[科普中国]-孔板流量计

基本信息介绍

孔板流量计是将标准孔板与多参量差压变送器（或差压变送、温度变送器及压力变送器）配套组成的高量程比差压流量装置，可测量气体、蒸汽、液体及天然气的流量。2

应用广泛应用于石油、化工、冶金、电力、供热、供水等领域的过程控制和测量。孔板流量计被广泛适用于煤炭、化工、交通、建筑、轻纺、食品、医药、农业、环境保护及人民日常生活等国民经济各个领域，是发展工农业生产，节约能源，改进产品质量，提高经济效益和管理水平的重要工具在国民经济中占有重要的地位。在过程自动化仪表与装置中，流量仪表有两大功用：作为过程自动化控制系统的检测仪表和测量物料数量的总量表。3

校验检测该流量计应用领域比较广泛，所有的单相流速都可以测量，一部分混相流也可以使用该产品。因为两相流而不能准确计量，甚至有可能发生水锤现象，损坏管件。若使用环形孔板，冷凝水可以从环形孔板的边沿流走，最小流通面是紧贴管内壁的圆环，而标准孔板最小流通面是处于管中心的同心圆。流体中的杂质流速较低，一般是紧贴着管壁边流动，节流装置新品种的不断出现并获得推广应用，与节流装置相配套的差压变送器及显示仪表在性能和质量方面发展迅速。

孔板流量计本应是尖锐直角的入口边缘却变成了喇叭口，改变了流出系数，产生了较大误差，不得不更换。可见，测量高温流体的流量，本产品是最佳选择。2

设计风格流体流经管道内的节流装置，在节流件附近造成局部收缩，流速增加，在其上、下游两侧产生静压力差。

孔板流量计的节流装置结构简单，且牢固、性能稳定可靠，使用期限长，价格较低，是工业中常用到的流量测量仪表，整个加工过程采用国际标准，并经过严格的校验检测。

孔板流量计使流速增加，静压力低，于是在节流件前后便产生了压力降，即压差，介质流动的流量越大，在节流件前后产生的压差就越大，所以孔板流量计可以通过测量压差来衡量流体流量的大小。这种测量方法是以能量守衡定律和流动连续性定律为基准的。

孔板流量计可测量管道中各种流体的流量，可测量的介质有液体、气体、蒸汽，被广泛应用于石油、化工、冶金、轻工、煤矿等工业部门。

孔板流量计前后产生一个静压力差,该压力差与流量存在着一定的函数关系，流量越大，压力差就越大，差压信号传送给差压变送器，转换成4-20ma.DC模拟信号输出，远转给流量积算仪，实现流体流量的计量。质量型流量计，利用智能型差压变送器，对工况温/压进行自动补偿后，实现对流体质量流量的测量、

孔板流量计要送热风，热风炉离高炉一般比较近，且弯头较多。过去曾使用标准孔板，因直管段不够长而误差较大。本仪表因为有均压环和多个取压口，需要2D长的直管段即可。安装在热风炉送风管上之后，应用情况非常满意，已经有三十几座热风炉装上了环形孔板流量计，运行3年多没有故障。4

