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    一、流量計的使用和選型原則

    流量計的正確使用和選擇并不是一件容易的事情。因此，要正確和有效地選擇流量計，首先不僅要深入了解各種流量計的結構原理和流體特性等方面的知識，還要根據使用現場的具體情況并考察周邊的環境條件進行選擇，同時也要統籌考慮經濟方面的因素。一般情況下，主要應綜合考慮以下5個方面的選擇因素：（1）流量計的性能要求；（2）流體特性；（3）安裝要求；（4）環境條件；（5）流量計的價格。

    1.流量計的性能要求

    流量計性能方面主要包括：要首先明確是測量瞬時流量還是測量累積流量，再有就是對準確度等級、重復性、線性度、流量范圍及范圍度、壓力損失、輸出信號特性和流量計響應時間等的要求。

    （1）明確測量瞬時流量還是測量累積流量

    流量測量包括兩種，即瞬時流量和累積流量。例如，對分輸站管道的原油進行貿易交接、石油化工管道進行連續配比或生產流程的過程控制等都需要計量總量，并需輔以瞬時流量的觀察。有的工作場所對流量進行控制則需配備瞬時流量測量。因此，一定要根據現場計量的需要進行選擇。比如容積式流量計、渦輪流量計等，其測量原理是以機械計數或脈沖頻率輸出直接得到總量，準確度較高，適用于測量總量，配有相應的發訊裝置也可輸出瞬時流量。電磁流量計、超聲流量計等是以測量流體流速推導出流量，響應快，適用于過程控制，配以積算功能后也可以獲得總量。

    （2）準確度等級

    流量計的準確度等級一般是根據流量計的最大允許誤差確定的。各制造廠提供的流量計說明書中會給出。一定要注意其誤差的百分率是指相對誤差還是引用誤差。相對誤差為測量值的百分率，常用“%R”表示。引用誤差則是指測量上限值或量程的百分率，常用“%FS”表示。許多制造企業產品說明書中并未注明。像浮子流量計一般采用引用誤差，電磁流量計中有的型號也采用引用誤差。

    流量計如果不是單純計量總量，而是應用在流量控制系統中，則流量計的檢測準確度等級要在整個系統控制準確度要求下確定。因為整個系統不僅有流量檢測的誤差，還包含信號傳輸、控制調節、操作執行等環節的誤差和各種影響因素。比如操作系統中存在2%左右的回差，對所采用的測量儀表確定過高的準確度（0.5級以上）就不經濟、不合理。

    就流量儀表本身來說，傳感器與二次儀表之間的準確度也應該適當匹配，比如設計的節流裝置誤差如果在±2.5%～±4%之間，配上0.2%～0.5%高準確度的差壓計就沒有太大意義。

    在一定的流量范圍內，流量計如果使用在某一特定的條件下或比較窄的流量范圍內（如僅在很小的流量范圍內變化），此時測量準確度會比所規定的準確度等級高。例如，用渦輪流量計計量油品裝桶分發，在閥門全開的情況下使用，流量基本恒定，其準確度等級可能會從0.5級提高到0.25級。

    用于貿易結算、儲運交接和物料平衡等要求測量準確度較高時，應考慮準確度測量的持久性，用于上述情況下的流量計，規定準確度等級要求為0.2級。在這樣的工作場所下，一般是現場配備計量標準設備（如體積管），對所使用的流量計進行在線檢測。由于目前原油的日趨緊張和各單位對原油計量的高要求，對原油計量實行系數交接，即除了每半年對流量計進行一次周期檢測，貿易交接雙方協商每1個月或2個月對流量計進行檢定，確定流量系數。每天根據流量計量的數據與流量計流量系數計算出數據進行交接，以提高流量計的準確度，也稱為零誤差交接。

    （3）重復性

    重復性是由流量計原理本身與制造質量決定的，是流量計使用過程中一個重要的技術指標，與流量計的準確度密切相關。在檢定規程條款的計量性能要求中，對流量計不僅有準確度等級規定，還對重復性進行了規定，一般為：流量計的重復性不得超過相應準確度等級規定的最大允許誤差的1/3～1/5。

