流量计的选型注意事项

 由于流量是一个动态量，测量仪表本身受到众多因素，如：管道、口径大小、形状（圆形、矩形）、边界条件、介质的物性（温度、压力、密度、粘度、脏污性、腐蚀性等）、流体的流动状态（紊流状态、速度分布等）以及安装条件与水平的影响。面对国内外十几类、上百个品种的流量仪表（先后发展起来的容积式、差压式、涡轮式、面积式、电磁式、超声波式和热式流量计等类型），如何根据流量、流态、安装要求与环境条件、经济性等因素合理选型，是应用好流量仪表的前提和基础。

总的来说，选择流量计的原则首先是要深刻地了解各种流量计的结构原理和流体特性等方面的知识，同时还要根据现场的具体情况及考察周边的环境条件进行选择。也要考虑到经济方面的因素。一般情况下，主要应从下面四个方面进行选择：

① 流量计的性能要求；

② 流体特性；

③ 安装要求；

④ 环境条件。

一、性能要求

选择仪表在性能要求上考虑的内容有：瞬时流量还是总量（累计流量）、精确度、重复性、线性度、流量范围和范围度、压力损失、输出信号特性和响应时间等。不同测量对象有各自测量目的，在仪表性能方面有其不同侧重点。

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测流量还是总量

使用对象测量的目的有两类，即测量流量和计量总量。管道连续配比生产或过程控制使用场所主要测量瞬时流量；灌装容器批量生产以及商贸核算、储运分配等使用场所大部分只要取得总量或辅以流量。两种不同功能要求，再选择测量方法上就有不同侧重点。

有些仪表如容积式流量计、涡轮流量计等，测量原理上就以机械技术或脉冲频率输出，直接得到总量，因此具有较高精确度，适用于计量总量。

电磁流量计、超声流量计、节流式流量计等仪表原理上是以测量流体流速推导出流量，响应快，适用于过程控制，但装有积算功能环节后也可获得总量。

涡街流量计具有上者优点，但其抗震、抗干扰性能差，不适用于过程控制而适用于计量总量。

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精确度

整体的测量精确度要求多少？在某一特定流量下使用，还是在某一流量范围内使用？在什么测量范围内保持上述精确度？所选仪表的精确度能保持多久？是否易于重新校验？是否要（或能）现场在线核对仪表精确度？这些问题必须细致地考虑。

如不是单纯计量总量，而是应用在流量控制系统中，则检测仪表精确度的确定要在整个系统控制精确度要求下进行，因为整个系统不仅有流量检测的误差，还包含有信号传输、控制调节、操作执行等环节的误差和各种影响因素，如操作执行环节往往有2％左右的回差，对测量仪表确定过高的精确度（比如说0.5级）是不合理和不经济的。就流量仪表本身而言，检测元件（或传感器）和转换／显示仪表之间只精确度亦应适当确定，如未经实流标定均速管、楔形管、弯管等差压装置误差在1％~5％之间，选用高精度差压计与之相配也就没有意义了。

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重复性

重复性在过程控制应用中是重要的指标，由仪器本身原理与制造质量所决定，而精确度除取决于重复性外，尚与量值标定系统有关。严格地说重复性是指环境条件、介质参量等不变情况下，对某一流量值段时间内同方向进行多次测量的一致性。然而实际应用中，仪表优良的重复性被许多因素包括流体粘度、密度等变化所干扰，然而这些变化因素还未到需要作专门检测修正的地步，这些影响往往被误认为仪表重复性不好。例如浮子流量计受流体密度影响，小口径仪表还受粘度影响；涡轮流量计用于高粘度范围时的粘度影响；有些未作修正处理的超声流量计流体温度对声速影响等。若仪表输出特性是非线性的，则这种影响更为突出。

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线性度

流量仪表输出主要有线性和平方根非线性两种。大部分流量仪表的非线性误差不列出单独指标，而包含在基本误差内。然而对于宽流量范围脉冲输出用作总量积算的仪表，线性度是一个重要指标，使有可能在流量范围内用同一个仪表常数，线性度差就要降低仪表精确度。随着微处理器技术的发展，采用信号适配技术修正仪表系统非线性，从而提高仪表精确度和扩展流量范围。