适用范围1. 公称直径： 15 mm ≤DN≤1200mm孔板式蒸汽流量计

2. 公称压力：PN≤40MPa

3. 工作温度：-50℃≤t≤550℃

4.量程比：1:10， 1:15

5. 精度：0.5级，1级

选型1、管道条件：
（1）节流件前后的直管段必须是直的，不得有肉眼可见的弯曲。
（2）安装节流件用得直管段应该是光滑的，如不光滑，流量系数应乘以粗糙度修正系数。
（3）为保证流体的流动在节流件前1D处形成充分发展的紊流速度分布，而且使这种分布成均匀的轴对称形，所以 1）直管段必须是圆的，而且对节流件前2D范围，其圆度要求其甚为严格，并且有一定的圆度指标。具体衡量方法： （A）节流件前OD，D/2，D，2D4个垂直管截面上，以大至相等的角距离至少分别测量4个管道内径单测值，取平均值D。任意内径单测量值与平均值之差不得超过±0。3% （B）在节流件后，在OD和2D位置用上述方法测得8个内径单测值，任意单测值与D比较，其最大偏差不得超过±2% 2）节流件前后要求一段足够长的直管段，这段足够长的直管段和节流件前的局部阻力件形式有关和直径比β有关，见表1（β=d/D, d为孔板开孔直径，D为管道内径）。
（4）节流件上游侧第一阻力件和第二阻力件之间的直管段长度可按第二阻力件的形式和β=0。7（不论实际β值是多少）取表一所列数值的1/2
（5）节流件上游侧为敞开空间或直径≥2D大容器时，则敞开空间或大容器与节流件之间的直管长不得小于30D（15D）若节流件和敞开空间或大容器之间尚有其它局部阻力件时，则除在节流件与局部阻力件之间设有附合表1上规定的最小直管段长1外，从敞开空间到节流件之间的直管段总长也不得小于30D（15D）。
节流件上下游侧的最小直管段长度表1
节流件上游侧局部阴力件形式和最小直管段长度L
注：1、上表只对标准节流装置而言，对特殊节流装置可供参考
2、列数系为管内径D 的倍数。
3、上表括号外的数字为“附加相对极限误差为零”的数值，括号内的数字为“附加相对极限误差为±0.5%”的数值。即直管段长度中有一个采用括号内的数值时，流量测量的极限相对误差τQ/Q。应再算术相加0.5%亦即（τQ/Q+0.5）%
4、若实际直管段长度大于括号内数值，而小于括号外的数值时，需按“附加极限相对误差为0.5%”处理。
（1）直流件安装在管道中，其前端面必须与管道轴线垂直，允许的最大不垂直度不得超过±1°。
（2）节流件安装在管道中后，其开孔必须与管道同心，其允许的最大不同心度ε不得超过下列公式计算结果:ε≤0.015D（1/β-1）。
（3）所有垫片不能用太厚的材料，最好不超过0.5mm，垫片不能突出管壁内否则可能引起很大的测量误差。
（4）凡是调节流量用的阀门，应装在节流件后最小值管段长度以外
（5）节流装置在工艺管道上的安装，必须在管道清洗吹扫后进行。
（6）在水平或倾斜管道安装的节流装置的取压方式。
1）被测流体为液体时，为防止气泡进工艺管道 入到牙关，取压扣应处于工艺管道 中心线下偏≤45°的位置上正负取 αα α11

优缺点一、优点
1、标准节流件是全用的，并得到了国际标准组织的认可，无需实流校准，即可投用，在流量传感器中也是唯一的；
2、结构易于复制，简单、牢固、性能稳定可靠、价格低廉；
3、应用范围广，包括全部单相流体(液、气、蒸汽)、部分混相流，一般生产过程的管径、工作状态(温度、压力)皆可以测量；
4、检测件和差压显示仪表可分开不同厂家生产，便于专业化规模生产。
二、缺点
1、测量的重复性、精确度在流量传感器中属于中等水平，由于众多因素的影响错综复杂，精确度难于提高；
2、范围度窄，由于流量系数与雷诺数有关,一般范围度仅3∶1～4∶1；
3、有较长的直管段长度要求，一般难于满足。尤其对较大管径，问题更加突出；
4、压力损失大；
5、孔板以内孔锐角线来保证精度，因此传感器对腐蚀、磨损、结垢、脏污敏感，长期使用精度难以保证，需每年拆下强检一次；
6、采用法兰连接，易产生跑、冒、滴、漏问题，大大增加了维护工作量。2

仪器介绍工作原理在已知有关参数的条件下，根据流动连续性原理和伯努利方程可以推导出差压与流量之间的关系而求得流量。其基本公式如下：

c－流出系数 无量纲

d－工作条件下节流件的节流孔或喉部直径

D－工作条件下上游管道内径

qm－质量流量 Kg/s

qv－体积流量 m3/s

d/D－直径比 无量纲

流体的密度Kg/m3

可膨胀性系数 无量纲

孔板流量计结构节流件：标准孔板、标准喷嘴、长径喷嘴、1/4圆孔板、双重孔板、偏心孔板、圆缺孔板、锥形入口孔板等 取压装置：环室、取压法兰、夹持环、导压管等 连接法兰(国家标准、各种标准及其它设计部门的法兰) 、紧固件。 测量管。