    重復性的定義是在環境條件和介質參量等不變的情況下，對某一流量值短時間內、同方向進行多次測量的一致性。但是，在實際應用中，流量計的重復性常受流體黏度、密度參量變化影響，有時這些參量變化還沒有達到需要進行專門修正的程度，會誤認為是流量計的重復性不好。鑒于這種情況，應選擇對此參量變化不敏感的流量計。比如，浮子流量計容易受流體密度影響，小口徑的流量計不僅受流體密度的影響，可能還會受流體黏度的影響。渦輪流量計如果用在高黏度范圍會受黏度的影響。有些未作修正處理的超聲流量計會受到流體溫度的影響等。如果流量計的輸出是非線性的，這種影響可能更為突出。

    （4）線性度

    流量計的輸出主要有線性和非線性平方根兩種。一般來說流量計的非線性誤差是不單獨列出的，而是包含在流量計的誤差內。通常對于流量范圍比較寬、輸出信號為脈沖的，用做總量積算的流量計，線性度則是一個重要的技術指標。如果在其流量范圍內使用單一的儀表系數，線性度差就會降低流量計的準確度。比如，渦輪流量計在10：1的流量范圍內采用一個儀表系數，線性度差時其準確度較低。隨著計算機技術的發展，可將其流量范圍分段，用最小二乘法擬合出流量——儀表系數曲線對流量計進行修正，從而提高流量計的準確度和擴展流量范圍。

    （5）上限流量和流量范圍

    上限流量也稱為流量計的滿度流量或最大流量。選擇流量計口徑時，應按被測管道使用的流量范圍和被選流量計的上限流量和下限流量進行配置，不能簡單地按管道通徑配用。

    一般來講，設計管道流體最大流速是按經濟流速確定的。如果選擇過低，管徑粗，投資會大；過高則輸送功率大，增加運行成本。例如，像水等低黏度液體其經濟流速為（1.5～3）m/s，高黏度液體為（0.2～1）m/s，大部分流量計上限流量的流速接近或高于管道經濟流速。因此，流量計選擇時其口徑與管道相同時就較多，安裝比較方便。如不相同也不會相差太多，一般上下相鄰一擋的規格，可采用異徑管連接。

    在流量計選擇中應注意不同類型的流量計，其上限流量或上限流量由于受各自流量計的測量原理和結構的限制差別較大。以液體流量計為例，上限流量的流速以玻璃浮子流量計為最低，一般在（0.5～1.5）m/s之間，容積式流量計在（2.5～3.5）m/s之間，渦街流量計較高，在（5.5～7.5）m/s之間，電磁流量計則在（1～7）m/s之間，甚至達到（0.5～10）m/s。

    液體的上限流速還需考慮不能因為流速過高而產生氣穴現象，出現氣穴現象的地點一般是在流速最大、靜壓最低的位置。為了防止氣穴的形成，常常需要控制流量計的最小背壓（最大流量）。

    還應注意流量計的上限值訂購后就不能改變，比如容積式流量計或浮子流量計等。差壓式流量計像節流裝置孔板等一經設計確定后，其下限流量不能改變，上限流量變動可以通過調整差壓變送器或更換差壓變送器來改變流量。比如某些型號的電磁流量計或超聲流量計，有些用戶可以自行重新設定流量上限值。

    （6）范圍度

    范圍度為流量計的上限流量和下限流量的比值，其值越大則流量范圍越寬。線性儀表有較寬的范圍度，一般為1∶10。非線性流量計的范圍度較小，僅為1∶3。一般用于過程控制或貿易交接核算的流量計，如果要求流量范圍比較寬就不要選擇范圍度小的流量計。

    某些制造廠為宣傳其流量計的流量范圍寬，在使用說明書中把上限流量的流速提得很高，比如液體提高到（7～10）m/s（一般為6m/s）；氣體提高到（50～75）m/s，一般為（40~50）m/s；實際上如此高的流速是用不上的。其實范圍度寬的關鍵是需要有較低的下限流速，以適應測量需要，所以下限流速低的寬范圍度的流量計才是比較實用的。

