自儀九流量儀表的選擇及流量測量方法考慮因素

如果測量要求比上述高些，指示流量誤差在2－10%之間，則安裝一臺流量儀表。若按后文選擇步序認(rèn)為選擇差壓式儀表,也不一定要專門安裝孔板節(jié)流體等流量傳感器，可利用彎管流量計(jì)或或用外夾裝便攜式超聲流量計(jì)。

1.2 初選測量發(fā)放

   確定必須安裝流量儀表后，進(jìn)一步詳細(xì)了解使用要求和各種條件。首先按照流體類型和特性，采取排除法在“初選表”不能和不宜采用的測量方案，作第二步深入考慮和分析。

   1.3 分析因素

   按初選確定的各方案，向初選儀表的各制造廠收集樣本、技術(shù)數(shù)據(jù)和選用手冊等，充分了解儀表規(guī)范性能；再分別按性能要求和儀表規(guī)范、流體特性、安裝場所、環(huán)境條件和經(jīng)濟(jì)考慮五個方面因素，按后文各節(jié)所提出的問題，逐一分析，列表比較?？紤]順序按測量目的和側(cè)重點(diǎn)而與初選時不同，一般先從"性能要求和儀表規(guī)范"開始，再如圖1所示考慮其它因素。如適用對象認(rèn)為"經(jīng)濟(jì)因素"是主要因素(如大管徑輸送要求泵送費(fèi)用低、商貿(mào)核算要求測量誤差造成損失小)，則在考慮"性能要求和儀表規(guī)范"的另一方面因素時，有時候還要回復(fù)到考慮遷移方面因素。

2 流體特性方面的考慮

   2.1 總論

   1.2節(jié)初選測量方法按流體類型等初定若干適用方案后，還應(yīng)向工藝流程部門獲取詳細(xì)的流體物性諸多參量和屬性，進(jìn)一步考慮對所選擇方案的適應(yīng)性。除了流體類別以外，通常還要考慮流體的溫度、壓力、密度、粘度和潤滑性、腐蝕性和磨蝕性等，有些應(yīng)用場所還有衛(wèi)生要求。某些測量方法還要考慮流體物性中特殊參量，例如采用電磁流量計(jì)要了解液體的電導(dǎo)率。

   各類流量儀表總會受到流體物性中某一種或幾種參量的影響，所以流體的物性很大程度上支配著待選儀表的型式。所選擇測量方法和儀表不僅要適應(yīng)被測流體的性質(zhì)，還要考慮在測量過程中流體物性某一參量變化的影響量。
   
    常見流體密度、粘度、蒸汽壓力和其他參量可以從手冊中查到評估在使用條件下流體各參量和所選定儀表技術(shù)規(guī)范的適應(yīng)性。然而常會遇到不十分清楚流體的確切成分、溫度和壓力變化、流動特性等，要用戶確定流體各物性的值是有困難的，此時應(yīng)向制造廠咨詢，估計(jì)擬選定的儀表可否使用。

   2.2 流體溫度和壓力

   必須仔細(xì)地界定流體的工作壓力和溫度，特別在測量氣體時溫度壓力變化造成過大的密度變化可能耍改變所選擇的測量方法。如溫度或壓力變化造成較大流動特性變化而影響測量準(zhǔn)確度等性能時，必要作溫度和(或)壓力修正。此外，流量儀表外殼的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和選用材質(zhì)也決定于流體的溫度和壓力，因此必須確切知道壓力和溫度的最大和最小值。壓力和溫度變動很大時，更應(yīng)特別仔細(xì)選擇。

   測量氣體流量時還要肯定某些儀表(如差壓式)流量上限位的溫度和壓力，是在工況狀態(tài)下還是在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下?

   2.3 流體密度和比重  

   大部分液體應(yīng)用場所，其密度和比重相對恒定，除非溫度變化很大而引起較大密度變化，一般不需作修正。

   在氣體應(yīng)用場所，有些儀表的范圍度和線性度，取決于氣體密度，通常要知道在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下和使用狀態(tài)下的值以便選擇。亦有將流動狀態(tài)的值轉(zhuǎn)換到某些公認(rèn)的參比值，這種方法在石油氣儲運(yùn)方面應(yīng)用普遍。低密度氣體對某些測量方法特別是利用氣體動量推動檢測元件工作的儀表(例如渦輪流量計(jì))，呈現(xiàn)困難。