孔板流量计的安装要求：对直管段的要求一般是是前10D后5D，因此在选购孔板流量计时一定要根据流量计的现场工矿情况来选择适合现场工矿的流量计。

充满管道的流体，当它们流经管道内的节流装置时，流束将在节流装置的节流件处形成局部收缩，从而使流速增加。2

孔板流量▲节流装置结构易于复制，简单、牢固，性能稳定可靠，使用期限长，价格低廉。

▲孔板计算采用国际标准与加工

▲应用范围广，全部单相流皆可测量，部分混相流亦可应用。

▲标准型节流装置无须实流校准，即可投用。

▲一体型孔板安装更简单，无须引压管，可直接接差压变送器和压力变送器。智能型特点

▲采用进口单晶硅智能差压传感器

▲高精度，完善的自诊断功能

▲智能孔板流量计其量程可自编程调整。

▲可同时显示累计流量、瞬时流量、压力、温度。

▲具有在线、动态全补偿功能外，还具有自诊断、自行设定量程。

▲配有多种通讯接口

▲稳定性高

▲量程范围宽、大于10：1

智能型技术指标▲高精度：±0.075%

▲高稳定性：优于0.1%FS/年

▲高静压：40MPa

▲连续工作5年不需调校

▲可忽略温度、静压影响

▲抗高过压

智能型孔板流量计特点采用进口单晶硅智能差压传感器

高精度，完善的自诊断功能

智能孔板流量计智能孔板流量计其量程可自编程调整。

智能孔板流量计可同时显示累计流量、瞬时流量、压力、温度。

具有在线、动态全补偿功能外，智能孔板流量计还具有自诊断、自行设定量程。

配有多种通讯接口

稳定性高

量程范围宽、大于10：1

所需参数1、管道的口径（管径*壁厚）

2、管道的材质

3、孔板流量计测量的介质

4、被测介质的工作温度

5、被测介质的工作压力（最大压力、最小压力、正常压力）

6、被测介质的工作流量（最大流量、最小流量、正常流量）

7、被测介质的粘度4

注意事项变送器与变送器配套组成的高量程比差压流量装置，可测量气体、蒸汽、液体及天然气的流量。孔板节流装置是标准节流件可不需标定直接依照国家标准生产。

所有的单相流速都可以测量，一部分混相流也可以使用该产品。HNLG型孔板流量计安装简单，更不需要引压管，可以直接连接差压变送器或者压力变送器来进行测量，可以同时显示流体的累计流量、瞬时流量计、压力及温度，并配有多种通讯接口。

当充满管道的流体流经孔板时,将产生局部收缩,流束集中,流速增加,静压力降低,于是在孔板前后产生一个静压力差。

孔板流量计的结构原理在管路上装有一块孔板，孔板两侧接测压管，分别与U型压差计相连接。孔板流量计是利用流体通过锐孔的节流作用，使流速增大，压强减小，造成孔板前后压强差，作为测量的依据。若管路直径为d1，孔板锐孔直径为d0，流体流经孔板后所形成缩脉的直径为d2，流体密度为ρ。在界面I，Ⅱ处即孔板前测压导管处和缩脉处的速度。1

调试1、接上信号线、电源线

2、开启进口、出口阀门，进出口阀门开度要一致

3、打开不锈钢三阀组平衡阀，缓慢开启孔板高低压端的阀门，待流体通过流量计后关闭不锈钢三阀组平衡阀即可。

产品分类孔板流量计自从应用在工业领域之后，其应用范围不断扩大，原有的产品规格和标准无法更好的适应变化迅速的工业机械的发展，故而孔板流量计的生产研究人员根据各行业的需求开发出了两种可以适应其需求的孔板流量计，主要包括一体化孔板流量计和智能型孔板流量计两种。

两者的区别在于：

1、一体化孔板流量计是测量流量的差压发生装置，配合各种差压计或差压变送器可测量管道中各种流体的流量，孔板流量计节流装置包括环室孔板，喷嘴等。

2、智能型孔板流量计是集流量、温度、压力检测功能于一体，并能进行温度、压力自动补偿的新一代流量计，该孔板流量计采用先进的微机技术与微功耗新技术，功能强，结构紧凑，操作简单，使用方便。2

分类标准孔板标准孔板是一类规格最多的标准节流装置，广泛应用于各种流体特别是气体流量测量中，孔板的结构因压力、通径、取压方式的不同而不同。
标准孔板按常用取压方式可分为角接取压、法兰取压、径距取压三种类型。

圆缺孔板取压方式：法兰取压

偏心孔板取压方式：角接取压

偏心孔板和圆缺孔板只适于安装在水平或倾斜管道上，不能在垂直管道上使用。如被测流体中含有固体颗粒时，开口或缺口应置于下方；如液体中有气体析出时，开口或缺口应置于上方；取压口处在圆缺口或偏心开孔和管道相切点的对面。

内藏孔板这一类孔板是将孔板与测量管做成一体，一般用于小管径（DN≤50mm），所以又称小管径孔板。
特点：
（1）、结构紧凑，牢固耐用，工作可靠。
（2）、可以测小流量，现场安装方便。
（3）、要求配制一段直管段（前5D、后2D 需精密加工）。
使用条件：
（1）、公称通径：15-50mm
（2）、公称压力：≤6.3MPa
（3）、精确度（不确定度）：2.5%

