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1、2023/1/14,1,流量测量方法及使用问题,2023/1/14,2,流量仪表的发展现状,单相流体：气体，液体中等管径：6mm-300mm（500mm）常温常压：-20300定常流动多相流、特大特小管径、高温高压、脉动流、腐蚀性流体等都存在困难。,2023/1/14,3,流量仪表的应用,在商品贸易结算中的应用在工业过程控制中的应用民用中的应用,2023/1/14,4,贸易结算对流量仪表的要求,测量精确度要求测量范围度要求下限流量计费功能要求零流量判断功能要求超计划使用计费功能要求分时段计费功能要求掉电记录功能要求,2023/1/14,5,过程控制对流量仪表的要求,可靠性要求含故障诊断稳定性要
2、求时间稳定性、温度稳定性响应时间抗干扰能力要求抗振动、抗射频输出信号多样性模拟、频率、数字输出信号隔离精确度和范围度要求,2023/1/14,6,民用流量仪表的要求,可靠性要求：不容易坏价格要求：便宜范围度要求：50100,2023/1/14,7,钢铁行业流量测量的特点,大量燃料在各种炉窑内燃烧，助燃空气，吹氧，产生煤气测量对象：助燃气体、煤气、烟道气等流量对象特点：压力低、流速低、密度低，大口径；煤气含水、含尘、含焦油；测量难度较大厂用水流量特点：测量结果用于监视与控制，口径大；精确度要求不高，要求稳定可靠要求：仪表适应能力强，不能因凝水、灰尘发生故障,2023/1/14,8,电力行业流量测
3、量的特点,火电厂和热电厂，高温高压蒸汽和大口径蒸汽管网与发电有关的蒸汽流量测量：高温，高压，流量变化小，节流式流量计。供热管网中的蒸汽流量测量：温度、压力较低，传统节流式，涡街流量计。电厂其它流量测量：给水流量、凝结水流量、减温水流量、送风引风流量、磨煤机进风流量等；精确度要求不高，要求稳定可靠。,2023/1/14,9,石油化工行业流量测量的特点,市场需求量大、品种要求多、介质多样性、流量范围广测量对象：蒸汽、空气、煤气、化工成品和半成品、以及渣油、液氨、液态烃等难测流体行业特点：资金实力雄厚，流量计高端产品的市场对仪表要求：除贸易结算和过程控制的一般要求外 1、防爆要求，即使流体非易燃易爆
4、物质，区域属易燃易爆场所 2、抗腐蚀性要求，考虑腐蚀性介质和腐蚀性场所,2023/1/14,10,石油储运行业流量测量的特点,市场需求量大、主要为成品油、用于油库和加油站测量对象：汽油、煤油、柴油、润滑油、航空汽油仪表特点与要求：1、被测介质昂贵，对仪表精确度要求高，0.2%0.5%2、防爆要求，流体为易燃易爆物质，还应有防静电接地装置3、计量显示便于观察，有的还应有单价和总价4、批量供应、读卡设备等,2023/1/14,11,供水行业流量测量的应用特点,水表市场需求量最大，介质为原水和自来水测量对象：原水和自来水仪表特点与要求：1、用于贸易结算，对仪表精确度要求高，0.5%R 2%R2、原水
5、和自来水主管道的口径大，要求仪表流动阻力小3、测量范围度要求高，100：1（家庭为间歇使用）4、使用环境恶劣，常被安装在地下或仪表井中，易被水淹没5、原水洁净程度较差，压力、流速较低选型意见：一般贸易结算的大口径用电磁流量计，家用小口径表用旋翼式水表,2023/1/14,12,天然气行业流量测量的特点,天然气在能源结构中的比重逐步上升，发达国家已达30%40%，国标GB/T18603-2001“天然气计量系统技术要求”1、防爆要求，流体易燃易爆2、不中断供气要求，旁通或并联双路计量，应有检漏装置3、使用工况多样性，气井流体脏污，压力差异大，终端用户处压力很低4、天然气压缩因子，偏离理想气体定律