   2.4 粘度和潤滑性

   儀表性能往往隨雷諾數(shù)而變，雷諾數(shù)與流體粘度有關(guān)。氣體和液體不同，其粘度并不會因溫度和壓力變化而有顯著的變化，其值一般較低，且各種氣體之間差別較小。因此確切的氣體粘度數(shù)據(jù)并不如液體那樣重要。

   粘度對不同類型流量儀表范圍度的影響趨勢各異，對大部分容積式儀表粘度增加范圍度擴(kuò)大，而渦輪式和渦街式儀表則相反，粘度增加范圍度縮小。

   在評估儀表的適應(yīng)性時，通常要掌握液體的溫度-粘度特性。

   某些非牛頓流體(如鉆井泥漿、紙漿、巧克力、油漆)性質(zhì)的液體，它們的流動狀態(tài)復(fù)雜，不易斷定其屬性，因此選擇儀表時要非常謹(jǐn)慎，必要時與制造廠磋商。

   潤滑性是更不易評價的特性。通常認(rèn)為高粘度液體也有好的潤滑性，但是有時候不定如此。潤滑性對有活動測量元件的儀表(例如容積式和渦輪式)非常重要，有些液體特別是溶劑潤滑性極差，會縮短儀表軸承壽命軸承工況又影響儀表運(yùn)行性能和范圍度。

   2.5 化學(xué)腐蝕和結(jié)垢

   流體的化學(xué)性有時成為選擇測量方法和儀表的決定因素。某些流體會引起儀表接觸零件腐蝕，表面結(jié)垢或析出結(jié)晶體金屬表面產(chǎn)生電解化學(xué)作用。這些現(xiàn)象都將降低流量儀表性能和使用壽命，儀表制造廠為此采取措施提供若干變型產(chǎn)品或?qū)Ｓ脙x表，以相適應(yīng)。例如選用針對某些流體抗腐蝕材料或結(jié)構(gòu)上防腐蝕措施，如金屬浮子流量計(jì)內(nèi)襯耐腐蝕工程塑料，孔板用陶瓷材料制造。但那些測量元件結(jié)構(gòu)和形狀復(fù)雜的儀表(如容積式、渦輪式等)就不易處理使之用于腐蝕液體。

   有些流量儀表從原理上就具有耐腐蝕性或易于作耐腐蝕措施。超聲換能器裝在管道外壁不與被測流體接觸的超聲流量計(jì)本質(zhì)上就是防腐蝕的。電磁流量計(jì)只有一對形狀簡單的電極和測量管襯里與液體接觸，易作針對性選擇適用材料的防腐措施。 "

   儀表腔體和測量元件上結(jié)垢或析出結(jié)晶，將減少活動部件的間隙，降低敏感元件的靈敏度或測量性能。又如結(jié)垢在超聲式儀表應(yīng)用上阻礙超聲波發(fā)射，在電磁式儀表應(yīng)用上絕緣了電極的信號檢測表面使之無法工作。儀表制造廠往往采用流量傳感器外界加溫防止析出結(jié)晶或裝置除垢器等防范措施。

   某鋅冶煉廠原用管道輸送廠區(qū)間冶鋅溶液，不僅各類型管道用流量儀表結(jié)垢嚴(yán)重影響工作、即使3-5個月清除一次管道結(jié)垢，其難度和工程雖都很大。后來將全廠管道改用明渠輸送，并用堰式儀表測量流量，才方便了除垢工作。

   2.6 壓縮系統(tǒng)和其他參量

   測量氣體需要知道壓縮系數(shù)值以求取工作狀態(tài)下流體密度。成分固定的流體通過壓力、溫度和壓縮系數(shù)計(jì)算密度；成分變動的流體和工作于接近(或在)超臨界區(qū)，應(yīng)考慮在線測量密度。

    某些流量測量方法要考慮特定的流體韌性，如熱式儀表要有能適應(yīng)的熱傳導(dǎo)和熱容量，電磁式儀表依賴于液體的一定電導(dǎo)率才能工作。

   與某些物質(zhì)在一起會引起燃燒或急劇反應(yīng)的流體，要對擬使用的儀表在設(shè)計(jì)上給予驗(yàn)證。例如已經(jīng)知道測量乙炔氣流量時，流量儀表內(nèi)部若存在急劇的壓力和速度梯度會突然燃燒。