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上限流量

上限流量也称满度流量。选择流量仪表的口径应按被测管道使用的流量范围和被选仪表的上限流量和下限流量来选配，而不是简单地按管道通径配用。虽然通常设计管道流体最大流速是按经济流速来确定的。因为流速选择过低，管径粗投资大；过高则输送功率大，增加运行费用。

然而同一口径不同类型的仪表上限流量(也可以说上限流速)受各自工作原理和结构的约束，差别很大。以液体为例，上限流量的流速以玻璃管浮子流量计最低，在0.5-1.5m/s之间，容积式流量计在1.5-2.5ｍ/s之间，涡街流量计较高在5.5-7m/s之间，电磁流量计则在1-7m/s(甚至0.5-10m/s)之间。

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范围度

范围度为流量计的上限流量和下限流量的比值，其值越大则流量范围越宽。线性仪表有较宽的范围度，一般为1：10。非线性流量计的范围度较小仅为1：3。一般用于过程控制或贸易交接核算的流量计，如果要求流量范围比较宽就不要选择范围度小的流量计。

目前一些制造厂为宣传其流量计的流量范围宽，在使用说明书中把上限流量的流速提得很高，比如液体提高到7～10m/s（一般为6m/s）；气体提高到50～75m/ s（一般为40~50）m/s）；实际上如此高的流速是用不上的。其实范围度宽的关键是有较低的下限流速，以适应测量需要。所以下限流速低的宽范围度的流量计才是比较实用的。

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压力损失

压力损失一般是指流量传感器由于在流通通道中设置的静止或活动检测元件或改变流动方向，从而产生随流量而变的不能恢复的压力损失，其值有时可达数十千帕。因此，应按管道系统泵送能力和流量计进口压力等确定最大流量的允许压力损失来选定流量计。因选择不当会限制流体流动产生过大压力损失而影响流通效率。有些液体（高蒸汽压碳氢液）还应注意过度的压力降可能引发气穴现象和液相汽化，降低测量准确度甚至损坏流量计。比如管径大于500mm的输水用的流量计，应考虑压损所造成的能量损耗过大而增加的泵送费用。据有关报道，压力损失较大的流量计几年来为测量付出的泵送费用往往超过低压损、价格较贵的流量计的购置费用。

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输出信号特性

流量计的输出和显示量可以分为：① 流量（体积流量或质量流量）；② 总量；③ 平均流速；④ 点流速。有些流量计输出为模拟量（电流或电压），另一些输出脉冲量。 模拟量输出一般认为适合于过程控制，比较适合于与调节阀等控制回路单元接配；脉冲量输出比较适合于总量和高准确度的流量测量。长距离信号传输脉冲量输出则比模拟量输出有较高的传送准确度。输出信号的方式和幅值还应有与其他设备相适应的能力，比如控制接口、数据处理器、报警装置、断路保护回路和数据传送系统。

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响应时间

应用于脉动流动场所应注意仪表对流动阶跃变化的响应。有些使用场所要求仪表输出跟随流动变化，而另一些为获得综合平均只要求有较慢响应的输出。瞬态响应常以时间常数或响应频率表示，其值前者从几毫秒到几秒，后者在数百赫兹以下，配用显示仪表可能相当大地延长响应时间。仪表的流量上升和下降动态响应不对称会急剧增加测量误差。

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可维护性

当实际工况与设计选型差距巨大或仪表发生故障时，有没有手段就地维修和修正应该得到重视，因为流量仪表一旦安装再拆下维护会很麻烦而且需要时间。在这方面表现最好的是差压式测量方法，因为其与流体接触元件为免维护不动件，测量用电气元件为可拆可调的通用差压变送器。所以差压式测量方式的正常运转率最高，据统计在全球差压节流式测量方式占所有测量方式的45%以上。

二、流体特性

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流体温度和压力

必须界定流体的工作温度和压力，特别在测量气体时温度压力造成过大的密度变化，可能要改变所选择的测量方法。如温度或压力变化造成较大流动特性变化而影响测量性能时，要作温度和（或）压力修正。

