关于流量计算方法

关于流量计算方法一．流量计算公式近几年CSD使用了孔板，弯管，阿牛巴，威力巴等流量测量元件。现将公式整理如下。1.孔板流量计算式：214241mCqdp(1)qv=qm/ρ1式中qm——质量流量，kg/s；qv——体积流量，m3/s；C——流出系数；ε——可膨胀性系数；β——直径比，β=d/D；d——工作条件下节流件的孔径，m；D——工作条件下上游管道内径，m；△p——差压，Pa；ρ1——上游流体密度，kg/m3。由上式可见，流量为C、ε、d、ρ、△p、β（D）6个参数的函数，此6个参数可分为实测量（d、ρ、△p、β（D））和统计量（C，ε）两类。实测量有的在制造安装时测定，如d和β（D），有的在仪表运行时测定，如△p和ρ1统计量则是无法实测的量（指按标准文件制造安装，不经校准使用），在现场使用时由标准文件确定的C及ε值与实际值是否符合，是由设计、制造、安装及使用一系列因素决定的，只有完全遵循标准文件（如GB/T2624-93）的规定，其实际值才会与标准值符合。但是，一般现场是难以做到的，因此，检查偏离标准就成为现场使用的必要工作。应该指出，与标准条件的偏离，有的可定量估算（可进行修正），有的只能定性估计（估计不确定的幅度与方向）。在实际应用时，有时并非仅一个条件偏离，如果多个条件同时偏离，并没有很多试验根据，因此遇到多种条件同时偏离时应慎重对待。2.阿牛巴流量计算式：211vbvkpRDaMYPBTBTFPVbgfqNFFSFFFFFZFDpp(2)vbq——体积流量（Nm3/h）vkpN——单位换算系数RDF——雷诺数修正系数aF——材料热膨胀系数MS（k）——流量系数YF——气体膨胀系数PBF——标准压力的校正系数TBF——标准温度的校正系数TFF——流动温度的校正系数PVF——超压缩因子bZ——在标准温度和压力下，气体的压缩系数gF——气体的比重系数D——管道内径（mm）fp——工体压力（kpa）p——差压（kpa）前11项为测量系数，我们用C表示（C值由生产商提供）qvb=CD2fPP（2）3.威力巴流量计算式：5.0015.273/1000tpDCQp(3)注公式（3）带压力和温度自动补偿的流量计算公式。pD——差压变送器所测差压值Kpa0Q——体积流量Nm3/h(0℃标况)p——工作绝对压力Kpat——工作温度℃C——测量系数(生产厂商提供)4.弯管流体沿弯管弧形通道流动时,由于受角加速度的作用,产生离心力,在弯管的内外侧管壁处产生差压,差压与流量有一定关系,可以由差压的测量求得流量值.本世纪初(1911年)已经有关于用弯管测量水流量的文章出现,随后的几十年弯管流量计的试验研究一直在进行着,积累了丰富的资料,并在一些场合获得应用,如作为管道的流量指示器、流量控制系统的检测器和在核工业系统的应用等。弯管流量计的使用特点为：可利用现场工艺管道的弯管，无需再安装检测件，无附加压损，适用于脏污介质，测量重复性好等。但是由于弯管的结构参数比较复杂，至今未有统一的结构形式，其流量系数需实流校准方能可靠应用。流量计算式：pDqm23109986.3（4）式中mq——质量流量，kg/h；D——弯管管径，mm；p——差压，Pa；——密度，kg/m3；——流量系数，DDRDRRe2/5.62/；生产厂商提供DR2/见表1.8.14。表1.8.14DR2/公称通径长半径弯管短半径弯管壁厚系列号40壁厚系列号80壁厚系列号40壁厚系列号80/in/mmDR2/DR2/DR2/DR2/23468101250751001502002503000.8520.8560.8630.8610.8670.8650.8660.8800.8810.8850.8840.8870.8770.8750.6960.6990.7050.7030.7080.7060.7070.7180.7190.7230.7210.7240.7160.715注：公式来源：公式（1）石油化工设计手册化学工业出版社公式（2）大连金州节流装置成套设备厂公式（3）西安航联测控设备有限公司（Nick提供）公式（4）节流装置设计手册化学工业出版社说明：上述的四种流量测量元件，除了工艺参数外，对于孔板需要了解到β直径比、C流出系数。