摘 要 针对高粘度介质、浆料、脏污流及双向流等传统流量计难以准确测量的流体工况，提出了楔式 流量计的选型解决方案。介绍了孔板流量计的测量原理、结构特点、主要技术参数和设计选型，并说明 了仪表的安装要求。

在石油、化工行业的工艺流程检测过程中，有时会遇到原油、黑水及浆液等介质流量测量问题， 这类介质具有粘度大、易结晶及固体颗粒易磨损 等特点，导致传统的孔板流量计、靶式流量计等不 仅测量精度低、安装维护工作量大，而且很难保证 仪表的长期稳定运行。针对上述问题，一种新型 差压式流量测量仪表———孔板流量计应运而生， 并在业内得到了广泛应用［1］。

1 测量原理

        孔板流量计的测量原理是基于伯努利方程 ( 能量守恒和连续性方程) 的。通过在管段中设 置一个 V 形楔块节流件，当流体流经此楔块时， 流通面积减小、流速增大，在楔块前后产生一个静 压差，该压差的开方与质量流量或体积流量成正 比，从而实现流量的测量。测量管的流量系数与 楔块比( H/D) 相关，即流量测量范围可通过 H/D 来调整［2］。 工程设计中不同介质的常用流量计算式如 下:

        K ———流量系数;
        pf ———流体绝对压力; Qm ———质量流量; Qv ———体积流量; SGs ———气体在标况下的比重; α ———测量管的热膨胀系数; Δp———压差; ρf ———流体密度。

2 流量计结构 
        孔板流量计( 图1) 主要由测量管和流量差压 变送器组成。

 

        按照测量管与工艺管道的连接方式，楔式流 量计可分为对夹式、螺纹式、对焊式和法兰式连接 结构形式。对夹式和螺纹式适用于管道口径为 1/2 ～3″( 1 英寸 = 25． 4mm) 、压力等级不大于 CL300 的低压管线; 对焊式适用于管道口径为1/2 ～48″、压力等级为 CL900 或更高的管线;法兰 式适用于管道口径为1/2 ～ 48″、压力等级为 CL900 或更高的管线。

        按照测量管取压方式的不同，孔板流量计又 可分为螺纹取压、法兰远传式( 隔膜密封式) 取压 和化学 T 取压。螺纹取压适用于测量气体、蒸汽 或洁净液体，通常采用1/2″NPT( F) 配合终端接头 与变送器测压管线进行连接。法兰远传式取压适 用于测量容易堵塞的浆料、脏物流和强腐蚀性介 质。此外，对于有毒有害介质的测量和介质温度 超过传统变送器可直接接触温度限定值的情况， 亦可采用法兰远传式进行取压测量。化学 T 取压 适用于测量容易堵塞的浆料和易结晶介质，该方 式与法兰远传式相比，具有更大的取压口，且没有 突出段取压短管，取压法兰安装后膜片基本能与 测量管内径平齐，不容易引发堵塞，但需要注意的 是，该方式只适用于压力等级为 CL300 以下的管 线。另外，变送器一体式和自带温度补偿的仪表， 可以减小不必要的安装误差，现场使用方便，但需 要注意安装空间。

3 特点与主要技术参数

        孔板流量计测量原理简单，可满足大多数流 体的测量要求，且使用范围广。除了可以应用于 一般的气体、液体和蒸汽测量外，还特别适用于高 粘度、高腐蚀性、易结晶、含悬浮颗粒的液体和含 尘量高的气体的流量测量。孔板流量计管径范围 1/2 ～48″;压力等级可达 CL900 或更高;雷诺数最 低可达300，最高可达 106; 粘度最高可达3Pa·s， 且不会影响孔板流量计的测量精度; 量程比可达 10∶ 1;所测介质的最低流速可达0． 01m/s［3］。