   2.7 多相和多組份流

   測量多相和多組份流動應(yīng)十分謹(jǐn)慎對待。經(jīng)驗(yàn)表明用于多相或多組份流，測量性能會大幅度改變，且有些情況還是末知的。流量儀表一般都在單相流動狀態(tài)下評定其測量性能，現(xiàn)在還沒有以單相流標(biāo)定的儀表來評定用于雙相時系統(tǒng)變化的標(biāo)準(zhǔn)。使用時盡可能把各相分離后分相測量以保證獲得最低測量不確定度，然而有些應(yīng)用場所這種方法還不切實(shí)可行或不合乎要求。

   單工質(zhì)流體有時候也呈現(xiàn)雙相，常見的例于是濕蒸汽，水微粒隨著蒸汽流動，(濕蒸汽干度：濕蒸汽兩相流中氣相質(zhì)量流量所占兩相質(zhì)量流量的份額)。環(huán)境溫度和介質(zhì)的溫度壓力變化干度可能偏離原定流動狀態(tài)，儀表就不能適應(yīng)。這些應(yīng)用場所儀表雖還可以應(yīng)用，然而提出儀表規(guī)范時要比應(yīng)用于單相時更要謹(jǐn)慎。

   漿液可用電磁流量計(jì)，專門設(shè)計(jì)的質(zhì)量式、超聲式或差壓式儀表也可以測量，能獲得流量與信號之間穩(wěn)定關(guān)及但儀表的儀表系數(shù)或流出系數(shù)的確定卻不是都能解決的。多相流的復(fù)雜流動相間能量、動量和質(zhì)量的相互作用極其復(fù)雜，只有個別情況才能獲得較滿意的結(jié)果，使用時要極慎重處理。要充分了解流動條件。即明確粒子大小、固相含量和固體性質(zhì)。固體性質(zhì)可能是有磨蝕性的、纖維狀的或是尺寸不一的顆粒。磨蝕性混合體產(chǎn)生穩(wěn)定的磨損率，導(dǎo)致儀表誤差以一定的率穩(wěn)定地增加，從而估計(jì)出儀表損壞的年限。

   在流動中的液相和氣相混合體，各相特性及其可能產(chǎn)生相間轉(zhuǎn)換現(xiàn)象將影響流動特性。流動型態(tài)取決于液和氣的相對占有率和管道方向(水平或垂直)。不同流型需要各自適用和儀表，而確切的相間分布往往不清楚。甚難估計(jì)在這種情況下獲得的測量性能，但其測量誤差通常比單相流體測量時要多幾倍。

   兩種或兩種以上液體匯流混合，并測量其混合液流量，如液體相互間溶合則不存在問題；但如不相溶合、往往存在流束(線)均勻性問題，流動或成為分層流或成為塊狀流，取決于相對含量和密度差。測量氣-液流的儀表可能處于大幅度變動著的流動特性，而流動特性則取決于安裝設(shè)計(jì)。

3 性能要求和儀表規(guī)范方向的考慮

   3.1 總論

   測量方法確定后選擇儀表在性能要求上考慮的內(nèi)容有：瞬時流量還是總量(累計(jì)流量)、精確度、重復(fù)性、線性度、流量范圍和范圍度、壓力損失、輸出信號特性和響應(yīng)時間等。不同測量對象有各自測量目的，在儀表性能方面有其不同側(cè)重點(diǎn)。例如商貿(mào)核算和儲運(yùn)對精確度要求較高；連續(xù)測量過程控制通常只要求良好的可靠性和重復(fù)性，有時還要求寬的范圍度，而對測量精確度要求還放在次要地位；批量配比生產(chǎn)則希望有好的精確度。

   3.2 測量流量還是總量

   使用對象測量的目的有兩類，即測量流量和計(jì)量總量。管道連續(xù)配比生產(chǎn)或過程控制使用場所主要測量瞬時流量；灌裝容器批量生產(chǎn)以及商貿(mào)核算、儲運(yùn)分配等使用場所大部分只要取得總量或輔以流量。兩種不同功能要求,再選擇測量方法上就有不同側(cè)重點(diǎn)

   有些儀表如容積式流量計(jì)、渦輪流量計(jì)等，測量原理上就以機(jī)械技術(shù)或脈沖頻率輸出，直接得到總量，因此具有較高精確度，適用于計(jì)量總量。

