标准节流装置流量测量系统

1、学校代码： 10128学 号：课程设计说明书题 目：标准节流装置流量测量系统设计学生姓名： 学 院： 班 级： 指导教师：萧贵玲 王文兰2012年 1 月 6 日摘要 标准节流装置只适用于测量圆形截面管道中的单相、均质流体的流量，并要求流体充满管道；在节流件前后一定距离内不发生相变或析出杂质；流速小于音速，流动属于非脉动流；流体在流过节流件前，流束与管道轴线平行，不得有旋转流 已知管道内径及管路分布情况，流体的性质和参数值，大致流量范围，可以进行设计标准节流装置流量测量系统，即要进行以下工作：选择节流形式和确定节流件开孔直径；选择差压计类型及其差压和流量量程范围；建议节流件在管道上的布置位置；

2、必要时计算流量测量不确定度。关键字：节流件；标准孔板；差压变送器；全开闸阀目录引 言第一章 节流式流量测量原理及系统总体设计2 1.1 节流件测量原理21.2 系统总体设计2第二章 标准节流件差压计及取压装置42.1 标准节流件42.2 差压计62.3 取压装置7第三章 关键参数计算及检验计算83.1已知条件83.2 准备计算8 3.2.1 求介质密度、介质动力粘度及管道材料膨胀系数8 3.2.3 计算正常流量ReDch和最小流量下的雷诺数ReDMIN9 3.2.4 确定差压计类型及量程范围9第四章 重要参数的计算及校验104.1 确定值及节流件开孔直径10 4.1.1 常用流量下的差压值10

3、 4.1.2 迭代计算值和d值10 4.1.3 迭代计算104.2 确定压损124.3 确定节流件的开孔直径124.4 确定直管段长度对管道粗糙度的要求:134.5 标准节流装置流量结果不确定度13第五章 系统的安装及使用说明155.1流量装置和差压计的安装连接系统图155.2 元件的安装155.3 使用说明15结 论16参考文献17引言 最近几十年各行各业对流量测量的需求急剧增长，促使仪表迅速发展，同时微电子技术和计算机技术的飞跃发展也极大地推动了仪表更新换代，新型流量计的发展势头非常强劲。至今，已有上百种流量计投向市场，在使用过程中许多棘手的难题渴望获得解决。因此，流量和压力、温度仪表一样

4、得到最广泛的应用标准节流装置流量测量系统是通过大量试验总结出来的，该装置一经加工完毕便可以直接投产使用，无须进行实际标定。这种测量方法经过长期的研究和使用，数据，资料比较齐全，对几种常用的节流方式，各国已制定了标准规定，根据规定的条件和计算方法设计出的节流装置可直接投入使用。采用这种方法测量流量，精度可达1%，测量范围为3:1，测量元件寿命较长，应用较广泛，几乎可以测量各种工况下的单相流体的测量。不足之处是压损大，仪表刻度为非线性，有时维护工作量较大。第一章 节流式流量测量原理及系统总体设计1.1 节流件测量原理在管道内装入节流件，流体流过节流件时流束收缩，于是在节流件前后产生差压，对于一定形

5、状和尺寸的节流件，一定的测压位置和前后直管道情况，一定参数的流体，和其他条件下，节流件前后产生的差压值随流量而变，并且两者之间有确定的关系。因此可通过测量差压来测量流量。标准节流装置只适用于测量圆形截面管道中的单相、均质流体的流量，并要求流体充满管道；在节流件前后一定距离内不发生相变或析出杂质；流速小于音速，流动属于非脉动流；流体在流过节流件前，流束与管道轴线平行，不得有旋转流。1.2 系统总体设计温度、压力补偿式质量流量计的基本原理是，测量流体的体积流量、温度和压力值，根据已知的被测流体密度与温度、压力之间的关系，通过运算，把测得的体积流量数值自动换算到标准状态下的体积流量数值。由于被侧流体

6、种类一定后，其标准状态下的密度0是定值，所以标准状态下的体积流量就代表了流体的质量流量值。连续测量温度、压力比连续测量密度容易。因此工业上所用的质量流量计多采用这种原理。若被侧流体为低压范围内的气体，则可用用理想气体状态方程，即: （1-1）式中热力学温度T、压力为P工作状态下的气体密度；0热力学温度TO 、压力为P0标准状态下的气体密度。此时，对于体积式流量计或速度式流量计测得的流体体积流量qv，可经过下是进行温度，压力补偿后得到质量流量： （1-2）式中C1常数，。对于测量的差压式流量计，则可按下式进行压力温度补偿 （1-3）式中C2常数，从上式可知，只要测得差压式流量计的差压值和温度、压