        孔板流量计的节流元件呈倒等腰三角形，使 用时具有导流作用，使流体能够圆滑过渡［4］。与 孔板相比，孔板流量计没有锐角要求，所以其压损 更小，更加节能。常用的节流装置的压损对比如 图2 所示。孔板流量计的测量元件无可动部件和 易损部件，使用过程中几乎可以免维护。在选型 时还可要求楔块或测量管内壁整体带耐磨涂层， 如在煤浆气化工艺和渣水处理工段中，采用碳化 钨喷涂进行表面硬化处理后可以更好地抵抗黑 水、灰水等含硬质颗粒流体的冲击。

        孔板流量计的楔块焊接于测量管顶部，倒三 角结构使得测量介质中的固体杂质在节流件处很 容易地就从节流件下部流过，而不会附着在节流件上侧，即具备了自清洁功能。 几家主流孔板流量计厂家的技术资料( 表1) 显示，经过现场实流标定后的仪表测量精度较高， 重复性可达 ±0． 2%，满足工艺过程的测量与控制 要求。

 

        孔板流量计节流元件的流量系数对管道内流 体速度分布不敏感，相比于大部分的差压式和速 度式流量仪表，孔板流量计具备更小的前后支管 段要求，最小可达前5D 后2D，这使得孔板流量计 具备更强的安装适应性。

4 设计选型

        孔板流量计的选型计算通常由业主或设计院 提供工艺参数，再由仪表厂家使用各自的计算软 件完成选型计算。选型计算时所需确定的主要工 艺数据有工艺介质、工艺管道材料、管道口径、流 量范围、操作压力及操作温度等。

        孔板流量计的口径和压力等级通常与连接处 的工艺管线一致。根据不同的工况要求，应选择 合适的过程连接与取压方式。流量计本体和楔块 的材料应根据工艺介质进行选用，不能低于管道 等级表的要求，并考虑腐蚀、磨损等特殊工况下的 选材特点。对于法兰远传式取压，还需注意介质 的温度，对于高温介质的测量，毛细管填充液应选 用可耐受高温的介质。

        楔块比 H/D 的选用需保证计算得到的差压 量程分别为 6、 10、 16、 25、 40、 50kPa，在满足测量 要求的前提下，对于液体介质的测量，量程应首选25kPa ［5， 6］
。计算结果应满足孔板流量计对最低 雷诺数的要求，以保证在流量范围内流量系数是 线性的、稳定的。

孔板流量计的精度应满足工艺测量要求，通 常要求标定后精度为 ± 0． 5% FS，重复性为 ±0． 2%，在相应的雷诺数范围内量程比应达到 10∶ 1。流量计的标定可采用特定介质由独立的 NIST 认证实验室来完成，或者进行现场实流标定 以达到测量精度要求。

5 仪表的安装

        孔板流量计可采用水平或垂直安装的方式。 水平安装时，对于液体或蒸汽介质， V 形节流件宜 安装在与管道水平中心线垂直方向，即取压口与 管道水平中心线平行，以免测量介质内的气泡进 入取压口影响测量精度，或者采取必要的排气措 施;对于气体介质，可将取压口朝上安装。垂直安 装时，由于存在轻微静压差，因此使用之前应注意 变送器的调零。 为了保证测量的准确性，流体在经过节流件 之前需处于稳定的层流状态，因此需要保证 V 形 节流件前后具备一定的直管段，最小直管段要求 可以参照各仪表厂家的样本执行。 对于粘稠或易结晶介质的测量，如果选用法 兰远传式取压，为了便于仪表的现场维护，宜在法 兰连接处增加冲洗管线以便及时对测量管路进行
清洗，或者采用插入式法兰进行取压以避免取压 口堵塞导致无法准确测量。

6 结束语
        随着化工行业的蓬勃发展，孔板流量计作为 一种非标节流装置，已经越来越多地被应用在燃 料油、污水及重油等高粘度、高固体含量、腐蚀性 介质的流量测量中，并得到了较好的用户反馈。 笔者对该流量计的技术特点进行了总结，梳理了 设计选型的注意事项，并对仪表的安装使用提出 了建议，以供同行参考。