摘 要：隨著測量技術(shù)的飛速發(fā)展，流量計在石油、化工等行業(yè)的運用也越來越廣泛。但每一種流量計由于其自身設(shè)計特點和材質(zhì)都有其各自的優(yōu)缺點，所以在選用流量計時應(yīng)該綜合考慮工藝的需求以及流量計自身的特點。

關(guān)鍵字：流量計 測量 選型

    流量計的種類繁多并各具特色，它們在不同的情況下，選擇的流量計類型是不同的。現(xiàn)在筆者就結(jié)合本單位實際情況談一些粗淺的認識和看法。

    1 旋進漩渦流量計

    旋進漩渦流量計可以用來測量各種管道中的液體、氣體和蒸汽的流量，是目前工業(yè)控制、能源計量管理中常用的新型流量計。它是利用流體通過漩渦發(fā)生器產(chǎn)生漩渦流，漩渦流在文丘利管中旋進，到達收縮段突然節(jié)流使漩渦流加速，然后再突然進入擴散段，由于壓力變化使漩渦流發(fā)生進動。在流動區(qū)域放置壓電傳感器以檢測進動頻率，再經(jīng)過放大器處理，轉(zhuǎn)換成頻率與流量成正比的脈沖信號，最后通過流量積算儀的運算、處理轉(zhuǎn)換成瞬時值和累積值顯示。

    因為單側(cè)漩渦產(chǎn)生頻率f：

    所以單位時間內(nèi)的體積流量Q：

    f為單側(cè)漩渦產(chǎn)生的頻率，Hz；

    v為流體平均流速，m/s；

    d為圓柱體直徑，m；

    St=0.2（雷諾數(shù)Re=5×10²～15×10⁴）

    它的優(yōu)點是精確度高、測量范圍廣、沒有運動部件、無機械磨損、維護方便、壓力損失小、節(jié)能效果明顯。缺點則是工作壓力低，如果是鋁合金外殼，工作壓力小于等于1.6MPa，并且在安裝時要特別注意不能用力過大，因為鋁合金法蘭面容易斷裂；如果是不銹鋼外殼，工作壓力則小于等于4MPa。常用于作業(yè)區(qū)供氣、注氣壓縮機燃料氣和外輸機燃料氣等壓力等級低的計量。

    2 超聲波流量計

    它是由超聲波換能器、電子線路及流量顯示和累積系統(tǒng)三部分組成。超聲波發(fā)射換能器將電能轉(zhuǎn)換為超聲波能量，并將其發(fā)射到被測流體中，接收器接收到的超聲波信號，經(jīng)電子線路放大并轉(zhuǎn)換為代表流量的電信號供給顯示和積算儀表進行顯示和積算。這樣就實現(xiàn)了流量的檢測和顯示。當(dāng)超聲波束在液體中傳播時，液體的流動將使傳播時間產(chǎn)生微小變化，并且其傳播時間的變化正比于液體的流速，其關(guān)系符合下列表達式（以時差法為例）：

    θ為聲束與液體流動方向的夾角；

    M為聲束在液體的直線傳播次數(shù)；

    D為管道內(nèi)徑；

    Tup為聲束在正方向上的傳播時間；

    Tdown為聲束在逆方向上的傳播時間；

    ΔT=Tup-Tdown。

    設(shè)靜止流體中的聲速為c，流體流動的速度為μ，傳播距離為L，當(dāng)聲波與流體流動方向一致時，其傳播速度為c+μ；反之，傳播速度為c-μ。在相距為L的兩處分別放置兩組超聲波發(fā)生器和接收器（X1，Y1）和（X2，Y2）。當(dāng)X1順方向，X2逆方向發(fā)射超聲波時，超聲波分別到達接收器Y1和Y2所需要的時間為t1和t2，則：

    t1=L/（c+μ）t2=L/（c-μ）

    由于在工業(yè)管道中，流體的流速比聲速小得多，因此兩者的時間差為▽t=t2-t1=2Lμ/cc，由此可知，當(dāng)聲波在流體中的傳播速度c已知時，只要測出時間差▽t即可求出流速μ，進而可求出流量Q。

