平衡流量计应用特点及工程考虑
发布时间：2022-09-15 22:17:57来源：www.hseauto.cn来源：..
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摘 要：多孔平衡节流装置（平衡流量计）是一种多孔圆盘平衡节流的新一代节流装置。同其他（传统）节流装置特别是孔板相比，其具有精确、节能等各种优越性，同时由于需要的直管段短，对于大口径工艺管道安装有利，测量范围和适用场所大大拓展，因此从航天迅速被推广到石化、化工、冶金、电力、医药、造纸和各种工业应用中。
关键词：多孔平衡节流装置（平衡流量计）；压损；直管段
1.测量原理
多孔平衡流量计是一个多孔的圆盘节流整流器，安装在管道的截面上，每个孔的尺寸和分布基于独特的公式和测试数据定制，称为函数孔。当流体穿过圆盘上的函数孔时，流体将被平衡整流，涡流被最小化，形成近似理想流体，通过常规的取压装置，可获得稳定的差压信号，根据伯努利方程计算出体积流量、质量流量。多孔平衡节流装置巧妙之处在于将多孔整流器和测量孔板合二为一，能最大限度地将流场平衡调整成理想状态，从而将差压式流量计的优势发挥到极致。
2.流量测量精度和范围
高测量精度表测量和控制各种物料的进出装置的配比，将会显著提高整个生产的物料平衡比率，提高成品率，降低浪费和污染排放，能耗也自然降低。因为在工业项目里，综合成品率只要提高1%，对整个项目来说就是上亿元的经济效益，而流量计在其中实际扮演极其重要的计量角色。例如：某石化企业工业用水测量误差为1.5%，一年的计量误差：1.5%×24h×365d×2000t/h×2元/t=525600元（约53万人民币）。1.5%误差不是大比例，长期的1.5%漏计、错计或多计不是小数目。若流量计普遍出现误差，则成品率会大大降低，带来巨大浪费对于差压流量计，当差压测量选用0.2%精确度差压变送器，流量演算器选用0.2%可以得到±2.5%的系统精度。在使用1.5%精度的差压计的发展阶段，一般公认其范围度只能达到3：1，但有不少研究者认为可以做到10：1。
平衡流量计可以经过实流标定使传感器精度可达±0.30%、±0.50%。同时其常规测量量程比为10：1。
3.解决气体积液问题
用来测量压缩空气等气体流量的较大口径孔板流量计，孔板前常有积水，要影响测量准确度。解决节流件前积水的常用方法是将节流装置安装在垂直工艺管上，或改用圈缺孔板或偏心孔板。
而平衡流量计因其本身多孔的结构特点可以根本解决节流件前积水的问题，而又因为这是其固有的特点而无需特制或特别处理，所以不会对测量造成任何不确定性。
4.解决液体含杂质问题
当流体中杂质含量较高，标准节流装置易因固形物沉积和对锐缘的磨损而失准，因而常采用契型节流件。
而平衡流量计因其多孔的特点可以解决固形物的沉积；因其平衡（无锐缘）的特点可以解决锐缘磨损现象。较好地解决了液体含杂质的问题。
5.减少永久压力损失及液态气体测量应用
流量计的运行成本包括测量精度成本和介质输送成本，测量精度成本是因计量不准确造成的贸易结算损失，对于贵重介质而言，精度成本十分重要；介质的输送成本是介质输送过程消耗的能量，主要由测量元件造成的永久压力损失为标志，就液体、气体和蒸汽等介质而言，运行成本是一笔很大的开支（泵和压缩机所消耗的电能），它容易被忽略，因为它不在一次投资里体现，但在动态投资里远远超过仪表的一次投资。例如：一台DN200的孔板测蒸汽，若差压值为50kPa，永久压损为30kPa，单表运行能耗约为2万元/年；平衡流量计永久压力损失约为10kPa，运行能耗约为7000元/年，相对节能60%~70%。
平衡流量计宝贵之处：在保存测量差压的情况下能大大降低压损，在确保稳定测量的前提下降低能耗。
而对于液氨流量测量时应尽量避免出现两相流。然而接近气液平衡状态的液氨，在流过流量计时，如果压损过大，则很容易引起部分汽化，影响测量精度。为了避免液氨流量测量时出现汽化现象，选用压力损失较小的仪表将非常关键。多孔平衡节流装置的设计原型，就是缘于美国国家航空航天局NASA）下属马歇尔航空飞行中心（NASA-MSFC）针对航天飞机的主发动机液氧测量而设计发明的流量计，近来越来越常用于液氨、液氧等对压损敏感的液态气体测量领域，可见其在该领域的应用本来就是其强项
以下是一张平衡节流装置和其他差压式流量计性能的比较表。
表1 平衡节流装置与其他差压式流量计性能对比表
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平衡节流件孔板喷咀文丘里
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平衡节流件
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孔板
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喷嘴
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文丘里
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节流原理
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平衡节流
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边缘节流
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边缘节流
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缩管节流
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测量介质
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气体、液体、蒸汽
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气体、液体、蒸汽
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气体、液体、蒸汽
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气体、液体、蒸汽
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管径范围
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15~3000mm
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50~1000mm
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50~500mm
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50~1200mm
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直管段要求
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前0.5后0.5D
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前20D后5D
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前10D后5D
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前10D后5D
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精度等级
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0.3%~0.5%
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1%2%
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1%2%
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1%-2%
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长期稳定性
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最好
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差
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中
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好
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量程比
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>10：1
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10：1
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10：1
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10：1
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压力损失
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10%30%差压
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50%~70%差压
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50%-70%差压
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10%-30%差压
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耐脏防堵性能
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好
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差
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差
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好
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双向测量
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能
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有可能
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不能
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不能
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雷诺数范围
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200~10000000
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>8000
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>20000
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>80000
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并联冗余取压
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可以，很好
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可以，很好
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可以，很好
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可以，很好
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高流速测量
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好
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差
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好
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好
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低流速测量
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好
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差
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差
|
差
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体积
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中
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小
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中
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很大
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价格
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中
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很低
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中
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高
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使用寿命
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很长
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短
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中
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长
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6供货商必须负责核对用户要求的管道内、外径和管道材质平衡流量计可与直管段一起供货但尺寸仍较小，例如：对于常用的管道式DN100（ANSI-150RF-4”）连接的平衡节流带直管段的元件的尺寸A=290mm。对于对夹式的连接可以满足到0.5D的直管要求。
由于平衡流量计严格计算，保证一定精度。在平衡流量计样本中，供货商给出的管道壁厚为英制SCH标准，在实际工程设计中有管道不符合该标准（如常用的钢管Φ57×3.5）。而不同公称直径和材质所选用的SCH又不同。故在工程中可能会出现供货商与用户的管道内外径出现偏差，严重的影响精度。所以供货商必须负责核对用户要求的管道内外径和管道材质并将外形尺寸返回给用户
小结
鉴于该节流装置的诸多优势，因而其很有望成为新一代的节能型的节流装置。但其推广之路还很长，虽已取得国外专利但还未进入国家标准范围的问题还有待解决。让我们拭目以待其原来应用于航天的技术在仪表界的升空。
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