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摘要：主要介紹了差壓式流量測量系統(tǒng)的特點(diǎn)，通過分析該系統(tǒng)的維護(hù)和使用現(xiàn)狀，以及使用運(yùn)行工況與設(shè)計(jì)工況偏離時(shí)對系統(tǒng)測量準(zhǔn)確性與可靠性的影響，認(rèn)為系統(tǒng)的軟維護(hù)是極其必要的，并提出了完善化建議。
關(guān)鍵詞：差壓式；流量測量；系統(tǒng)；準(zhǔn)確性；可靠性；軟維護(hù)
Abstract: This paper mainly introduces the characteristic of differential pressure system for flow measurement. By analyzing the maintenance and the used conditions of the system, and the effect on accuracy and reliability of the system when there exist the design and run deviations, the soft-behalf of system is absolutely necessary, and many integrated suggestions are proposed.
Key words: Differential pressure; Flow measurement; System; Accuracy; Reliability; Soft-maintenance

1  引言

    差壓式流量測量系統(tǒng)是指利用差壓原理進(jìn)行流量測量的一種流量測量系統(tǒng)。該系統(tǒng)是當(dāng)今世界上比較可靠的流量測量方式之一，它一般由節(jié)流裝置（差壓發(fā)生器）、差壓變送器（差壓計(jì)）以及流量積算儀等二次儀表組成。這種流量測量系統(tǒng)的特點(diǎn)是：
    (1)  原理及理論研究非常成熟；
    (2)  標(biāo)準(zhǔn)化程度較高，有GB/2624和ISO5167標(biāo)準(zhǔn)文件；
    (3)  結(jié)構(gòu)簡單，成本低，維護(hù)費(fèi)用低；
    (4)  對環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)；
    (5)  如果維護(hù)管理得當(dāng)可以得到較高的測量準(zhǔn)確性與可靠性。
    上述這些特點(diǎn)是其他形式的流量計(jì)所無法比擬的，因此在流量測量中差壓式流量儀表占有較高的比重，約85%左右。近年來雖然有一些新型的流量儀表投放市場，但是，由于結(jié)構(gòu)、造價(jià)、使用條件等方面的原因，仍然未能動(dòng)搖差壓式流量儀表在流量測量中的地位。因此對該種測量系統(tǒng)的正確使用和維護(hù)保養(yǎng)仍然是值得自動(dòng)化儀表專業(yè)人員重視的問題。

2  差壓式流量測量系統(tǒng)軟維護(hù)的必要性

    目前使用中的差壓式流量測量系統(tǒng)，由于受維護(hù)人員專業(yè)技術(shù)水平的限制，大部分僅僅限于對硬件的管理和維護(hù)。主要工作內(nèi)容不外乎檢查節(jié)流裝置即差壓發(fā)生器脈沖導(dǎo)壓管閥門有無泄漏堵塞，流量積算儀等數(shù)據(jù)處理器工作是否正常并定期對其進(jìn)行校驗(yàn)等。若以上維護(hù)檢查未發(fā)現(xiàn)問題，即使系統(tǒng)顯示的數(shù)據(jù)有明顯的偏差，一般也認(rèn)定系統(tǒng)是正常的。
    筆者認(rèn)為，對差壓式流量測量系統(tǒng)的使用維護(hù)，僅限于對硬件的管理和維護(hù)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，更重要的是要對系統(tǒng)進(jìn)行軟維護(hù)。所謂軟維護(hù)，就是對差壓式流量測量系統(tǒng)運(yùn)行的工況參數(shù)進(jìn)行跟蹤分析、研究計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果對系統(tǒng)的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行反復(fù)修正，使它盡可能接近實(shí)際運(yùn)行工況。事實(shí)上軟維護(hù)是一個(gè)使系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)無限接近實(shí)際運(yùn)行工況的過程。
    對于任何一套差壓式流量測量系統(tǒng)，它的設(shè)計(jì)計(jì)算都是根據(jù)需方提供的介質(zhì)種類、溫度、壓力、流量、管道幾何尺寸等工況參數(shù)進(jìn)行的，也就是根據(jù)一組需方提供的參數(shù)計(jì)算并設(shè)計(jì)制造一套流量測量系統(tǒng)，該套系統(tǒng)只有在設(shè)計(jì)計(jì)算采用的工況下運(yùn)行，才能保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性與可靠性。若實(shí)際使用工況偏離設(shè)計(jì)工況，系統(tǒng)測量數(shù)據(jù)就不能保證準(zhǔn)確性與可靠性。而實(shí)際使用中的差壓式流量測量系統(tǒng)大部分與設(shè)計(jì)工況不同，有的甚至相差懸殊。因此必須對其進(jìn)行軟維護(hù)，而且這種軟維護(hù)應(yīng)貫穿于系統(tǒng)使用的全過程。