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密度

大部分液体应用场合，液体密度相对稳定，除非密度发生较大变化，一般不需要修正。在气体应用场合，某些仪表的范围度和线性度取决于密度。低密度气体对某些测量方法，例如利用气体动量推动检测元件（如涡轮）工作的仪表呈现困难。

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粘度和润滑性

有些仪表性能随着雷诺数而变，而雷诺数又与粘度有关。在评估仪表适应性时，要掌握液体的温度-粘度特性。气体与液体不同，其粘度不会因温度和压力变化而显著地变化，其值一般较低，除氢气外各种气体粘度差别较小。因此确切的气体粘度并不像液体那样重要。粘度对不同类型流量仪表范围度影响趋势各异，例如对大部分容积式仪表粘度增加范围度增大，涡轮式和涡街式则相反，粘度增加范围度缩小。润滑性是不易评价的物性。润滑性对有活动测量元件的仪表非常重要，润滑性差会缩短轴承寿命，轴承工况又影响仪表运行性能和范围度。

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化学腐蚀和结垢

流体的化学腐蚀问题有时会成为我们选择测量方法和使用流量计的决定因素。比如，某些流体会使流量计接触零件腐蚀，表面结垢或积淀析出晶体，金属零件表面产生电解化学作用，这些现象的产生会降低流量计的性能和使用寿命。因此，为了解决化学腐蚀和结垢问题，制造厂采取了许多方法，如选用抗腐蚀材料或在流量计的结构上采取防腐蚀措施，比如，节流装置孔板用陶瓷材料制造，金属浮子流量计内衬耐腐蚀的工程塑料。但是对于结构较复杂的流量计，如容积式流量计和涡轮流量计等就无法对具有腐蚀性流体进行测量了。有一些流量计是从原理结构上就具有耐腐蚀性或易于作耐腐蚀的措施。超声流量计的换能器探头安装在管道外壁不与被测流体接触，本质上就是防腐蚀的。电磁流量计只有测量管衬里和一对形状简单的电极与液体接触，近年有些设计将电极也不与液体接触，也是一种防腐蚀的措施。

由于流量计腔体和流量传感器上结垢或析出结晶会减少流量计内活动部件的间隙，降低流量计内敏感元件的灵敏度或测量性能。比如在超声流量计应用上结垢层会阻碍超声波发射。在电磁流量计应用上不导电结垢层绝缘了电极表面，会使流量计无法工作。所以有些流量计常采用在流量传感器外界加温防止析出结晶或加装装置除垢器。

化学腐蚀和结垢的结果是改变试验管道内壁粗糙度，而粗糙度会影响流体的流速分布，因此，建议使用者应注意这个问题，比如多年使用的管道应进行清洗和除垢工作。

流体腐蚀仪表接触件，表面结垢或析出结晶，均将降低使用性能和寿命。仪表制造厂为此常提供变型产品，例如开发防腐型、加保温套防止析出结晶，装置除垢器等防范措施。

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压缩系数和其他参量

气体压缩系数z为一定质量的气体，在相同温度、压力下，其实际比体积与“理想比体积”之比。一般地说，对于理想气体z=0；实际气体z可能大于1或小于1。z偏离1的数值大小表示实际气体偏于理想气体的程度。气体压缩系数z值取决于种类或组分、温度、压力。因此，气体测量一定要通过压缩系数求取工作状态下的流体密度。如果组分固定的流体通过温度、压力和压缩系数计算密度。 如果流体为多组分（比如对天然气的计量）并工作在接近（或在）超临界区，就需要配备在线密度计在线对密度进行测量。

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多相和多组分流

测量多相和多组分流动应十分谨慎对待。经验表明，单相通用流量仪表用于多组分或多相流体，测量性能会改变（或大幅度改变）。
单工质流体有时也会呈现双相，例如湿蒸汽中水微粒随着蒸汽流动，环境温度或介质压力偏离原定状态，仪表就可能不适应。
测量两种或两种以上不相溶液体汇流混合液流量时，应注意存在流速不均匀，使流动成为分层或块状流等带来的问题。
测量液固双相流时要了解固相含量、粒子大小和固体性质以及流动状况（悬浮流、管底流、动床流还是淤积流？）