    （7）壓力損失

    壓力損失一般是指流量傳感器由于在流通通道中設置的靜止或活動檢測元件或改變流動方向，從而產生隨流量而變得不能恢復的壓力損失，其值有時可達數十千帕。因此，應按管道系統泵送能力和流量計進口壓力等確定最大流量的允許壓力損失來選定流量計。因選擇不當會限制流體流動產生過大壓力損失而影響流通效率。有些液體（高蒸汽壓碳氫液）還應注意過度的壓力降可能引發氣穴現象和液相汽化，降低測量準確度甚至損壞流量計。比如管徑大于500mm的輸水用的流量計，應考慮壓損所造成的能量損耗過大而增加的泵送費用。據有關報道，壓力損失較大的流量計幾年來為測量付出的泵送費用往往超過低壓損、價格較貴的流量計的購置費用。

    （8）輸出信號特性

    流量計的輸出和顯示量可以分為：①瞬時流量（體積流量或質量流量）；②累積流量；③平均流速；④點流速。有些流量計輸出為模擬量（電流或電壓），另一些輸出為脈沖量。模擬量輸出一般認為適合于過程控制，比較適合于與調節閥等控制回路單元接配；脈沖量輸出比較適合于總量和高準確度的流量測量。長距離信號傳輸脈沖量輸出則比模擬量輸出有較高的傳送準確度。輸出信號的方式和幅值還應有與其他設備相適應的能力，比如控制接口、數據處理器、報警裝置、斷路保護回路和數據傳送系統。

    （9）響應時間

    應用于脈動流動場合應注意流量計對流動階躍變化的響應。有些使用場合要求流量計輸出跟隨流體流動變化，而另一些為獲得綜合平均值要求有較慢響應的輸出。瞬時響應常以時間常數或響應頻率表示，其值前者從幾毫秒到幾秒，后者在數百赫茲以下。配用顯示儀表可能會延長響應時間。一般認為流量計流量增加或減小時，動態響應不對稱會加速增加流量測量誤差。

    2.流體特性

    在流量測量中，由于各種流量計受到流體物性中某一種或幾種參量的影響，所以流體的物性很大程度上會影響流量計的選型。因此，所選擇的測量方法和流量計不僅要適應被測流體的性質，還要考慮測量過程中流體物性某一參量變化對另一參量的影響。比如，溫度變化對液體黏度的影響。

    流體物性方面常見的有密度、黏度、蒸汽壓力和其他參量。這些參量一般可以從流量手冊中查到，以評估使用條件下流體各參量和選擇流量計的適應性。但也有一些物性是無法查到的，如腐蝕性、結垢、堵塞、相變和混相狀態等。

    （1）溫度和壓力

    如果必須分析流量計內流體的工作壓力和溫度，尤其是測量氣體時，溫度、壓力變化會造成密度變化過大，甚至可能要改變所選擇的測量方法。比如，溫度和壓力影響流量測量準確度等性能時，要作溫度或壓力修正。另外，流量計外殼的結構強度設計和材質也取決于流體的溫度和壓力。因此，必須確切地知道溫度和壓力的最大值和最小值。當溫度和壓力變動很大時更應仔細選擇。

    此外，在測量氣體時還應確認其體積流量值是在工況狀態下的溫度和壓力，還是在標準狀態下的溫度和壓力。

    （2）密度

    對于液體，在大部分應用場合下其密度相對恒定，除非溫度變化很大而引起較大變化，一般可不進行密度修正。在氣體應用場合，流量計的范圍度和線性度取決于氣體密度，一般要知道在標準狀態下和工況狀態下的值，以便選用。此外，將流動狀態的值換算到某些公認的參比值的方法在石油儲運方面應用普遍。低密度氣體對某些測量方法，特別是利用氣體動量推動檢測傳感器的儀表（如渦輪流量計）會比較困難。

    （3）黏度

    各種液體之間黏度差別很大，且因溫度變化有顯著變化。而氣體則不同，各種氣體之間黏度差別較小，其值一般較低，且不會因溫度和壓力變化而有顯著變化。因為液體的黏度比氣體高得多。比如在20℃和100kPa下，水的動力黏度為1×10^-3Pa·s，而空氣的動力黏度則為1.8×10^-5Pa·s，所以液體一定要考慮黏度的影響，而氣體的黏度就不如液體那樣重要。