7、力值就能求得质量流量值。气体质量流量计的温度、压力补偿系统原理图详见附件。第二章 标准节流件差压计及取压装置2.1 标准节流件节流件的形式很多：有孔板、喷嘴、文丘利管、1/4圆喷嘴等。用得最广泛的节流件是孔板和喷嘴，这两种形式的节流件的外形、尺寸已标准化，并同时规定了它们的取压方式和前后直管段要求，总称为“标准节流装置”，通过大量试验求得了这类标准节流装置的流量与差压的关系，以“流量测量节流装置国家标准”的形式公布。标准节流装置只适用于测量圆形截面管道中的单相、均质流体的流量，并要求流体充满管道；在节流件前后一定距离内不发生相变或析出杂质；流速小于音速，流动属于非脉动流；流体在流过节流件前，流

8、束与管道轴线平行，不得有旋转流。如图21所示，标准节流装置包括：节流件、取压装置、节流件上游侧第一个阻力件、第二个阻力件，下游侧第一个阻力件以及在它们之间的直管段：图21 整套节流装置示意图1上游侧第二个局部阻力件；2上游侧第一个局部阻力件；3节流件； 4下游侧第一个局部阻力件关于标准节流件的形式，目前国标规定如下：标准孔板和标准喷嘴。国际上还有一些其他的已标准化了的节流件，如径距取压（即D和0.5D取压，D为管道内径）标准孔板，径距取压长径喷嘴（亦称ASME喷嘴），古典文丘利管和文丘利喷嘴等。本次课设要求用标准孔板，其结构如图22所示。图22 标准孔板标准孔板制造安装的要求如下： （1）标准

9、孔板的开孔直径d是一个重要的尺寸，应实际测量。测量在上游段进行，最好是在四个大致相等的角度上测量直径，求其平均值。要求各个单测值与平均值之差在0.05%范围内；（2）标准孔板的全称是“同心薄壁锐缘孔板”，因此孔板进口圆筒形部分应与管道同心安装；（3）孔板进口边缘应是严格直角，不能有毛刺和可见的反光，即进口边缘应很尖锐，边缘半径不大于0.0004d。所谓薄壁是指孔板厚度E和圆筒形厚度e不能过大。标准孔板制造安装的其他要求是：1)在各处测得的E值之间的最大差值和各处测得的e值之间的最大差值均不得超过0.001D；2)孔板必须与管道轴线垂直安装，其偏差不超过±1度；3)若E0.02D，则可

10、以不做成度的圆锥形出口，这样的孔板适用于测量双向流动的流体，但这时要求下游端面的标粗糙度和边缘尖锐度必须与上游端面的相同；4)孔板加工过程中，不得使用刮刀和砂布进行修刮和打磨。标准孔板的适用范围如表21所示：表21 标准孔板适用范围角接取压法兰取压径距取压12.mmd50mmD100mm0.20.75当0.20.45时，ReD5000ReD12602D当0.4时，ReD10000 2.2 差压计差压计类型类型根据投资费用和准确度要求选取，可参考参考文献1附录表-13，本设计选用准确度等级为0.5的电容式差压变送器。选择差压计量程的原则是,在保证压损不超过允许压损y的条件下，选用较大的差压计量程

11、上限，从而使值较小，并尽可能使在围内为好。这是由于值愈小，用要求直管段愈短；较小时在较低的雷诺数下C值就趋于稳定不变；较小时对管道粗糙度要求较低；小于006时C值误差较小等。但过小，除会造成过大的压力损失外，还会使d值过小而加工不变。对于标准孔板，过小的d值使孔板入口边缘的尖锐度要求难于保证，从而引起较大的测量误差。特别应注意，对于可压缩性流体，应使p/p1<0.25。对于压力损失有严格限制的情况，可先按允许压力损失y来估算压力计量程上限，计算结束时再 验算压力损失是否超过。如超过，则降低差压计上限重算。对于孔板，可用式估计。本设计差压计量程上限按下式计算：=2.5y=2.5×

12、10×103=25KPa （2-1）根据参考文献1,附录表13，可选用1151DR电容式差压变送器，其量程范围（12.5152）×9.81Pa，耐静压力为0.7MPa。变送器量程调整在025×103Pa，流量指示仪表的刻度上限为12.5t/h,本例最大，流量为10.5t/h，验算/P=25×103/1.019×105=0.0620.5符合规定。2.3取压装置标准节流件的形式和取压方式，目前国际规定如下：标准孔板：角接取压、法兰取压；标准喷嘴（亦称ISA1932喷嘴）；角接取压取压装置的类型有角接取压和法兰取压，本次试验所用的是角接取压。角接取压

13、装置有环室取压和单独孔取压两种。环室取压的前、后环室装在节流件两边，环室夹在法兰之间，法兰和环室、环室和节流件之间放有垫片并加紧。节流件前后的压力是从前、后环室和节流件前、后端面之间所形成的连续环隙上取得的，为整个圆周上的平均值。单独钻孔取压可以钻在法兰上，也可以钻在法兰之间的夹紧环上。取压孔在夹紧环内壁的出口边缘必须与夹紧环内壁平齐，并有不大于取压孔直径1/10的倒角，无可见的毛刺和突出部分。取压孔应为圆筒形，其轴线应尽可能与管道轴线垂直。第三章 关键参数计算及检验计算3.1已知条件1被测介质：空气；2流量测量范围：qmax=9450/h、qch =7000/h、qmin=4000/h；3介

