摘要：主要介紹了差壓式流量測量系統(tǒng)的特點，通過分析該系統(tǒng)的維護和使用現(xiàn)狀，以及使用運行工況與設(shè)計工況偏離時對系統(tǒng)測量準確性與可靠性的影響，認為系統(tǒng)的軟維護是極其必要的，并提出了完善化建議。
關(guān)鍵詞：差壓式；流量測量；系統(tǒng)；準確性；可靠性；軟維護
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行流量測量的一種流量測量系統(tǒng)。該系統(tǒng)是當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）以及流量積算儀等二次儀表組成。這種流量測量系統(tǒng)的特點是：
    (1)  原理及理論研究非常成熟；
    (2)  標準化程度較高，有GB/2624和ISO5167標準文件；
    (3)  結(jié)構(gòu)簡單，成本低，維護費用低；
    (4)  對環(huán)境適應(yīng)能力強；
    (5)  如果維護管理得當可以得到較高的測量準確性與可靠性。
    上述這些特點是其他形式的流量計所無法比擬的，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、使用條件等方面的原因，仍然未能動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)的正確使用和維護保養(yǎng)仍然是值得自動化儀表專業(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。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行校驗等。若以上維護檢查未發(fā)現(xiàn)問題，即使系統(tǒng)顯示的數(shù)據(jù)有明顯的偏差，一般也認定系統(tǒng)是正常的。
    筆者認為，對差壓式流量測量系統(tǒng)的使用維護，僅限于對硬件的管理和維護是遠遠不夠的，更重要的是要對系統(tǒng)進行軟維護。所謂軟維護，就是對差壓式流量測量系統(tǒng)運行的工況參數(shù)進行跟蹤分析、研究計算，根據(jù)計算結(jié)果對系統(tǒng)的技術(shù)參數(shù)進行反復修正，使它盡可能接近實際運行工況。事實上軟維護是一個使系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)無限接近實際運行工況的過程。
    對于任何一套差壓式流量測量系統(tǒng)，它的設(shè)計計算都是根據(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)進行的，也就是根據(jù)一組需方提供的參數(shù)計算并設(shè)計制造一套流量測量系統(tǒng)，該套系統(tǒng)只有在設(shè)計計算采用的工況下運行，才能保證測量結(jié)果的準確性與可靠性。若實際使用工況偏離設(shè)計工況，系統(tǒng)測量數(shù)據(jù)就不能保證準確性與可靠性。而實際使用中的差壓式流量測量系統(tǒng)大部分與設(shè)計工況不同，有的甚至相差懸殊。因此必須對其進行軟維護，而且這種軟維護應(yīng)貫穿于系統(tǒng)使用的全過程。

3  使用運行工況與設(shè)計工況偏離對系統(tǒng)測量準確性與可靠性的影響

3.1  實際運行流量值偏離設(shè)計值

    實際運行流量值偏離設(shè)計流量值，這是經(jīng)常出現(xiàn)的問題。在多數(shù)情況下，設(shè)計流量值定的都比較高，但實際運行流量值較低。對系統(tǒng)測量準確性與可靠性的影響原因主要有：
    (1)  由于節(jié)流裝置的準確度與可靠度是按常用流量計算的，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，就會引起流出系數(shù)C較大的變化，那么它的準確度與可靠度就會大大降低，從而引起系統(tǒng)測量的準確性與可靠性差。
    (2)  差壓變送器（差壓計）的可靠度是按引用誤差計算的，它的誤差分布如表1所示。

表1  差壓計誤差分析表（差壓計按0.5級）

  
    由表中可以看出，若系統(tǒng)在50%以下運行，差壓計的相對誤差在±1%～±6%，對流量的影響±1%～±3%。同時由于雷諾數(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，那么累計誤差是比較大的。這樣也會引起系統(tǒng)測量的準確性與可靠性差。

3.2  介質(zhì)溫度壓力偏離設(shè)計值

    在節(jié)流裝置設(shè)計計算時，對介質(zhì)流體（包括氣體、液體和蒸汽）流量是設(shè)計工況下的質(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，如果在實際運行時介質(zhì)流體的溫度、壓力等主要參數(shù)值偏離設(shè)計值，介質(zhì)流體的密度必然也會改變。流量計算公式為
    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。當采用角接取壓時：
    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為流體動力粘度；D為管道內(nèi)徑。
    從上述計算公式可以看出，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準狀態(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。當然，影響流量測量的因素很多，不是僅僅進行溫壓補償就可以的，溫壓補償僅是保證測量盡可能準確的一種手段。
    在節(jié)流裝置的國家標準中規(guī)定：假設(shè)未經(jīng)標定的節(jié)流裝置與已經(jīng)充分實驗的節(jié)流裝置幾何相似和動力學相似，亦即符合本標準的要求，在本標準規(guī)定的不確定度之內(nèi)。按照此原則設(shè)計制造的節(jié)流裝置，若實際使用的工況與設(shè)計計算采用的值相差較大，動力學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)，亦即準確性與可靠性無法保證。
    差壓式流量測量系統(tǒng)在實際使用時影響系統(tǒng)測量準確性與可靠性的因素比較多，以上只對影響比較大的兩個方面進行了分析。為了使用好差壓式流量測量系統(tǒng)，維護管理人員應(yīng)該對系統(tǒng)運行情況進行跟蹤調(diào)查研究，發(fā)現(xiàn)問題及時解決。對于規(guī)模比較大的物料流量計量系統(tǒng)，應(yīng)站在整個系統(tǒng)物料平衡的高度，來對流量計量系統(tǒng)的每個測量點進行分析研究，計算出每個測量點的流量值的控制范圍，反復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。這樣可以進一步提高流量測量的準確性，為生產(chǎn)經(jīng)營提供較可靠的計量數(shù)據(jù)。

4  軟維護的要求

    差壓式流量測量系統(tǒng)的軟維護管理是一項技術(shù)性比較強的工作，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、計算、制造安裝等各種技術(shù)文件資料。
    (2)  在系統(tǒng)運行穩(wěn)定后，對系統(tǒng)的工況進行調(diào)查分析研究。若發(fā)現(xiàn)運行工況偏離設(shè)計值，可根據(jù)計算結(jié)果對系統(tǒng)進行調(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，可利用計算機來進行適時的在線修正。在實際應(yīng)用中可考慮開發(fā)一些使軟維護容易實現(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)軟維護的過程中，要注意隨時汲取教訓，總結(jié)經(jīng)驗，不斷提升自己的軟維護水平，同時要結(jié)合系統(tǒng)的硬件維護，把系統(tǒng)的維護工作做全面、細致，保證系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)。

5  結(jié)論

    隨著企業(yè)全面走向市場，企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營管理將進一步深化，流量計量越顯重要。自動化儀表專業(yè)人員必須從軟、硬兩方面加強流量測量系統(tǒng)的維護，才能滿足企業(yè)的要求，使流量計量發(fā)揮重要作用。

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