6、而引入的修正系数5、天然气组分变化引起介质密度，压缩因子变化，影响测量准确度6、天然气计量结果输出：标准体积流量、质量流量和能量流量7、用于贸易结算，对仪表精确度要求高8、实流校准，天然气主干线流量计为高压、大口径，应定期校准,2023/1/14,13,一次能源的消费变化特点,2023/1/14,14,天然气计量系统配套仪表准确度要求,2023/1/14,15,西气东输,西气东输管道工程基本概况 西气东输工程干线西起新疆轮台县的轮南首站，东达上海市白鹤末站，管道自西向东途径新疆、甘肃、宁夏、陕西、山西、河南、安徽、江苏和上海9个省（区）市，线路全长约3900公里。其中轮南靖边段线路长约2363
7、公里，靖边上海段线路长约1537公里。设计输量120亿立方米/年，设计压力10.0MPa,管径为1016mm。全线采用带减阻内途层的X70管道输送用管。管道穿跨越长江1次、黄河3次、淮河1次，其他大型河流8次，建设陆上隧道21条，其中新疆2条（574米），靖边临汾13条（3862米），临汾郑州6条（3541米）。全线共设工艺站场35座，线路截断阀室137座，其中压气站10座（燃驱压气站6座，电驱压气站4座）。各压气站和分输站按有人值守无人操作设计，工艺站场可实现远控、站控和就地控制三种运行管理方式；采用SCADA系统(Supervisory Control and Data Acquisiti
8、on)进行远程数据采集和监控，所有线路阀室均按远控阀室设计。通信系统采用卫星为主用通信，管道全线同沟敷设硅管，以便为将来管道沿线的通信发展提供光缆通道。为满足西气东输计量标定的需要，在南京附近选择合适地点设一座计量标定站。西气东输管道分公司和调度控制中心设在上海，后备调控中心设在北京。全线共设5个操作区，负责全线（包括支线）的运行管理。,2023/1/14,16,西气东输管线图,2023/1/14,17,西气东输计量仪表,2023/1/14,18,企业能源计量的要求,2023/1/14,19,解决得比较好的流量测量问题,1、单相介质，尤其是单相液体2、介质温度压力较低3、管径适中，不太大不太小
9、4、无相变、无脉动,2023/1/14,20,几种典型流体的流量测量问题,1、蒸汽流量的测量2、气体流量的测量3、液体流量的测量4、微小流量的测量5、大流量测量6、腐蚀性介质的流量测量7、多相流体的流量测量8、脉动流量测量,2023/1/14,21,蒸汽流量的测量,重要的二次能源公平贸易、节约能源、提高企业效益仪表选用：节流式差压流量计涡街流量计少量均速管流量计、超声流量计等,2023/1/14,22,差压流量公式,2023/1/14,23,线性孔板,2023/1/14,24,单位：吨/小时,涡街流量公式,2023/1/14,25,蒸汽密度的求取方法温度压力测量口位置的合理选择饱和蒸汽的补偿方
10、案（T、P）引压管液柱高度的影响涡街与差压性能比较蒸汽相变对流量测量的影响,蒸汽流量测量中的问题,2023/1/14,26,蒸汽密度的求取方法,用数学模型求取蒸汽密度一次函数，指数函数，状态方程计算机查表法蒸汽状态的判别，查表的T、P优先权,2023/1/14,27,涡街与差压性能比较,2023/1/14,28,气体流量的测量,压缩空气、煤气、天然气等仪表选用：节流式差压流量计涡街流量计旋进旋涡流量计气体超声流量计气体涡轮、气体腰轮膜式燃气表等,2023/1/14,29,压缩空气,压缩空气为企业中重要的二次能源由空压机或风机产生化工等生产过程的氧化，锅炉窑炉的助燃等流量测量特点：振动大，脉动流
11、，气体带水仪表选型：浮子流量计、节流式、涡街、均速管等,2023/1/14,30,煤气,化工产品的原料和居民燃料在煤气生产、输送过程中有大量煤气表煤气测量特点：流速低、压力低、湿度高；气体可能带水、含油；易燃易爆；流量大小变化悬殊。仪表选型：节流式、均速管为主用于主管道，膜式煤气表用于小口径管道。,2023/1/14,31,天然气,化工产品的原料和居民燃料天然气测量特点：气井流体脏污，压力差异大，终端用户处压力很低，流量大小变化悬殊；易燃易爆。要求多种输出：标准体积流量、质量流量和能量流量仪表选型：孔板、涡轮、涡街、超声以及转子型的容积式流量计；膜式煤气表用于小口径管道。,2023/1/14,