14、质参数：p=370mmH2O(表压)，t=60，地区平均压力：759mmHg；4允许压损：p150 mmH2O；5管道内径：D20=300mm；6管道材料：20号钢；管道情况如图所示7节流件型式：角接取压标准孔板；节流件材料：1Cr18Ni9Ti；4m 11m全开闸阀8管道情况：如图3.1所示图31 管道情况图3.2 准备计算3.2.1 求介质密度、介质动力粘度及管道材料膨胀系数介质的压力P1:P=370mmH2O(表压)=370×9.806=3628.22 P平均=759×133.3=101174.7所以P1=（P+P平均）=3628.22+101174.7=104802

15、.22Pa （3-1）根据管道材料20号钢和介质温度 ，可以从附录-3【2】中查的管道材料线膨胀系数,已知介质粘度=2×10-5Pa.s k=1.4计算: （3-2）3.2.3 计算正常流量ReDch和最小流量下的雷诺数ReDMIN根据题目要求进行单位换算：qmax=94501.06=10017kg/h qch=70001.06=7420kg/h qmin=4000×1.06=4240kg/h P=370×9.8=3626Pa ReDch=4.374×105 （3-3） （3-4）由上式可得，在最小流量下的雷诺数 ReDmin已超过标准孔板雷诺数适用范围

16、的下限。在不同的流量下，雷诺数Re D不同，原则上说C值数值不同，只是在高雷诺数下流量读C值的影响较下而已，并且在不同的流量下，输出差压也不同，因而也不相同，而一般的流量计分度时是将它们作为常数的，根据ReDch , ReDmin 确定形式为标准孔板，符合标准孔板适用范围见表10-11 3.2.4 确定差压计类型及量程范围 因为,差压计量程上限Pmax按下式计算：Pmax2.5=2.4×1470=3530.16Pa 参考附录表-131,可选用1151DP电容式差压变送器，其量程为（127762）×9.81Pa，耐压静压力为14MPa,选择精度等级为0.2，最大流量为1001

17、7kg/h，所以流量上限为qmax定为12.5t/h验算Pmax/pz=3530.16/104802.22=0.034<0.2符合规定。第四章 重要参数的计算及校验4.1 确定值及节流件开孔直径4.1.1 常用流量下的差压值因为 （4-1） 所以 4.1.2 迭代计算值和d值 （4-2）dt=Dt （4-3）4.1.3 迭代计算计算A值：A= （4-4）由上式可求得 A0.4456（1）第一步 设初始值则有 （4-5） （4-6）根据，计算. （4-7）0.5894 （4-8）(2) 第二步 计算 （4-9） （4-10）根据，计算. （4-11） =0.591889951 （4-12）

18、(3) 第三步 计算 （4-13） （4-14）根据，计算. （4-15） （4-16）（4） 第四步 计算 （4-17） (4-18) （4-19） 0.59161 （4-20） 精密度判据为： （4-21） 3.1229×10-5<5×10-5 迭代结束后得: C=0.59161 4.2 确定压损 （4-22） =719.86p=1470.9 压力损失验算合格4.3 确定节流件的开孔直径选用1cr18ni9ti不锈钢为标准孔板,从附录表-31中查得d=故=234.74 (4-23)4.4 确定直管段长度对管道粗糙度的要求:按=0.71802选=0.8规定上游侧第一

19、阻李件为两个90o弯头,上游侧第二阻力件为全开闸阀,下游侧阻力件为两个90o弯头,从表10-21中查得: （4-24） （4-25） （4-26）标准孔板对管道相对粗糙度的限值可以从表10-41中查得:对于=0.8管道相对粗糙度的限值为所以要求节流件10D以内管道的绝对粗糙度为Ks: （4-27）新无缝钢管的绝对粗糙度Ks=0.051mm,选择内壁光滑的无缝钢管即能符合粗糙度的要求。4.5 标准节流装置流量结果不确定度取计算： 流出系数和流束膨胀系数的不确定度和：% =0.785%: (4-28)%=0.076% (4-29)节流件孔径的不确定度： % (4-30)管径的不确定度：% （4-31）差压测量值的不确定度：% % （4-32）密度值的不确定度：根据表4查得：% 选择变压器等级为0.2级，指示仪表为0.5级，因此：±1.15%第五章 系统的安装及使用说明5.1流量装置和差压计的安装连接系统图流量装置和差压计的安装连接系统如附录5.2 元件的安装节流件的安装，如图4-1所示，其它系统图祥见目录。图 4-1 管路简图5.3 使用说明使用前，应关闭差压计上两道压阀的情况下，对导压管进行吹洗，以免管道中锈污和杂物进入差压计。使用时，首先缓慢的打开节流装置上的两个导压阀，使被测气体充满导压管。然后打开平衡阀，并微微打开差压计