[科普中国]-文丘里流量计

文丘里流量计是一种常用的测量有压管道流量的装置，属压差式流量计，常用于测量空气、天然气、煤气、水等流体的流量。它包括“收缩段”、“喉道”和“扩散段”3部分，安装在需要测定流量的管道上。

简介文丘里管流量计包括“收缩段”、“喉道”和“扩散段”3部分，以其结构简单、适用工况范围广、易于实时监控等优点。用于测量封闭管道中单相稳定流体的流量，在诸如煤气、电力、水泥等众多能源动力工业领域被广泛的应用1。

原理新一代差压式流量测量仪表，其基本测量原理是以能量守恒定律-伯努力方程和流动连续性方程为基础的流量测量方法。内文丘里管由一圆形测量管和置入测量管内并与测量管同轴的特型芯体所构成。特型芯体的径向外表面具有与经典文丘里管内表面相似的几何廓形，并与测量管内表面之间构成一个异径环形过流缝隙。流体流经内文丘里管的节流过程同流体流经经典文丘里管、环形孔板的节流过程基本相似。内文丘里管的这种结构特点，使之在使用过程中不存在类似孔板节流件的锐缘磨蚀与积污问题，并能对节流前管内流体速度分布梯度及可能存在的各种非轴对称速度分布进行有效的流动调整（整流），从而实现了高精确度与高稳定性的流量测量。

分类1、经典文丘里管：应用于各种介质的流量测量，具有永久压力损失小、要求的前后直管段长段短、寿命长等特点。

2、套管式文丘里管：主要应用于石化行业各种大口径并且高压或者危险介质的流量测量和控制。

3、文丘里喷嘴：适用于各种介质的测量场合，具有永久压力损失小、要求的前后直管段长段短、寿命长等特点，本体安装长度比经典文丘里管短。

适用范围公称直径：50mm≤DN≤1200mm ，超过1200mm需标定
粗铸收缩段：100mm≤DN≤800mm
机械加工收缩段：50mm≤DN≤250mm
粗焊铁板收缩段：200mm≤DN≤1200mm

节流孔径比β：0.3≤β≤0.75
粗铸收缩段：0.3≤β≤0.75
机械加工收缩段：0.4≤β≤0.75
粗焊铁板收缩段：0.4≤β≤0.7

雷诺数范围： 2×105≤ReD≤2×106
粗铸收缩段：2×105≤ReD≤2×106
机械加工收缩段：2×105≤ReD≤106
粗焊铁板收缩段：2×105≤ReD≤2×106

精度等级：1级

优缺点**优点：**如果能完全按照ASME标准精确制造，测量精度也可以达到 0.5%， 但是国产文丘里由于其制造技术问题， 精度很难保证， 国内老资格的技术力量雄厚的开封仪表厂也只能保证4% 测量精度，对于超超临界发电的工况，这种喉管处的均压环在高温高压下使用是一个很危险的环节，不采用均压环，就不符合ASNE ISO5167标准，测量精度就无法保证，这是高压经典式文丘里制造中的一个矛盾。

**缺点：**喉管和进口/出口一样材质，流体对喉管的冲刷和磨损严重，无法保证长期测量精度。结构长度必须按ISO-5167规定制造，否则就达不到所需精度，由于ISO-5167对经典文丘里的严格结构规定，使得它的流量测量范围最大/最小流量比很小，一般在 3~5 之间。 很难满足流量变化幅度大的流量测量。

文丘里流量计的相关研究文丘里流量计流场的数值研究随着工业信息化技术的飞速发展，人们对其测量精度、实时监控等性能提出了越来越高的要求，许多单位和学者2对文丘里流量计流场进行了深入的研究。

根据工程应用中提供的二次风管的文丘里管、三次风管的文丘里管结构图纸建立三维几何模型，采用完全结构化六面体网格通过数值模拟计算有以下结论。

（1）喉管长度、喉管直径、入口风速是影响文丘里管阻力的主要因素,减小喉管长度、增大喉管直径度可大幅度降低阻力，尤其是流量较大的工况条件;在其它条件不变的条件下，入口锥角、出口锥角分别取22°、11°时阻力取得最小值；

