体的流量范围、压力、温度、管径及配管情况选择型式、规格，这些选 择往往需要交叉反复，综合考虑。根据企业产品质量、企业资信程度、 管理水平、产品价格、供货方式、付款方式、效劳水平等因素选择厂家。1选择品种、类型I I .根据被测流体的性质、测量条件对一般的清洁流体如水、空气等，很多种仪表都可供选择。现在我 们只讨论有特殊性的流体。

13、* *脏污流体：通常选择环形孔板、V V 形锥流量计、楔形流量计等。 值得注意的是假设含杂质太多， 就形成了液固或气固两相流， 上述仪表都 不能用，只有使用“互相关流量计目前尚没有大批生产。高温高压流体：通常选择:ISA1932ISA1932 喷嘴、长颈喷嘴、标准孔板、环形孔板等。IIII . .根据欲到达的技术要求a.a.以精确度高为首要条件的如对外销售管网，化学反响的添 料系7统，供热、供水系统的买卖双方,:推荐选用带直管段的标准孔板，必要时可以进行现场标定。如果量 程比达不到要求，可以采用“可更换孔板或者“并联孔板组。b.b.以工作可靠性为首要条件的如白控系统中的流量检测，不 但要求工作

14、可靠，而且要求一旦发生故障也不能造成大的损坏。推荐选用：ISA1932ISA1932 喷嘴、长颈喷嘴、经典文丘里管等。c.c.受安装环境条件限制的 如高温环境、 管道并列、 安装空间 受限 ：对高温环境，选标准孔板； 对直管段长度较短的管道，优选环 形孔板、V V形锥流量计等。d.d.以要求压力损失小为首要条件的，推荐选用经典文丘里管、 插入式双文丘里管、内藏式节流装置、低压损流量管等。2选择型式、规格初步选出仪表类型品种之后，就要考虑仪表的规格是否能符合用户 要求，如果不能符合要求，还必须重新选择仪表品种，也就是说，选型 过程是反复比拟综合考虑的过程， 既要了解使用条件又要熟悉仪表参数 性能

15、，是个凭经验、凭知识水平、凭信息资料的复杂过程。仪表规格一般包括公称通径口径、流量范围、公称压力、允许 使用介质、环境温度范围等。介质工作状态下的压力温度必须处于 欲选仪表所允许的压力、温度范围内。值得注意的是仪表说明书中写明 的压力值一般是指在常温条件下允许的最高压力。如果使用在高温状态 尽管此温度也在仪表允许的温度范围内下，应中选用较高档次的压 力规格根据法兰材料标准或生产厂家的规定。8仪表说明书中提供的流量范围是确保仪表精确度在规定范围内的 最大范围，建议使用时的实际范围处于其间且实际流量最大值不大于仪 表刻度流量上限的 80%,80%,以有利于仪表工作可靠性对有可动件的机械 仪表，也可

16、防止在偶然情况下实际流量超过仪表刻度流量上限、造成 “计量漏失对输入信号为模拟量的显示仪表。在实际流量范围和流程管道公称通径不能同时符合仪表流量范围 和公称通径的情况下，应优先满足流量范围，而管道公称通径可以在必 要的直管段范围内变更仪表通径异径接头和锥管过渡。如果初选的仪表仅仅是管径和流量范围不能满足用户要求，在实 际流量太大时可用两台或两台以上同种流量计 规格可不同并联使用， 假设实际流量太小那么必须改选其他仪表，或者与制造厂联系，对小流量段 定点标定，分段采用仪表系数分段补偿。尽管流量仪表的品种规格很多， 但仍有不少流量问题至今不能解决 或解决不好。除了仪表研究设计部门积极开发新产品之外