12、32,液体流量的测量,水、油类、高饱和蒸汽压液体等仪表选用：电磁流量计涡轮流量计、节流式差压流量计涡街流量计、旋进旋涡流量计超声流量计容积式流量计旋翼式水表等,2023/1/14,33,水,自来水：清洁，测量比较简单原水：往往含沙，易堵塞取压孔等去离子水：电导率很低污水：脏污，有腐蚀性仪表选型：电磁流量计、涡轮流量计、旋翼式水表等有较多应用,2023/1/14,34,油类,中低粘度油品：煤油、柴油，温度不高，流体洁净，对测量无苛刻要求；高粘度油品：原油、重油、渣油，温度高，杂质多，测量前需处理；仪表选型：容积式流量计为主体，楔形流量计等节流式、超声、哥氏力等流量计均有使用,2023/1/14,
13、35,科里奥利质量流量计的应用,零位漂移问题-固定值，在流量下限，零漂的影响会变得很大；压力损失问题-压力损失较大，大致与容积式流量计相当；状态参数和物性参数对CMF的影响 CMF对流体介质的适应性问题 振动和干扰对CMF的影响,2023/1/14,36,高饱和蒸汽压液体,液氨、乙烯、丙烯、氯乙烯等饱和蒸汽压高，如液氨，在标准大气压下，沸点为-33.4容易因仪表压损而在出口产生气穴和气蚀流体易燃易爆、有腐蚀性流体密度的温度系数较大,2023/1/14,37,微小流量的测量,1、流动非常缓慢的流量测量2、流通管道非常微小的流量测量仪表选用：差压式流量计内置孔板浮子流量计微小口径热式流量计热分布型
14、容积式流量计层流流量计,2023/1/14,38,内置孔板,标准孔板测量小流量的3个限制Re下限限制（变化），管径限制，差压太小传感器与变送器合为一体标准节流装置与差压变送器分开内置孔板的管径较小，一般为1020mm标准节流装置的口径在50mm以上保证测量精确度的手段，实流标定后水1级，空气1.5级,2023/1/14,39,小口径浮子,最小口径能做到1.54mm 适用于测量低流速小流量 满度流量的流速只在0.20.6 m/s之间 流量范围可低达0.33L/h(水)550L/h(空气)测量精确度2.5%5%(只适用流量监视),2023/1/14,40,容积式和热式流量计,容积式小口径流量计，测
15、量精度较高；测量范围可低达0.110L/h（燃油）；热分布式热式质量流量计用于测量气体微小流量；,2023/1/14,41,层流流量计,测量微小流量和高粘流体的流量输出差压信号与流量成正比体积流量d为管径，l为细管长细管长l较短时，应作动能修正低粘度流体可用小管制造层流，高粘度流体可直接用作层流流量计,2023/1/14,42,微小流量测量的特点,可用仪表较多，表前安装过滤器标定容易对压损一般无要求各种仪表比较：浮子价廉，要求介质洁净、透明；内置孔板对介质要求较低，牢固可靠；热式质量流量计可测下限小；容积式流量计适用于高黏度流体，精度较高。,2023/1/14,43,大流量测量,液体大流量测量
16、：河流、大型水渠、工厂排水管、水力发电厂的水压管、火电厂的循环水管和直径1m以上的的各种管内液体流量测量气体大流量测量：大型锅炉烟道、大型排烟脱硫装置的烟气流量、大直径气体和空气管道流量、大气污染监测设备所需的流量测定,2023/1/14,44,河流流量测量,速度-面积法平均流速公式法R为水力半径=A/x，为水面坡度角，r、n为粗糙度系数,r=0.06-1.75，n=0.012-0.18查表确定水位-流量曲线法,2023/1/14,45,河流速度面积法,实线和虚线分别为水深测线和流速测线,2023/1/14,46,河流流速分布,2023/1/14,47,局部流速测量,叶轮式流速计螺旋桨式流速计
17、，杯形转子式流速计垂直线上平均流速u的测量二点法 精度高一点法 简单，精度较低,2023/1/14,48,其它液体大流量测量,明渠流量测量三角缺口薄壁堰，矩形缺口薄壁堰，等宽堰文丘里槽，P槽，PB槽大口径管路液体流量测量大口径电磁流量计，超声流量计，插入式流量计插入式流量计插入式涡轮，插入式涡街，插入式电磁，均速管,2023/1/14,49,气体大流量测量,特点口径大，直管段难以保证压力低、流速低，允许压力损失小组分变化，可能含尘、含液插入式流量计插入式涡轮，插入式涡街，均速管流量计，威力巴流量计多点热式流量计,2023/1/14,50,高温流体流量测量,高温流体常见于电力工业、冶金工业、石化