测量气液双相流时尽可能采用分离后分相测量，以保证获得最小测量不确定度，然而对有些场合这种方法不切实可行或不符合要求。

三、流量计的安装

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安装时需注意的事项

安装问题对不同原理的流量计要求是不一样的。对有些流量计，比如差压式流量计、速度流量计，按规程规定在流量计的上、下游需配备一定长度的或较长的直管段，以保证流量计进口端前流体流动达到充分发展。而另一些流量计，比如对容积式流量计、浮子流量计等则对直管段长度就没有要求或要求较低。

还有的流量计因受安装的影响而产生一定的误差，比如，科里奥利质量流量计，由于安装应力的影响会给使用带来很大的误差。追溯流量计在使用中出现问题，可能未必都是因为流量计本身的问题，很多状况是由于安装不善所致。 一般常见的问题有下面几种：

① 把差压式流量计孔板的进口面反装；

② 流量传感器安装在流速分布剖面不良的场所；

③ 连接到差压装置的引压管中存在不希望存在的相；

④ 流量计安装在有害的环境或不易接近的地方；

⑤ 流量计流动方向安装错误；

⑥ 流量计或电信号传输线置于强电磁场下；

⑦ 将易受振动干扰的流量计安装在有振动的管道上；

⑧ 缺少必要的防护性配件。

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安装条件

流量计在使用中应注意安装条件的适应性和要求，主要从下面几方面考虑，比如流量计的安装方向、流体的流动方向、上、下游管道的配置、 阀门位置、防护性配件、脉动流影响、振动，电气干扰和流量计的维护等。

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现场管道的布线

在现场管道布线时应注意流量计的安装方向，由于流量计的安装方向一般分为垂直安装方式和水平安装方式，对于这两种安装方式在流量测量性能上是有差别的。比如，流体垂直向下流动会使流量计传感器带来额外力而影响流量计的性能，使流量计的线性度、重复性下降。流量计的安装方向还取决于流体的物性，如水平管道可能沉淀固体颗粒，因此测量具有这种状态的流量计最好安装于垂直管道。

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流动方向

有些流量仪表只能单向工作，反向流动会损坏仪表。使用这类仪表应注意在误操作条件下是否可能产生反向流，必要时装逆止阀保护之。能双向工作的仪表，正向和反向之间测量性能亦可能有些差异。

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上游和下游管道工程

大部分流量仪表或多或少受进口流动状况的影响，必须保证有良好流动状况。上游管道布置和阻流件会引入流动扰动，例如二个（或二个以上）空间弯管引起漩涡，阀门等局部阻流件引起流速分布畸变。这些影响能够以适当长度上游直管或安装流动调整器予以改善。
除考虑紧接仪表前的管配件外，还应注意更往上游若干管道配件的组合，因为它们可能是产生与最接近配件扰动不同的扰动 源。尽可能拉开各扰动产生件的距离以减少影响，不要靠近连接在一起，象常常看到单弯管后紧接部分开启的阀。仪表下游也要有一小段直管以减小影响。气穴和凝结常是不良管道布置所引起的，应避免管道直径上或方向上的急剧改变。管道布置不良还会产生脉动。

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管径

有些类型的流量计管径范围并不很宽，因此过大或过小会限制流量计品种的选择。测量低流速或高流速的流量，可选择与管径尺寸不同的流量计管径，可以使用异径管连接，使流量计运行在规定的范围内。流量超过范围，流速过低流量计误差增加会无法工作，流速过高流量计误差也可能增加，同时还会使流量传感器超速或压力降过大而损坏流量计的使用。

有些流量计如压电检测件的涡街流量计和科里奥利质量流量计敏感于机械振动，容易受管道振动干扰，应注意在流量计前后管道上作支撑设计。对于脉动影响的消除采用脉动消除器以外，还注意将所有被安装的流量计应远离振动或脉动源。

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阀门的安装位置

在安装流量计的管道都装有控制阀和隔离阀，为避免由于阀引起一些流速分布扰动和气穴而影响流量计测量，一般控制阀应安装在流量计的下游，控制阀安装在流量计的下游还可以增加流量计背压，便于减小流量计内部产生气穴的可能性。

