白话差压流量连载（二）

1.4 流量101

流体理论是对运动流体的研究。流体的定义可以是流动的任何物质，因此液体和气体都是流体。需要深入了解技术知识以便对流经管道的流体进行准确测量和控制，这点几乎在所有的过程工业中都极为重要。

流经管道的关键因素：

1. 管道的物理配置；

2. 流体流速；

3. 沿管壁的流体摩擦；

4. 流体密度；

5. 流体粘度；

6. 雷诺数；

管道配置：管道的直径和横截面面积可用于确定规定管道长度的流体体积，也可用于确定应用的雷诺数。流速：取决于驱使流体进入管道的压力或真空度。

摩擦：没有绝对光滑的管壁，所以流体与管壁接触时会产生摩擦，因此与中心处相比，管壁附近的流速较慢。管径越大、越光滑或者越干净，流量受到的影响越小。

密度：密度会影响流量，因为流体越粘稠，达到规定流量所需的压力就越大。由于液体（从实际应用考虑）不可压缩而气体可压缩，所以需要采用不同方法测量各自的流量。

粘度：定义为流体的分子摩擦，通常粘度越高，达到所需流量所需的功就越大，所以粘度会影响流量。温度会影响粘度，但并不总是产生直观影响。例如，较高的温度会降低多数流体的粘度，但当温度高于一定值时有些流体的粘度实际上会增加。

雷诺数：通过将其归入到指定系统的各种因素关系中，可计算雷诺数以描述流体流动剖面类型。在选择适合的流量测量方法时这点很重要。

不同的雷诺数范围定义了三种不同的流体流动剖面。层流是一种流体在平行层内流动的平滑流，特点是雷诺数低于2000。通常流体流速小、混合极少，有时流体粘度较高。流体流动剖面的雷诺数介于2000和4000之间时，视为处于过渡区。雷诺数高于4000时被称为紊流。特点是流体流速高、粘度小、流体混合快速而充分。

紊流差压流量计量最为准确。因为在紊流中流体与节流元件边缘的分离点更易于预测且保持不变。这种流体分离在节流元件的下游侧形成低压区，因而可将节流元件用作差压流量计的一次元件。根据节流元件类型和流量计设计，特定流量计运行的最小管雷诺数可远高于4000。

流体连续性

当液体流经变径管时，流经所有横截面的体积相同。这表示直径减小时流速必定增加，相反直径增大时流速减小。等式1.2突出了这种关系。

体积流量等于流体体积除以时间：

体积可以分解为面积A乘以长度s。因此，体积流量可以表示为：

可以进一步简化等式1.3，因为长度l除以时间等于速度v。现在可用速度代替术语s/t，等于：

由于流经所有横截面的体积流量相同：

将等式1.4带入等式1.5：

图1.4.a 流动定律的图形表示，其中Q1 = Q2。

上述流体连续性的衍生公式描述了基本的能量守恒原理。将在第3章中对伯努利方程式进行更详细的介绍，该方程式建立在能量守恒原理的基础之上，定义了适于流动流体的能量守恒。

差压流量计

通过在管道中引入节流元件，一次元件在流量计两端形成压降。由二次元件差压变送器测量压降。第三方元件包括仪表工作所需的所有零件，其中包括导压管以及将上游和下游压力引入变送器的接头。

图1.4.b

 一体式差压流量计

通过在管内设置节流元件，可以利用伯努利方程式计算流量，因为通过节流元件的差压的平方根与流量成比例。

关于差压流量计量有一些重要的注意事项，包括：

1. 确保导压管未被微粒或沉积物堵塞

2. 导压管定向正确（这些管需倾斜放置以防液体应用中出现气体聚集或气体应用中出现液体聚集）

3. 确保定期校准不会降低准确度（使用高准确度校准设备避免这种情况）

一次元件类型

一次元件有很多类型，包括图1.4.c显示的元件。示例包括：

• 单孔和调节孔板

• 单孔和多孔皮托管

• 文丘里管

• 测流喷嘴

• V锥体

• 楔块

图1.4.c   一次元件类型

变送器选项

有两种主要类型的压力变送器，利用差压计算流量。第一种为传统差压型，只测量差压，没有其他功能。第二种为多参量变送器。多参量变送器是一种能够测量多个过程变量（包括差压、静压和温度）的多参量变送器。用作质量流量变送器时，这些独立的数值可用于补偿密度、粘度和其他流量参数变化。