阿牛巴（也有叫威力巴）需知测量系数。但生产厂不同执行的标准都不一样。大连金州节流装置成套设备厂就执行是美国标准。弯管，需要知道流量系数。无论d（节流元件孔径），C流出系数，流量系数，都是由生产厂商提供，如由CSD设计时请于生产厂索取。不是CSD设计时需要找到节流装置的原始数据，因为无论是d还是C与数，都没有通用性。这一点请特别注意。二．流量仪表的选用1.选型步骤各类流量仪表都有各自的特点，选型的目的就是在众多品种中扬长避短，选择最适宜的仪表。要正确地选择流量测量方法和仪表，必须熟悉仪表和被测对象两方面的情况。确定安装流量仪表后，主要按五个方面进行，即仪表性能方面，流体特性方面，安装条件方面，环境条件方面和经济因素方面，各方面考虑因素如表2-1所示。表2-1流量计选型考虑因素仪表性能方面精确度，重复性，线性度，范围度，压力损失，上、下限流量，信号输出特性，响应时间流体特性方面流体压力，温度，密度，粘度，润滑性，化学性质，磨损，腐蚀，结垢，赃污，气体压缩系数，等熵指数，比热容，电导率，声速，导热系数，多相流，脉动流安装条件方面管道布置方向，流动方向，上下游管道长度，管道口径，维护空间，管道振动，接地，电、气源，辅属设备（过滤，消气），防爆环境条件方面环境温度、温度，安全性，电磁干扰，维护空间经济因素方面购置费，安装费，维修费，校验费，使用寿命，运行费（能耗），备品备件选型步骤大致为：①依据流体种类及五个方面因素初选可用仪表类型；②依据用户要求逐步淘汰，余下仪表类型排出次序；③按五个方面因素再次进行仔细评比，最后淘汰至一种仪表类型。2.仪表性能方面不同测量对象有各自测量目的，仪表性能各因素选择有不同侧重点，例如商贸结算和储运测量对准确度要求较高，而过程控制连续监测一般要求有良好的可靠性及重复性（精密度）。应该针对使用目的确定准确度要求，如在较宽流量范围保持准确度，还是在某一特定范围即可？所选仪表的准确度能保持多久？是否易于周期校验？校验的方式及代价如何？这些因素都影响仪表的选择。重复性是由仪表本身工作原理及制造质量决定的，它与仪表校验所用基准高低无关。应用时要求重复性好，如使用条件变化大，则虽然仪表重复性高亦不会达到目的。压力损失关系到能量消耗，对于大口径其意义较大，它可能大大增加泵功率消耗。选用价格较高而压损较小的仪表，从长期运行费用看更合算。3.流体特性方面初选品种是按照流体种类选定的，而流体特性对仪表应用有很大影响。如流体物性参数与流体流动特性（这部分在安装条件方面考虑）对测量精确度的影响，流体化学性质，脏污结垢等与使用可靠性的关系等。物性参数对仪表精确度的影响程度视仪表工作原理而异，目前最常用的几类流量计（差压，浮子，容积，涡轮，涡街，电磁，超声，热式等）影响流量计特性的主要物性参数为密度（包括气体压缩系数及湿度）、粘度、等熵指数、电导率、声速、比热容和导热系数等，其中尤以密度和粘度的影响最为重要。密度是影响流量计特性的最主要的参数，其数据准确度直接影响计量精度。如速度式流量计测量的是体积流量，但是物料平衡或能源计量皆需用质量流量计算，因此这些流量计除检测体积流量外，尚需检测流体的密度，只在密度为常数或变动不影响计量精度时才可不必检测。涡街流量计的优点是其检测信号不受物性的影响，但在使用时如果密度是变动的，同样会影响其计量精度，这是因为它需把体积流量换算为质量流量。差压式流量计在流量方程中差压和密度两个参数处于同等地位，有同样的作用，如果选用高精度差压计，而流体密度却确定得不准，则测量结果亦不会是高精度的。只有直接式质量流量计，如科氏质量流量计或热式质量流量计，它们的信号直接反映密度的变化，因此无需另外检测密度参数。