    黏度對各類流量計的影響程度不一樣，比如，對于電磁流量計、超聲流量計和科里奧利式質量流量計，由于流量值在很寬的黏度范圍內，因此可以認為不受液體黏度的影響；容積式流量計的誤差特性和黏度有關，可能會略受影響；而對于浮子流量計、渦輪流量計和渦街流量計，當黏度超過某值時則影響較大，導致不能使用。

    有些流量計的特性是用管道雷諾數作為參變量進行描述的，而管道雷諾數是流體黏度、密度以及管道流速的函數，因此，黏度對流量儀表特性還是有影響的。

    黏度也是判別牛頓流體或非牛頓流體的一個參數，大多數流量測量方法和流量計僅適用于牛頓流體。所有氣體都是牛頓流體，大多數液體以及含有少量球形微粒的液體也是牛頓流體。只適用于牛頓流體的測量方法和流量計，如果應用于非牛頓流體將給測量帶來影響。所以，牛頓流體是流體流量測量正常使用的重要條件。

    黏度對不同類型的流量計范圍度的影響趨勢均不一樣，像容積式流量計隨著流體黏度增加，范圍度擴大。而渦輪流量計和渦街流量計則相反，隨著流體黏度增加，范圍度縮小。因此，在評估流量計的適應性時，要掌握液體的溫度和黏度特性。

    某些非牛頓流體（如鉆井泥漿、紙漿、巧克力、油漆）性質的液體，它們的流動狀態復雜，不易判斷其屬性，選擇流量計時應謹慎。

    （4）化學腐蝕和結垢

    ①化學腐蝕問題

    流體的化學腐蝕問題有時會成為選擇測量方法和使用流量計的決定因素。比如，某些流體會使流量計接觸零件腐蝕，表面結垢或積淀析出晶體，金屬零件表面產生電解化學作用，這些現象的產生會降低流量計的性能和使用壽命。因此，為解決化學腐蝕和結垢問題，制造廠采取了許多方法，如選用抗腐蝕材料或在流量計的結構上采取防腐蝕措施，比如，節流裝置孔板用陶瓷材料制造，金屬浮子流量計內襯用耐腐蝕的工程塑料。但是，結構較復雜的流量計（如容積式流量計和渦輪流量計等）就無法對具有腐蝕性的流體進行測量。有一些流量計從原理結構上就具有耐腐蝕性或易于采取耐腐蝕的措施。例如，超聲流量計的換能器探頭安裝在管道外壁不與被測流體接觸，本質上就是防腐蝕的。電磁流量計只有測量管襯里和一對形狀簡單的電極與液體接觸，近年有些設計，電極不與液體接觸，也是一種防腐蝕的措施。

    ②結垢

    由于流量計腔體和流量傳感器上的結垢或析出結晶會減少流量計內活動部件的間隙，降低流量計內敏感元件的靈敏度或測量性能（如對于超聲流量計，結垢層會阻礙超聲波發射；對于電磁流量計，不導電結垢層絕緣了電極表面會使流量計無法工作），所以有些流量計常采用在流量傳感器外界加溫防止析出結晶或加裝裝置除垢器。

    化學腐蝕和結垢的結果是改變試驗管道內壁粗糙度，而粗糙度會影響流體的流速分布，建議使用時注意這個問題，比如多年使用的管道應清洗和除垢。

    腐蝕和結垢影響流量測量值的變化會因流量計的類型不同而不同。下面以超聲流量計和電磁流量計為例說明管道結垢產生的影響，比如，內徑為50mm的管道，內壁結垢或沉積（0.1～0.2）mm，會使測量管道面積縮小0.4%～0.6%，所產生的誤差對于0.5級～1.0級的流量計則是不容忽視的偏差。

    （5）壓縮系數

    氣體壓縮系數z為一定質量的氣體，在相同溫度、壓力下，其實際比體積與“理想比體積”之比。一般地說，對于理想氣體z=0；實際氣體z可能大于1或小于1。z偏離1的數值大小表示實際氣體偏離理想氣體的程度。氣體壓縮系數z值取決于種類或組分、溫度、壓力。因此，氣體測量一定要通過壓縮系數求取工作狀態下的流體密度。組分固定的流體通過溫度、壓力和壓縮系數計算密度。流體為多組分（如對天然氣的計量），其工作在或接近超臨界區，就需要配備在線密度計在線對密度進行測量。（未完待續）