  電磁流量計(jì)、超聲波流量計(jì)、節(jié)流式流量計(jì)等儀表原理上是以測量流體流速推導(dǎo)出流量，響應(yīng)快，適用于過程控制，但裝有積算功能環(huán)節(jié)后也可獲得總量。

  渦街流量計(jì)具有上者優(yōu)點(diǎn)，但其抗震、抗干擾性能差，不適用于過程控制而適用于計(jì)量總量。

   3.3 精確度

   整體的測量精確度要求多少？在某一特定流量下使用，還是在某一流量范圍內(nèi)使用？在什么測量范圍內(nèi)保持上述精確度？所選儀表的精確度能保持多久？是否易于重新校驗(yàn)？是否要(或能)現(xiàn)場在線核對儀表精確度？這些問題必須細(xì)致地考慮。

   如不是單純計(jì)量總量，而是應(yīng)用在流量控制系統(tǒng)中，則檢測儀表精確度的確定要在整個系統(tǒng)控制精確度要求下進(jìn)行，因?yàn)檎麄€系統(tǒng)不僅有流量檢測的誤差，還包含有信號傳輸、控制調(diào)節(jié)、操作執(zhí)行等環(huán)節(jié)的誤差和各種影響因素，如操作執(zhí)行環(huán)節(jié)往往有2%左右的回差，對測量儀表確定過高的精確度(比如說0.5級)是不合理和不經(jīng)濟(jì)的。就流量儀表本身而言，檢測元件(或傳感器)和轉(zhuǎn)換/顯示儀表之間只精確度亦應(yīng)適當(dāng)確定，如未經(jīng)實(shí)流標(biāo)定均速管、楔形管、彎管等差壓裝置誤差在1%－5%之間，選用高精度差壓計(jì)與之相配也就沒有意義了。

   流量儀表規(guī)范所定的精確度等級是在某一較寬流量范圍內(nèi)適用，如果使用條件在某一特定流量或很狹窄的流量范圍，例如用渦輪流量計(jì)計(jì)量油品桶裝分發(fā)，只有在閥門全開情況下啟用，流量基本恒定，或僅在很小范圍內(nèi)變化，此時使用的測量精確度可比規(guī)定值高。如能在此測量點(diǎn)專門標(biāo)定，可提高精確度，比如說從0.5級提高到0.25級或更高。
 用于商貿(mào)核算、儲運(yùn)和物料平衡要求較高精確度時，還應(yīng)考慮精確度的持久性，是否易于重新校驗(yàn)等關(guān)鍵因素，以及是否有在線校驗(yàn)的可能性。

   在比較各制造廠的儀表性能規(guī)范時，要注意誤差的百分率是指引用誤差(測量上限或量程的百分率，常用%F.S表示)，還是相對誤差(測量值的百分率，常用%R表示)。通常樣本或使用說明書只示誤差%，而未注明%F.S或%R，往往是指%F.S，因?yàn)檫^去流量儀表瞬時流量的誤差%F.S為多，這是不夠嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?。如果能做?R，為表示其性能優(yōu)越，必定注明。

   還要注意制造廠產(chǎn)品說明書所定精確度是指基本誤差，在現(xiàn)場使用環(huán)境、動力、流體條件變化將產(chǎn)生附加誤差?，F(xiàn)場使用精確度應(yīng)為基本誤差與影響量產(chǎn)生的附加誤差所合成，如影響量大，附加誤差可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過基本誤差。

   3.4 重復(fù)性

   重復(fù)性在過程控制應(yīng)用中是重要的指標(biāo)，由儀器本身原理與制造質(zhì)量所決定，而精確度除取決于重復(fù)性外，尚與量值標(biāo)定系統(tǒng)有關(guān)。嚴(yán)格地說重復(fù)性是指環(huán)境條件、介質(zhì)參量等不變情況下，對某一流量值段時間內(nèi)同方向進(jìn)行多次測量的一致性。然而實(shí)際應(yīng)用中，儀表優(yōu)良的重復(fù)性被許多因素包括流體粘度、密度等變化所干擾，然而這些變化因素還未到需要作專門檢測修正的地步，這些影響往往被誤認(rèn)為儀表重復(fù)性不好。例如浮子流量計(jì)受流體密度影響，小口徑儀表還受粘度影響；渦輪流量計(jì)用于高粘度范圍時的粘度影響；有些未作修正處理的超聲流量計(jì)流體溫度對聲速影響等。若儀表輸出特性是非線性的，則這種影響更為突出。