限流孔板用于流体输送过程的降压、限流。利用节流件的压力损失的特点，来达到降压、限流的目的。
特点：结构简单、耐用、工作可靠。
不需要测量差压。

环形孔板环形孔板适用于各种流体（气体、蒸汽、液体）介质，它除了具有标准孔板的结构简单、牢固、安装使用方便等特点以外，还具有以下优点：
1、更适合测量饱和蒸汽、过热蒸汽以及煤气、冷却水等脏污流体。
2、更容易适应高温、高压流体的流量测量。
3、比圆缺孔板、偏心孔板工作更可靠，测量更精确。
4、以较低的成本制成耐腐蚀型，测量腐蚀性流体的流量。
5、由于本产品外部形状简单，容易制成夹套保湿型在夹套内通蒸汽，可以防止被测流体（如重油、渣油等）在测量管段内凝结或粘附；通以冷却液，可防止易汽化的液体在流经测流板时形成汽液两相流。
6、采用均压环结构，减少了测量误差来源引至差压变送器的是在测流板上、下游处取压管横截面的静压平均值，减弱了上游局部阻力形成的速度分布畸变对精度的影响，实际精度更接近基本精度。
7、要求较低的前后直管段
8、采用一体型结构形式，减少管线敷设。
9、采用带远传膜盒的差压变送器，可以测量诸如煤粉、渣油等脏污液体的流量。
工作原理：环形孔板节流装置和普通的标准孔板一样，依据的基本原理是流体连续性方程和伯努利方程。把环形孔板安装在圆管中，当液体流经节流装置时，其上、下游侧之间就会产生压力差。
连接方式：法兰连接和焊接连接。1

安装要求

节流装置的安装和适用于下列管段和管件有关：节流件上游侧第一阻力件、第二阻力件，节流件下右侧第一阻力件，从节流件上游第二阻力件到下游第一阻力件之间的管段以及差压讯号管路等。

发展进程流量测量的发展可追溯到古代的水利工程和城市供水系统。古罗马凯撒时代已采用孔板测量居民的饮用水水量。公元前1000年左右古埃及用堰法测量尼罗河的流量。我国著名的都江堰水利工程应用宝瓶口的水位观测水量大小等等。17世纪托里拆利奠定差压式流量计的理论基础，这是流量测量的里程碑。自那以后，18、19世纪流量测量的许多类型仪表的雏形开始形成，如堰、示踪法、皮托管、文丘里管、容积、涡轮及靶式流量计等。20世纪由于过程工业、能量计量、城市公用事业对流量测量的需求急剧增长，才促使仪表迅速发展，微电子技术和计算机技术的飞跃发展极大地推动仪表更新换代，新型流量计如雨后春笋般涌现出来。至今，据称已有上百种流量计投向市场，现场使用中许多棘手的难题可望获得解决。

我国开展近代流量测量技术的工作比较晚，早期所需的流量仪表均从国外进口。

流量测量是研究物质量变的科学，质量互变规律是事物联系发展的基本规律，因此其测量对象已不限于传统意义上的管道液体，凡需掌握量变的地方都有流量测量的问题。流量和压力、温度并列为三大检测参数。对于一定的流体，只要知道这三个参数就可计算其具有的能量，在能量转换的测量中必须检测此三个参数。能量转换是一切生产过程和科学实验的基础，因此流量和压力、温度仪表一样得到最广泛的应用。4

应用范围孔板流量计应用及其广泛，流量测量技术与仪表的应用大致有以下几个领域。

工业生产流量仪表是过程自动化仪表与装置中的大类仪表之一，它被广泛适用于冶金、电力、煤炭、化工、石油、交通、建筑、轻纺、食品、医药、农业、环境保护及人民日常生活等国民经济各个领域。

能源计量能源分为一次能源（煤炭、原油、煤层气、石油气和天然气）、二次能源（电力、焦炭、人工燃气、成品油、液化石油气、蒸汽）及载能工质（压缩空气、氧、氮、氢、水）等。能源计量是科学管理能源，实现节能降耗，提高经济效益的重要手段。流量仪表是能源计量仪表的重要组成部分，水、人工燃气、天然气、蒸汽和油品这些常用的能源都使用着数量极其庞大的流量计，它们是能源管理和经济核算不可缺少的工具。

环境保护烟气，废液、污水等的排放严重污染大气和水资源，严重威胁人类生存环境。国家把可持续发展列为国策，环境保护将是21世纪的最大课题。空气和水的污染要得到控制，必须加强管理，而管理的基础是污染量的定量控制。