    超聲波流量計優(yōu)點是流體中不插入任何元件，對流速無影響，也沒有壓力損失；能用于任何液體，特別是具有高黏度、強腐蝕，非導(dǎo)電性等性能的液體的流量測量，也能測量氣體的流量；對于大口徑管道的流量測量，不會因管徑大而增加投資；輸出與流量之間呈線性等；缺點則是對組分不穩(wěn)定的氣體進行測量時誤差太大，當(dāng)被測液體中含有氣泡或有雜音時，將會影響測量精度，安裝時要求變送器前后分別有10倍直徑直管或5倍直徑直管，此外，它的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本較高、精度低。將其用在作業(yè)區(qū)的西氣東輸?shù)墓芫€上計量。

    3 差壓式流量計

    差壓式流量計是由節(jié)流裝置、差壓計和顯示儀三部分組成。按其檢測件的作用原理可分為節(jié)流式、動壓頭式、水力阻力式、離心式、動壓增益式和射流式等。當(dāng)流體經(jīng)過時，節(jié)流裝置將流量轉(zhuǎn)換成壓差信號傳給差壓變送器，差壓變送器再轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)電信號或是氣信號以供顯示或控制。流量的基本公式Q：

    a流量系數(shù)；

    ε膨脹校正系數(shù)；

    F₀節(jié)流裝置的開孔截面積；

    △P節(jié)流裝置前后實際測得的壓力差；

    ρ₁節(jié)流裝置前的流體密度。

    差壓式流量計結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便適用于大流量的測量。缺點就是流體經(jīng)過孔板后壓力損失大并且測量誤差大。如果孔板邊緣磨損、導(dǎo)壓管或是節(jié)流裝置安裝不正確都會導(dǎo)致誤差的增大，有的誤差甚至可以達到10%-20%。

    4 質(zhì)量流量計

    前面幾種流量計均為測量體積流量的儀表，但有時人們可能更關(guān)心的是測量流過流體的質(zhì)量，所以在測量工作中，常常要將已測出的體積流量乘以介質(zhì)密度，換算成質(zhì)量流量。質(zhì)量流量計分為直接式流量計和間接式或推導(dǎo)式兩大類，直接式流量計又分為量熱式、角動量式、差壓式和科氏力式。直接式流量計是基于流體在振動管中流動時，將產(chǎn)生與質(zhì)量流量成正比的科里奧利力；而間接式流量計則是通過適當(dāng)?shù)倪\算得出質(zhì)量流量。下面就以筆者單位使用的U形管式科氏力流量計為例。質(zhì)量流量M：

    θ為扭轉(zhuǎn)角；

    K_s為扭轉(zhuǎn)彈性系數(shù)；

    ω為振動角速度；

    r為U形管跨度半徑。

    質(zhì)量流量計特點是能夠直接測量質(zhì)量流量，不受流體物性的影響，測量精度高；測量值不受管道內(nèi)流場影響，沒有上下游直管段長度的要求；可測各種非牛頓流體和含微粒的漿液。但是缺點是它的阻力損失較大，零點不穩(wěn)定以及管路振動會影響測量精度。將其用在凝析油和液化氣外輸?shù)墓芫€上，可以直接顯示出輸出的質(zhì)量，方便記錄輸出的量。

    5 總結(jié)

    本文主要介紹了幾種流量計的原理和優(yōu)缺點，在選用流量計測量時還應(yīng)該綜合考慮主體工藝需求、經(jīng)濟效益等方面，設(shè)計出更合理的配置方案，從而實現(xiàn)最優(yōu)配置。

    參考文獻

    [1] 歷玉鳴。化工儀表及自動化（第四版）[M]。化學(xué)工業(yè)出版社，2006：49-65。