1.5 差压流量测量应用

产品一致性：按批次生产的产品依赖于成分的精确比例，差压流量计有助于确保液体和气体的准确输送。

生产效率：从批次控制到清除副产品再到排放监测，流量的计量和测量在与效率相关的大量过程控制变量中不可或缺。

过程变量控制：过程通常包括多个变量输入。对这些变量（包括流量）的控制是优质生产的关键。

安全性：差压流量有助于防止对安全性造成各种威胁，包括加注过满、反应器控制等等。

内部料单和资源分配：对库存和过程速率的严格控制直接有助于盈利能力的提高。对于许多富有经验的生产者而言，过程成本的内部料单直接影响生产力。

贸易交接：流量计量对于按体积或重量出售的产品而

1.6 流量计的安装

传统安装

如图1.6.a所示，传统安装法需要三种不同的部件类别。

1. 一次元件（差压产生装置）

2. 二次元件（变送器）

3. 第三方元件（引压管、连接硬件、管道、接头、阀门等）

图1.6.a 传统的差压流量安装包括独立的

一次元件、二次元件和第三方元件。

传统形式可使部件间的设计满足各种应用，可专为满足贸易交接标准而设计。

传统安装存在自身限制或问题。包括接头、单独/错误的引压管和阀组装置上存在多处可能的泄漏点；长导压管造成的精度问题。另外，安装极为复杂，需要较长的直管段（取决于所使用的一次元件）和精心的部件配置。多年以来，人们通过大量工作解决了其中一些问题，因而扩展了差压流量设备的实用性和价值。

一体化安装

一体化流量计将一次元件和变送器集成为一个整体的流量计。在很大程度上，这是为了将老式传统流量计的安装问题降到最低。因此，安装所需的部件和人力比传统流量计安装要少。

一体化流量计与传统流量计的工作方式极为相似。采用相同的测量计算方式，与相同的一次元件配合工作，而且拥有相同的变送器（差压变送器和多参量变送器）。

一体化流量计的优点：

• 不再使用接头、导压管、阀门、适配器、阀组和安装支架

• 潜在泄漏点减少（出厂泄漏检查）

• 流量测量误差源减少

• 订购和安装程序简化

• 降低冻结和堵塞的可能性

• 设计更加紧凑

罗斯蒙特一体化流量计结合了行业领先的变送器与创新的一次元件技术和连接系统。一个流量计集成了传统的10个零件，简化了设计、采购和安装程序。

图1.6.b

传统式差压流量计结构对比一体化多参量差压流量结构。

1. 流量计算机

2. 一次元件

3. 热套管

4. 温度传感器

5. 温度变送器

6. 传感器接线

7. 压力变送器

8. 差压变送器

9. 阀组

10. 连接法兰

1.7 其他流量技术

除了基于压力的技术之外，还有各种流量测量技术。其中包括明渠、机械、超声、电磁、科氏、光学、热式和涡街流量计。

电磁流量计要求使用导电流体和将磁能引入流量的方法，该流量计使用电极来感应磁通量的电流感应。

顾名思议，科氏流量计利用科氏效应，驱动振动管变形。

光学流量计使用光电探测器测量被照亮流体中的微粒运动。

差压流量仍然是行业内最常用的流量测量形式。

涡街流量计使用电脉冲发生器—通常为压电晶体—测量已校准发生体周围的流体扰动（涡流）。

如今各种不同的流量测量技术均有其理想的应用范围。但是，因其悠久的历史、易用性和广泛的应用范围，差压流量仍然是行业内最常用的流量测量形式。