17、，为解决临时 急需，也可以采用变通措施。例如，对高温流体，使用冷却套水冷或 风冷、隔离套或冷凝器等，使仪表的对温度敏感的局部局部降温；对 于某些只能选用节流装置但又因其测量范围小不能满足要求的现场，可以并联假设干台不同量程的差压变送器，人工或白动切换使用。3选型时需要注意的事项a.a.以计量总量为目的，应优先选用输出信号为频率量或脉冲量的仪 表数字通信，经常使用的范围在仪表满刻度的 30%30%80%80%为佳。对 要求较高精确度的现场，最好将仪表及其前后直管段一块儿在计量设备 上标定。有9条件的用户白备校验设备，大管径计量仪表最好附设现场标 定设备，如标准体积管、活塞校表器等。b.b.在考虑

18、仪表精确度的时候，必须注意厂家提供的数据是在出厂标 定条件下测试的。在用户使用时，由于介质温度、压力、安装情况、管 段情况等不同于标定情况，所以精确度要受影响。用户要把这些条件造 成的附加误差考虑在内。最好选附加误差小的流量仪表，同时尽可能保 证仪表所规定的安装条件。c.c.在选节流装置主机的同时，还应注意选择这些仪表所需要的辅助 设备，例如消气器、过滤器、整直器、止回阀等，以保证流量仪表正常 而可靠地工作。d.d.有的仪表制造厂仅供给节流装置本体， 要完成测量任务还需要配 购变送器、显示或记录仪表，因此用户在订流量计时要问清供货单位供应的是否包括变送器、显示仪表在内的全套仪表，假设不包括，还

19、需问清 配用什么样的变送器或显示仪表才能与该节流装置配套使用。例如，从 生产节流装置 孔板， 文丘里管, 的厂家订过节流装置后还需订相 配套的差压 温度、压力变送器、显示或记录仪表，需要什么功能如 报警等都要与用户沟通。e.e.仪表本钱问题是用户关心的，除了考虑仪表本身的价格以外，还要考虑配套仪表、装置等附件的价格以及压力损失大小、运行费用、维 修费用、复标所需的时间、费用等、因为要维持仪表的正常工作，牵涉 到的经费支出是多方面的，一台常出故障的仪表，尽管仪表价格低，但 经常维修，将备件、耽误的工期等因素考虑进去就不经济了。10用于商品贸易的流量仪表，其精确度牵涉买卖双方的经济利益。由于计量不

20、准确而引发的纠纷往往使计量仲裁机关伤神，所以计量仪表应尽量选用精确度高而工作可靠的仪表，价格高一些，操作者水平要求高 一些都是合情理的。f.f. 仪表的供货情况、生产厂家的质量、信誉、效劳等因素也应当考 虑。对于急于订货的用户， 仪表的交货期往往是关键， 而生产厂家产品 质量不好，或信誉不好，或售前售后效劳不好，这些“软指标那么应是“否认性指标。最后，应当提醒用户注意的是在市场经济中，要把握信息，及时了 解仪表市场动态，多搜集一些仪表产品样本，尽可能早一些开始设计、 选型、以便有时间“货比三家，综合各种因素，做出最正确选择。4.4. 节流装置安装使用中应注意的问题：对于不同的节流装置，在其使用

21、说明书中都有较详细的“安装使用 考前须知，这里没有必要全部重复，下面仅就容易被人无视却又很重 要的事项提醒使用者：(1)(1)要特别注意流体介质的密度、湿度是否与计算设计时的参数 相符，因为密度与差压值等同地影响着测量精确度，特别是混合气体的 成分、湿度，有时用户不提或不说明湿度是何温度下的，这些都影响精度，如果在订货时没有提出或者有变化，可以根据实际情况再重新计算。2 2传感器一次装置安装的位置：一定要注意使流体始终充满测量管段，要离开支管流入或流出、弯头等局部阻力件较远的距 离，也就是说，要有一定长度的前后直管段根据厂家说明书，严防11流体中夹杂气泡或流束畸变。3 3节流装置离不开差压变送器，差压变送器的性能直接影响节流装置的整体性能，所以一定要配套使用质量好的差压变送器，如果被 测气体是湿气体， 还要防止凝结水进入差压变送器的测量室 合理布置 取