18、工业等设备中最适合的流量仪表为差压式流量计液态钠等液态金属的流量测量可用直流激磁的电磁流量计,2023/1/14,51,测量高温的差压式流量计,2023/1/14,52,低温流体流量测量,大气压下沸点-50的流体，如液化天然气、液氢、液氮低温下材料性能变化：拉伸强度上升，延展性和冲击值下降低温仪表选择：差压式、涡轮流量计、涡街流量计,2023/1/14,53,部分低温流体的溶点和沸点,2023/1/14,54,脉动流量测量,原因：旋转式或往复式原动机、压气机、鼓风机和泵等机械，容积式流量计方法：用响应快的流量计，无机械惯性将脉动衰减到足够小对脉动状态下测得的量值进行误差校正,2023/1/14
19、,55,生物体内流量测量方法,血液流量和呼吸流量粘度：血液粘度约为水的3倍脉动流，层流状态首选仪表：电磁流量计：管形、血管外测量式、插入式超声流量计：定性型、定量非定向、定量定向呼吸流量计：湿式、钟罩式、涡轮式、浮子式等,2023/1/14,56,血流脉动波形,2023/1/14,57,腐蚀性介质的流量测量,防腐措施隔离措施,2023/1/14,58,2023/1/14,59,2023/1/14,60,多相流体的流量测量,气液两相流饱和蒸汽，石油天然气气固两相流气流干燥，煤粉、水泥气力输送液固两相流矿浆、泥浆、纸浆，灰渣水力输送液液两相流油水两相流油气水多相流,2023/1/14,61,气液两
20、相流流型,2023/1/14,62,2023/1/14,63,2023/1/14,64,气液两相流的流量测量,变液位流量计-气液分离测量差压式流量计-孔板、文丘里等+计算式科里奥利质量流量计-流量+密度弯管流量计电磁流量计可用于含少量微小气泡超声流量计相关流量计,2023/1/14,65,变液位流量计固定储液器,2023/1/14,66,变液位流量计-可动储液器,2023/1/14,67,差压式流量计-已知质量相含率,2023/1/14,68,差压式流量计-未知质量相含率,单孔板孔板前后布置两对差压取压口孔板与文丘里组合孔板与椭圆齿轮组合两个孔板中间加节流阀,2023/1/14,69,弯管流量
21、计,为气相容积含率，P1、P2为内外侧压力,2023/1/14,70,气液两相流密度,气液两相流测量要用到气液两相流密度气相含率与气液两相流密度的关系,2023/1/14,71,多相流体的流量测量,2023/1/14,72,2023/1/14,73,流量公式,2023/1/14,74,计算方法,流量实验时：已知：求流量公式，确定作为仪表测量时：已知差压测量值：求：混相密度求：流量,2023/1/14,75,2023/1/14,76,流量仪表的选用,初步方案的确定性能要求和仪表规范方面的考虑流体特性方面的考虑安装条件方面的考虑环境条件方面的考虑经济方面的考虑,2023/1/14,77,2023/
22、1/14,78,性能要求和仪表规范方面的考虑,测量流量还是总量精确度、重复性、线性度上限流量、流量范围和范围度压力损失输出信号特性响应时间,2023/1/14,79,2023/1/14,80,流体特性方面的考虑,介质温度和压力流体密度、粘度和润滑性化学腐蚀性能和结垢压缩系数和其它热、电物性多相和多组分流体,2023/1/14,81,安装条件方面的考虑,管道布置方向流动方向上游和下游管道工程管径阀门位置、维护空间和防护性配件管道振动脉动流和非定常流,2023/1/14,82,2023/1/14,83,环境条件方面的考虑,环境温度环境湿度防爆安全性电气干扰,2023/1/14,84,2023/1/14,85,经济成本方面的考虑,安装费用运行费用校验费用维护费用备件费用及其可购置性,2023/1/14,86,2023/1/14,87,