（2）文丘里管喉管流场结构均匀，且整个喉管长度范围内的静压值远低于入口静压值，使得气流通过整个文丘里管的阻力要远低于通过入口锥、喉管的局部阻力，从而使其成为理想的压差流量计（在不增加系统阻力的条件下,提高压差信号的相对测量精度）；喉管气流速度也基本呈均匀分布，且远高于入口速度，从而造成文丘里管的阻力主要产生在喉管长度范围内，因此从降阻的角度考虑，喉管长度不宜设计过长，从压力云图上可以看出将喉管长度取喉管直径的大小基本不会破坏其流场结构。

（3）作为压差式流量计使用的文丘里管，其前、后两静压测孔分别布置在文丘里管入口管壁处、喉管1/2长度管壁处较为合理，流量计算截面应选在喉管1/2长度轴截面。

（4）数值模拟可以很容易地模拟文丘里管流量计实际工况条件下的流场，从而得到反映实际工况的更为准确的流量计算修正系数，实现提高测量精度的目的。

文丘里流量计在天然气计量中的应用有研究者3将对天然气计量中的孔板流量计与文丘里流量计的流动特性和检定对计量的影响进行比较，并分析了文丘里流量计在天然气计量中运用的发展前景。

孔板流量计和文丘里流量计计量原理相同，都是借助管道内的节流装置使流体流束在节流处形成局部收缩，从而使流速增加，静压降低，在节流前后产生差压，通过测量差压来衡量天然气流过节流装置的流量大小，而且在GB/T2624— 93中对流体及前后计量管的要求也是相同的，差别仅为节流件的不同，这就使孔板流量计改造为文丘里流量计十分便利，工作量最小，费用最低，这也是文丘里流量计特别适合我国现阶段天然气计量的一个重要理由。

文丘里流量计与孔板流量计相比主要有以下优点：

（1）精度高

文丘里流量计准确度等级可达0.5级，而目前广泛应用的孔板流量计准确度等级为1~1.5级。

（2）压损小

文丘里管收缩和扩散段的作用使压力损失大大降低，压力损失约为孔板的1/5~1/3。

（3）耐磨损、寿命长

文丘里管的几何特性决定，其磨损小，表面经特殊处理后更耐磨、耐腐蚀,寿命很长，甚至可用于固液混合计量，这是与孔板相比最大的优点。

（4）维护量少

因文丘里管不象孔板需经常清洗和定期检查、更换，日常维护工作量大大减少。从以上流动特性对比中可看出，文丘里管比孔板有着明显的优势。

安装注意事项对文丘里流量计安装时：

1、首先截取两段与取压弯管相同管径的直管段，长度在1倍直径以上。

2、在条件较好的平台（或平地）上，将截取的两段直管段与取压弯管焊接，呈90°垂直状态，并保证焊接质量

3、将预制好的管道上架与工艺管道焊接。

4、文丘里管传感器与工艺管道焊接，尽可能使其在水平空间状态下工作。当现场不具备水平安装条件时，可在垂直空间状态下安装。

文丘里管流量传感器与工艺管道采用法兰连接，可按传感器标志流向，与工艺管道呈水平空间状态对接。

文丘里管安装时，前端直管段长度应大于5倍直径，后端直管段长度应大于2倍直径。

工作前的检查

1、检查各变送器（含差压、压力及温度变送器）的配管、安装及接线是否正确。

2、检查所有焊装接口、丝扣接头是否做到严密、不泄露。

3、检查二次仪表接线是否正确，与各变送器之间的接线是否正确，重点检查电源接头位置。

4、上述检查无误后，接通二次仪表供电电源。

本词条内容贡献者为:

蒲富永 - 教授 - 西南大学