粘度对流量计特性影响有两种情况。其一为直接影响。两种精确度最佳的涡轮流量计和容积式流量计，它们的流量特性深受粘度的影响，现场需要采用在线粘度补偿。一般来说，涡轮流量计只适用于低粘度介质，而容积式流量计较适于高粘度介质。但是对某些测量对象，如原油（高粘度）大流量测量，希望采用涡轮流量计。其二为间接影响。粘度是判别流体性质的重要参数，牛顿流体或非牛顿流体就是视其粘度关系式不同而定。目前国内外已颁布的流量测量标准及规程都只适用于牛顿流体，这是一个重要的使用条件。粘度是影响管道内流速分布的重要参数，流速分布对流量计特性的影响是流量计使用时的主要问题之一。各种类型流量计应用不同的物理原理构成，而各种物理原理皆有其特殊的物性参数需考虑。如临界流流量计的等熵指数，超声流量计的声速，电磁流量计的电导率，热式流量计的比热容、导热系数等。由于流体物性为压力、温度及介质组分的函数，使用时压力、温度的变化使密度发生改变，需进行压力、温度补偿（修正）。在某些场合，当流体组分亦发生变化时，就不能采用压力、温度补偿，而应采用密度补偿。现场压力、温度波动是不可避免的，由此引起的物性参数的变动是使用时产生附加误差的主要原因之一，在高精度测量时应特别注意。流体的化学机械性质，如腐蚀、磨蚀、结垢等，对于仪表长期可靠使用也有很大影响，它亦是选型的一个重要考虑因素。流量计的检测件可分为三种情况：可动部件，固定部件与无阻碍件。对于上述情况，当然选取无阻碍件较好，但是选型还需综合其他情况决定。4.安装条件方面各种类型流量计对安装要求差异很大。例如有些仪表（如差压式，涡街式）需要长的上游直管段，以保证检测件进口端为充分发展的管流，而另一些仪表（如容积式，浮子式）则无此要求或要求很低。流体流动特性主要决定子管道安装状况，而流体流动特性是影响流量特性的主要因素之一，故选型时应弄清所选仪表对流动特性的要求。安装条件考虑的因素有仪表的安装方向，流动方向，上下游管道状况，阀门位置，防护性辅属设备，非定常流（如脉动流）情况，振动，电气干扰和维护空间等。5.环境条件方面流量仪表一般由检测件、转换器及显示仪组成，后两部分受环境条件影响较大，特别是目前转换器及显示仪大都配备微处理器等电子器件。环境条件的影响因素有环境温度、湿度，大气压，安全性，电气干扰等，表2-2列出了常用流量计环境条件的适应性。表2-2环境影响适应性比较符合说明：√可用不可用温度影响电磁干扰射频干扰影响本质安全防爆适用防爆型适用防水型适用差压式孔板中最小~小①①①喷嘴中最小~小①①①文丘里管中最小~小①①①弯管中最小~小①①①楔形管中最小~小①①①均速管中最小~小①①①浮子式玻璃锥管中最小√√√金属锥管中小~中√√√容积式椭圆齿轮大最小~中√√√腰轮大最小~中√√√刮板大最小~中√√√膜式大最小~中√√×涡轮式中中√√√电磁式最小中×③√√旋涡式涡街式小大√√√旋进式小大×③×③√超声式传播速度差法中~大大×√√多普勒法中~大大√√√靶式中中×√√热式大小√√√科氏力质量式最小大√√√插入式（涡轮，电磁，涡街）最小~中中~大②√√①取决于差压计；②取决于测量头类型；③国外有产品。环境温、湿度对机电一体化流量计的影响主要在电子部件及某些流量检测部分。如果有严重影响应考虑选用分离型，或者在现场安装场所采取防护性措施，如管道包装绝热层的功能。应用于爆炸性危险场所应按照安全要求选用防爆仪表。6.经济方面经济因素是仪表选型着重考虑的问题之一。一般选表时经常未深入考虑各种费用，进行仔细的计算，如仅考虑仪表本身的购置费，其实全部费用应包括仪表购置费、附件费、安装费、运行费、维护费、校验费和备用件费等等。当然不是每种类型流量计都必须包括上述全部费用。表2-3列出了常用流量计经济相对费用的比较。各种类型流量计安装费用可能差别很大，如有的流量计需安装旁路管以便维修，有的流量计可采用不断流取出型，无需安装旁路管，而旁路管加截止阀等的费用或许远超过仪表购置