隔离阀安装的目的是为了使流量计与管线的流体隔离以便于维修。上游阀应离流量计足够距离，当流量计运行时，上游阀应全开以避免流速分布畸变等扰动。

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电气连接和电磁干扰

目前大部分流量测量系统，不管是流量计本身还是其附件连接等都有电子设备，因此采用的电源要与流量计相配套。当流量计输出电平较低，应使用与环境想适应的前置放大器。有些类型的流量计的输出信号容易受大功率开关装置的干扰，使流量计输出脉冲波动而影响流量计的性能，像信号电缆应尽可能远离电力电缆和电力源，以降低电磁干扰和射频干扰影响。

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防护性配件

安装防护性配件是为了保证流量计能正常运行的防护措施。比如在容积式流量计和涡轮流量计一般在上游需安装过滤器等一些必要的设备，所有这些设备的安装都要以不影响流量计的使用为要。

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脉动流和非定常流

常见产生脉动的源有定排量泵、往复式压缩机、振荡着的阀或调节器等。大部分流量仪表来不及跟随记录脉动流动，带来测量误差，应尽量避开。一般像差压式流量计具有脉动流误差，涡轮流量计和涡街流量计一样也会产生脉动流误差。非定常流是指随时间而变的流动而缓慢脉动是非定常流的一个特例。比如因尺寸过大的控制阀运行所产生的缓慢脉动。

流量计可分别处理流量传感器和二次显示仪表所受脉动影响。将流量传感器安装在远离脉动源的地方，也可在管道系统中安装冲气式缓冲器（用于液体）或阻流器（用于气体）等低通滤波器以减低脉动程度。二次显示仪表则可选用响应特性好的流量计（如电磁流量计、超声流量计）增加阻尼，测定脉动参数用以估计脉动的附加误差。

四、环境要求

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环境温度

环境温度变化会影响流量计的电子部分和流量传感器部分。比如温度变化会影响传感器尺寸的变化、通过流量计壳体传热改变流体密度和粘度等。环境温度超过规定要影响仪表电子元件而改变测量性能，因此某些现场仪表需要有环境受控的外罩；如果环境温度变化要影响流动特性，管道需包上绝热层。此外在环境或介质温度急剧变化的场合，要充分估计仪表结构材料或连接管道布置所受的影响。

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环境湿度

环境中大气湿度也是影响流量计使用的问题之一。比如湿度高会加速大气腐蚀和电解腐蚀并降低电气绝缘，低湿度会感生静电。环境温度或介质温度急剧变化会引起湿度方面的问题，如表面结露现象。

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安全性

应用于爆炸性危险环境，按照气氛适应性、爆炸性混合物分级分组、防护电气设备类型以及其他安全规则或标准选择仪表。若有化学侵蚀性气体，仪表外壳应具有防腐性和气密性。某些流程工业要定期水冲洗整个装置，因此要求仪表外壳防水，需用尘密防喷水级IP65，甚至尘密防强 喷水级IP66或尘密防侵水级IP67。

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电磁干扰环境

应注意电磁干扰环境以及各种干扰源，如：大功率电机、开关装置、继电器、电焊机、广播和电视发射机等。

五、经济方面的考虑

经济方面只考虑仪表购置费是不全面的，还应调查其它费用，如附件购置费、安装费、维护和流量校准费、运行费和备件费等。此外，应用于商贸核算和储存交接还应评估测量误差造成经济上的损失。

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安装费用

安装费应包括作定期维护所需旁路管和运行截止阀等辅助件的费用。 

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运行费用

流量仪表运行费用主要是工作时能量消耗，包括电动仪表电力消耗或气动仪表的气源耗能（现代仪表的功率极小，仅有几w到几十w）；以及测量过程中推动流体通过仪表所消耗的能量，亦即克服仪表因测量产生压力损失的泵送能耗费。泵送费用是一个隐蔽性费用，往往被忽视。

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校准费用

定期校准费用取决于校准频度和所校准仪表精度的要求。为了经常在线校准石油制品储存交接贸易结算用仪表，常在现场设置标准体积管式流量标准装置。

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维护费用

维护费用是仪表投入运行后保持测量系统正常工作所需费用，主要包括维护劳务和备用件费用。

流量计测量性能、安装条件选型一览表

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