   3.5 線性度

   流量儀表輸出主要有線性和平方根非線性兩種。大部分流量儀表的非線性誤差不列出單獨(dú)指標(biāo)，而包含在基本誤差內(nèi)。然而對于寬流量范圍脈沖輸出用作總量積算的儀表，線性度是一個重要指標(biāo)，使有可能在流量范圍內(nèi)用同一個儀表常數(shù)，線性度差就要降低儀表精確度。隨著微處理器技術(shù)的發(fā)展，采用信號適配技術(shù)修正儀表系統(tǒng)非線性，從而提高儀表精確度和擴(kuò)展流量范圍。
如需作管道流量配比、流量相加或熱量計(jì)要對溫度差和流量相乘時，應(yīng)選擇線性輸出的儀表，可以簡化計(jì)算過程。

   3.6 上限流量和流量范圍

   上限流量也稱滿度流量。選擇流量儀表的口徑應(yīng)按被測管道使用的流量范圍和被選儀表的上限流量和下限流量來選配，而不是簡單地按管道通徑配用。雖然通常設(shè)計(jì)管道流體最大流速是按經(jīng)濟(jì)流速來確定的。因?yàn)榱魉龠x擇過低，管徑粗投資大；過高則輸送功率大，增加運(yùn)行費(fèi)用。例如水等低粘度液體經(jīng)濟(jì)流速為1.5-3m/s，高粘度液體0.2-1m/s，大部分流量儀表上限流量的流速接近或略高于管道經(jīng)濟(jì)流速，因此儀表選擇口徑與管徑相同的機(jī)會較多，安裝就比較方便。如不相同也不會相差太多。

   然而同一口徑不同類型的儀表上限流量(也可以說上限流速)受各自工作原理和結(jié)構(gòu)的約束，差別很大。以液體為例，上限流量的流速以玻璃管浮子流量計(jì)最低，在0.5-1.5m/s之間，容積式流量計(jì)在1.5-2.5m/s之間，渦街流量計(jì)較高在5.5-7m/s之間，電磁流量計(jì)則在1-7m/s(甚至0.5-10m/s)之間。

   有些儀表流量上限值訂購后就不能改變?nèi)缛莘e式儀表和浮子式儀表等，差壓式儀表孔板等設(shè)計(jì)確定后上下限流量不能改變，但可以調(diào)整差壓變送器量程(或換差壓變送器)以適應(yīng)；有些儀表則不經(jīng)實(shí)流校驗(yàn)用戶可自行重新設(shè)定流量上限值，如某些型號的電磁流量計(jì)和超聲波流量計(jì)。

   3.7 范圍度

   范圍度為上限流量和下限流量的比值，其值愈大流量范圍愈寬。線性儀表有較大范圍度，一般為10：1；非線性儀表則較小，通常僅3：1，能滿足一般過程控制用流量測量和商貿(mào)核算總量計(jì)量。但有些商貿(mào)核算用儀表要求較寬的范圍度，例如公用事業(yè)水量出荷計(jì)量的晝夜和冬夏季節(jié)差很大，就要求很寬的范圍度。若選用文丘利管差壓式儀表就顯得不能適應(yīng)。然而差壓式儀表范圍度拓寬近年有一些突破，主要在差壓變送器及微機(jī)技術(shù)應(yīng)用方面采取措施，亦可達(dá)10：1。某些型號的電磁流量計(jì)用戶可自行調(diào)整流量上限值，上限可調(diào)比(最大上限值和最小上限值之比)可達(dá)10：1，再乘上所設(shè)定上限值20：1的范圍度，一臺儀表擴(kuò)展意義的范圍度(即考慮上限可調(diào)比)可達(dá)(50-200)：1，還有些型號儀表具有自動切換上限流量值功能。

   有些制造廠為表示其范圍度寬，把最大上限流負(fù)的流速提得很高，液體7-10m/s，氣體50-75m/s，實(shí)際上這么高的流速一般是用不上的，關(guān)鍵是下限流速是否適應(yīng)測量要求。一般要求范圍度寬是使下限流速更低些才好。