3  使用運(yùn)行工況與設(shè)計(jì)工況偏離對系統(tǒng)測量準(zhǔn)確性與可靠性的影響

3.1  實(shí)際運(yùn)行流量值偏離設(shè)計(jì)值

    實(shí)際運(yùn)行流量值偏離設(shè)計(jì)流量值，這是經(jīng)常出現(xiàn)的問題。在多數(shù)情況下，設(shè)計(jì)流量值定的都比較高，但實(shí)際運(yùn)行流量值較低。對系統(tǒng)測量準(zhǔn)確性與可靠性的影響原因主要有：
    (1)  由于節(jié)流裝置的準(zhǔn)確度與可靠度是按常用流量計(jì)算的，常用流量一般是刻度流量的70~80%左右，如果偏離常用流量較遠(yuǎn)，就會(huì)引起流出系數(shù)C較大的變化，那么它的準(zhǔn)確度與可靠度就會(huì)大大降低，從而引起系統(tǒng)測量的準(zhǔn)確性與可靠性差。
    (2)  差壓變送器（差壓計(jì)）的可靠度是按引用誤差計(jì)算的，它的誤差分布如表1所示。

表1  差壓計(jì)誤差分析表（差壓計(jì)按0.5級）

  
    由表中可以看出，若系統(tǒng)在50%以下運(yùn)行，差壓計(jì)的相對誤差在±1%～±6%，對流量的影響±1%～±3%。同時(shí)由于雷諾數(shù)是流量值的函數(shù)（見下文公式），流量值偏離必定引起雷諾數(shù)的變化，這樣必然引起流出系數(shù)C的變化。這些影響集中在一起，那么累計(jì)誤差是比較大的。這樣也會(huì)引起系統(tǒng)測量的準(zhǔn)確性與可靠性差。