我国是以煤为主要能源的国家，全国有上百万个烟囱不停地向大气排放烟气。烟气排放控制是根治污染的重要项目，每个烟囱必须是安装烟气分析仪表和流量计，组成连椟排放监视系统。烟气的流量沆量有很大因难，它的难度为烟囱尺寸大且形状不规则，气体组分变化不定，流速范围大，脏污，灰尘，腐蚀，高温，无直管段等。

交通运输有五种方式：铁路公路、航空、水运、和管道运输。其中管道运输虽早已有之，但应用并不普遍。随着环保问题的突出，管道运输的特点引起人们的重视。管道运输必须装备流量计，它是控制、分配和调度的眼睛，亦是安全监没和经济核算的必备工具。

生物技术21世纪将迎来生命科学的世纪，以生物技术为特征的产业将获得迅速发展。生物技术中需监测计量的物质很多，如血液，尿液等。仪表开发的难度极大，品种繁多。

科学实验科学实验需要的流量计不但数量多，且品种极其繁杂。据统计流量计100多种中很大一部分是应科研之需用的，它们并不批量生产，在市面出售，许多科研机构和大企业皆设专门小组研制专用的流量计。

敞开领域这些领域为敞开流道，一般需检测流速，然后推算流量。流速计和流量计所依据的物理原理及流体力学基础是共通的但是仪表原理及结构以及使用条件有很大差别。

技术指标技术参数

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孔板流量计流量计算公式孔板流量计可广泛应用于石油、化工、天然气、冶金、电力、制药等行业中，各种液体、气体、天燃气以及蒸汽的体积流量或质量流量的连续测量。

简单来说差压值要开方输出才能对应流量

实际应用中计算比较复杂一般很少自己计算的这个都是用软件来计算的下面给你一个实际的例子看看吧

一．流量补偿概述

差压式流量计的测量原理是基于流体的机械能相互转换的原理。在水平管道中流动的流体，具有动压能和静压能（位能相等），在一定条件下，这两种形式的能量可以相互转换，但能量总和不变。以体积流量公式为例：

Q v = CεΑ/sqr（2ΔP/（1-β^4）/ρ1）

其中：C 流出系数；

ε 可膨胀系数

Α 节流件开孔截面积，M^2

ΔP 节流装置输出的差压，Pa;

β 直径比

ρ1 被测流体在I-I处的密度，kg/m3;

Qv 体积流量，m3/h

按照补偿要求，需要加入温度和压力的补偿，根据计算书，计算思路是以50度下的工艺参数为基准，计算出任意温度任意压力下的流量。其实重要是密度的转换。计算公式如下：

Q = 0.004714187 *d^2*ε*@sqr（ΔP/ρ） Nm3/h 0C101.325kPa

也即是画面要求显示的0度标准大气压下的体积流量。

在根据密度公式：

ρ= P*T50/（P50*T）* ρ50

其中：ρ、P、T表示任意温度、压力下的值

ρ50、P50、T50表示50度表压为0.04MPa下的工艺基准点

结合这两个公式即可在程序中完成编制。

二．程序分析

1.瞬时量

温度量：必须转换成绝对摄氏温度；即+273.15

压力量：必须转换成绝对压力进行计算。即表压+大气压力

补偿计算根据计算公式，数据保存在PLC的寄存器内。同时在intouch画面上做监视。

2.累积量

采用2秒中一个扫描上升沿触发进行累积，即将补偿流量值（Nm3/h）比上1800单位转换成每2S的流量值，进行累积求和，画面带复位清零功能。5

选型

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其他相关（节流装置方式）孔板流量计广泛应用于石油、化工、冶金、电力、轻工等部门。孔板流量计 （又称节流装置、差压式流量计）是测量流量的差压发生装置，配合各种差压计或差压变送器可测量管道中各种流体的流量。

1、被测流体为液体时，为防止气泡进入导压管，取压口应处工艺管道中心线下偏≤45°的位置上，正负取压口处于与管道对称位置时，两者应在同一水平面上

2、被测流体为气体时，为防止液体（冷凝液）进入导压管，取压口应处工艺管道中心管道上方线上偏≤45°的位置上，正负取压口处于与管道对称位置时，两者应在同一水平线上。

3、被测流体为蒸汽时，应保证冷凝器中冷凝液面恒定和正负导压管上的冷凝面高度一致。正负压口处于与管道对称位置时，两者应在同一水平面上。

以上三种孔板流量计取压口安装方式，均可与管道对称和管道的同一侧进行安装。6