   3.8 壓力損失

   除無阻礙流量傳感器(電磁式、超聲式等)外，大部分流量傳感器或要改變流動方向，或在流通通道中設(shè)置靜止的或活動的檢測元件，從而產(chǎn)生隨流量而變的不能恢復(fù)的壓力損失，其值有時高達(dá)數(shù)十kPa。首先應(yīng)按管道系統(tǒng)泵送能力和儀表進(jìn)口壓力等條件，確定最大流量時容許的壓力損失，據(jù)此選定儀表。因選擇不當(dāng)而產(chǎn)生過大的壓力損失往往影響流程效率。管徑大于500mm輸水用儀表，應(yīng)考慮壓損所造成能量損耗勿使過大而增加泵送費(fèi)用。

   3.9 輸出信號特性

   輸出信號往往左右儀表的選擇。流量儀表的信號輸出和顯示歸納為：①流量(體積流量或質(zhì)量流量)；②總量；②平均流速；④點(diǎn)流速。有些儀表輸出電流(或電壓)模擬量，另一些輸出脈沖量。模擬量輸出一般認(rèn)為適合于過程控制，易于和調(diào)節(jié)閥等控制回路單元接配；脈沖量輸出適用于總量和高精度測量流量。長距離信號傳輸脈沖量輸出比模擬量輸出有較高傳送準(zhǔn)確度。輸出信號的方式和幅值還應(yīng)有與其它設(shè)備相適應(yīng)的能力，如控制接口、數(shù)據(jù)記錄器、報(bào)警裝置、斷路保護(hù)回路和數(shù)據(jù)傳送系統(tǒng)等。

   3.10 響應(yīng)時間

   應(yīng)用于脈動流動場所應(yīng)注意儀表對流動階躍變化的響應(yīng)。有些使用場所要求儀表輸出跟隨流動變化，而另一些為獲得綜合平均只要求有較慢響應(yīng)的輸出。瞬態(tài)響應(yīng)常以時間常數(shù)或響應(yīng)頻率表示，其值前者從幾毫秒到幾秒，后者在數(shù)百赫茲以下，配用顯示儀表可能相當(dāng)大地延長響應(yīng)時間。儀表的流量上升和下降動態(tài)響應(yīng)不對稱會急劇增加測量誤差。

   3.11 可維護(hù)性

   當(dāng)實(shí)際工況與設(shè)計(jì)選型差距巨大或儀表發(fā)生故障時，有沒有手段就地維修和修正應(yīng)該得到重視，因?yàn)榱髁績x表一旦安裝再拆下維護(hù)會很麻煩而且需要時間。在這方面表現(xiàn)最好的是差壓式測量方法，因?yàn)槠渑c流體接觸元件為免維護(hù)不動件，測量用電氣元件為可拆可調(diào)的通用差壓變送器。所以差壓式測量方式的正常運(yùn)轉(zhuǎn)率最高，據(jù)統(tǒng)計(jì)在全球差壓節(jié)流式測量方式占所有測量方式的45%以上。

   3.12 標(biāo)準(zhǔn)及依據(jù)

   目前只有節(jié)流式流量測量裝置的生產(chǎn)、安裝、使用具有國家和國際標(biāo)準(zhǔn)《GB/T2624-1993》和《ISO5167》，節(jié)流式流量測量裝置被普遍用于貿(mào)易結(jié)算。

儀表性能選擇因素?cái)?shù)據(jù)表

               (2)取決于差壓變送器的性能

   下表注：(1)圓缺孔板; (2)取決于測量頭類型; (3)四分之一圓孔板，錐形入口孔板; (4)500mm管徑以下；(5)只適用高壓氣體;

           (6)2500mm管徑以下; (7)取決于傳感器結(jié)構(gòu); (8)>200攝氏度

4 環(huán)境條件方面的考慮

   4.1 總論

   選型過程中應(yīng)考慮儀表的周圍條件及其預(yù)期變化，這些因累積環(huán)境溫度、濕度、安全性和電氣干擾等。表15.4列出各類儀表受環(huán)境條件影響的大體程度。

   4.2 環(huán)境溫度

   儀表的電子部件和某些儀表流量檢測部分會受環(huán)境溫度變化影響。例如，儀表尺寸變化，通過儀表殼體傳熱改變流體密度和粘度等；影響到顯示儀表電子元件時，將降低測量性能。有時候采取轉(zhuǎn)換顯示部分和流量傳感器分別裝在不同場所，以保證電子元件免受溫度影響。某些現(xiàn)場需要有環(huán)境受控的外罩。如果環(huán)境溫度變化會影響流動特性，管道須包絕熱層。在作流量測量總不確定度估算時，環(huán)境影響將是不確定度主要源之一。此外，在環(huán)境或介質(zhì)溫度急劇變化場合下，要充分估計(jì)儀表結(jié)構(gòu)材料和連接管道布置所受的影響。