3.2  介質(zhì)溫度壓力偏離設(shè)計(jì)值

    在節(jié)流裝置設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，對介質(zhì)流體（包括氣體、液體和蒸汽）流量是設(shè)計(jì)工況下的質(zhì)量流量（或體積流量），也就是某特定條件下的質(zhì)量流量（或體積流量），這特定條件包括的參數(shù)很多，主要是溫度和壓力參數(shù)。在這特定的條件（溫度、壓力等）下介質(zhì)流體的密度是一定的，如果在實(shí)際運(yùn)行時(shí)介質(zhì)流體的溫度、壓力等主要參數(shù)值偏離設(shè)計(jì)值，介質(zhì)流體的密度必然也會(huì)改變。流量計(jì)算公式為
    qm={C/(1－β4)0.5}×(επd2/4)×(2ρ△P)0.5
      =(π/4)?αεd2(2ρ△P)0.5                     (1)
    式(1)中，qm為質(zhì)量流量；β為節(jié)流件內(nèi)徑與管道內(nèi)徑之比；C為流出系數(shù)；α=C/(1-β4)0.5為流量系數(shù)；ε為節(jié)流件上游流體的可膨脹性系數(shù)；d為工作狀態(tài)下節(jié)流件的內(nèi)徑；△P為節(jié)流件上、下游的靜壓差；ρ為節(jié)流件上游流體的密度。
節(jié)流裝置（由孔板構(gòu)成）的流出系數(shù)C由Stolz方程給出。當(dāng)采用角接取壓時(shí)：
    C=0.5959+0.0312β2.1-0.1840β8+0.0029β2.5(106/ReD)0.75       (2)
    式(2)中，ReD為管道雷諾數(shù)，ReD=4qm/πμD；μ為流體動(dòng)力粘度；D為管道內(nèi)徑。
    從上述計(jì)算公式可以看出，介質(zhì)流體的密度改變，對流量值的影響是很直觀的。另一方面，為了工藝操作的方便，儀表指示值給出的是標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積流量，這是根據(jù)介質(zhì)流體的密度換算出來的。而介質(zhì)流體的密度改變使其換算關(guān)系也改變。兩種影響都會(huì)引起節(jié)流裝置測量誤差的增大。在有些流量測量系統(tǒng)中增加溫度壓力校正環(huán)節(jié)的作用正是為了降低這種影響。當(dāng)然，影響流量測量的因素很多，不是僅僅進(jìn)行溫壓補(bǔ)償就可以的，溫壓補(bǔ)償僅是保證測量盡可能準(zhǔn)確的一種手段。
    在節(jié)流裝置的國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定：假設(shè)未經(jīng)標(biāo)定的節(jié)流裝置與已經(jīng)充分實(shí)驗(yàn)的節(jié)流裝置幾何相似和動(dòng)力學(xué)相似，亦即符合本標(biāo)準(zhǔn)的要求，在本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的不確定度之內(nèi)。按照此原則設(shè)計(jì)制造的節(jié)流裝置，若實(shí)際使用的工況與設(shè)計(jì)計(jì)算采用的值相差較大，動(dòng)力學(xué)相似的條件就得不到滿足，不確定度也就不在規(guī)定之內(nèi)，亦即準(zhǔn)確性與可靠性無法保證。
    差壓式流量測量系統(tǒng)在實(shí)際使用時(shí)影響系統(tǒng)測量準(zhǔn)確性與可靠性的因素比較多，以上只對影響比較大的兩個(gè)方面進(jìn)行了分析。為了使用好差壓式流量測量系統(tǒng)，維護(hù)管理人員應(yīng)該對系統(tǒng)運(yùn)行情況進(jìn)行跟蹤調(diào)查研究，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)解決。對于規(guī)模比較大的物料流量計(jì)量系統(tǒng)，應(yīng)站在整個(gè)系統(tǒng)物料平衡的高度，來對流量計(jì)量系統(tǒng)的每個(gè)測量點(diǎn)進(jìn)行分析研究，計(jì)算出每個(gè)測量點(diǎn)的流量值的控制范圍，反復(fù)研究測量值與控制范圍的差距，查找數(shù)據(jù)偏離的原因并加以解決。這樣可以進(jìn)一步提高流量測量的準(zhǔn)確性，為生產(chǎn)經(jīng)營提供較可靠的計(jì)量數(shù)據(jù)。

4  軟維護(hù)的要求

    差壓式流量測量系統(tǒng)的軟維護(hù)管理是一項(xiàng)技術(shù)性比較強(qiáng)的工作，應(yīng)安排有一定專業(yè)技術(shù)水平的人員從事該項(xiàng)工作。其工作內(nèi)容主要包括：
    (1)  收集保管好系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、計(jì)算、制造安裝等各種技術(shù)文件資料。
    (2)  在系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定后，對系統(tǒng)的工況進(jìn)行調(diào)查分析研究。若發(fā)現(xiàn)運(yùn)行工況偏離設(shè)計(jì)值，可根據(jù)計(jì)算結(jié)果對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整。
    (3)  對工況變化頻率較高的系統(tǒng)，可以增加溫度壓力校正環(huán)節(jié)。如果條件允許，可利用計(jì)算機(jī)來進(jìn)行適時(shí)的在線修正。在實(shí)際應(yīng)用中可考慮開發(fā)一些使軟維護(hù)容易實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)軟件，這樣也可以使流量測量系統(tǒng)的整體技術(shù)水平得到很大提升。
    (4)  在系統(tǒng)軟維護(hù)的過程中，要注意隨時(shí)汲取教訓(xùn)，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，不斷提升自己的軟維護(hù)水平，同時(shí)要結(jié)合系統(tǒng)的硬件維護(hù)，把系統(tǒng)的維護(hù)工作做全面、細(xì)致，保證系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

5  結(jié)論

    隨著企業(yè)全面走向市場，企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營管理將進(jìn)一步深化，流量計(jì)量越顯重要。自動(dòng)化儀表專業(yè)人員必須從軟、硬兩方面加強(qiáng)流量測量系統(tǒng)的維護(hù)，才能滿足企業(yè)的要求，使流量計(jì)量發(fā)揮重要作用。

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