   4.3 環(huán)境濕度

   高濕度會加速大氣腐蝕和電解腐蝕并降低電氣絕緣，低濕度容易感生靜電。環(huán)境溫度或介質(zhì)溫度急劇變化導(dǎo)致引起濕度方面的問題。用戶應(yīng)預(yù)期可能的變化范圍，核實(shí)是否會導(dǎo)致所選擇的儀表運(yùn)行中產(chǎn)生問題。

   4.4 安全性

   應(yīng)用于爆炸性危險(xiǎn)環(huán)境，按照氣氛適應(yīng)性、爆炸性混合物分級分組、防護(hù)電氣設(shè)備類型以及其他安全規(guī)則或標(biāo)準(zhǔn)選擇儀表。有可燃性氣體或可燃性塵粒時應(yīng)采用特殊外殼的儀表，同時不能使用高電平電源。若有化學(xué)侵蝕性氣氛，儀表要有外部防腐蝕和外殼具有氣密性。許多流程工業(yè)常要定期沖洗整個裝置，因此有時要求儀表外殼防水。

   4.5 電氣干擾

   電力電纜、電動機(jī)和電氣開關(guān)都會產(chǎn)生電磁干擾，成為產(chǎn)生誤差的來源。

環(huán)境影響和適應(yīng)性比較

注:(1)取決于差壓計(jì)；(2)取決于測量頭類型；(3)國外有產(chǎn)品。

5 安裝方面的考慮

   5.1 總論

   不同原理的測量方法對安裝要求差異很大。例如有些儀表(如差壓式、渦輪式)需要長的上游直管段，以保證儀表進(jìn)口端前流動必須達(dá)到充分發(fā)恩而另一些儀表(例如容積式、浮子式)則無此要求或要求很低。有些儀表使用說明書未詳細(xì)說明儀表應(yīng)考慮安裝位置與流動方向、維護(hù)空間、安裝方向等要求及其影響。然而從眾多發(fā)表資料表明流量儀表測量性能受安裝狀況的影響很大。追溯流量儀表應(yīng)用不好誤差較大的原因，有很大部分是安裝不善所致。常見的錯誤有：①孔板進(jìn)口面反裝；②流量傳感器安裝在流速分布剖面不良的場所；②連接到差壓裝置的引壓管中存在不希望有的相；①安裝在有害的環(huán)境或不易接近的位置；⑤儀表處于錯誤的流動方向；⑧差壓式儀表引壓管線斜率不正確；⑦儀表或電信號傳輸線至于強(qiáng)電磁場下；⑧將易受振動干擾的儀表裝于有振動的管道；⑨缺少必要的防護(hù)性配件。

   安裝方面考慮的因家有：儀表的安裝方向、流動方向、上下游管道狀況、閥門位置、防護(hù)性配件、脈動流影響、振動、電氣干擾和維護(hù)空間等。表15.3匯總各種測量方法安裝的概略適應(yīng)性和要求。

   5.2 管道布置方向

   應(yīng)用實(shí)例中管道布置方向有時會影響儀表的選擇。有些儀表水平安裝和垂直安裝在測量性能上會有差別，例如流體垂直向下流動帶給儀表轉(zhuǎn)動元件額外力，會顯著影響性能，線性或重復(fù)性變壞。大部分儀表的安裝方向均由制造廠作出規(guī)定，應(yīng)予遵守。如安裝方向要與規(guī)定方向不一致，應(yīng)與制造廠磋商，作進(jìn)一步確認(rèn)。代表安裝方向還取決于流體的物性如水平管道可能淀沉固體顆粒因此測量漿液的儀表最好安裝于垂直管道。有些儀表則不受安裝方向限制。

   5.3 流動方向

   有些流量儀表只可以在某一流動方向工作，錯誤安裝成反向流動會損壞儀表。使用這類儀表還應(yīng)注意在誤操作條件下是否有可能產(chǎn)生反向流動，如有此可能就需要安裝止回閥以保護(hù)儀表。能雙向工作的儀表，正向和反向之間測量性能亦可能有些差異，大部分流量儀表殼體標(biāo)有流動方向，制造廠按此方向校驗(yàn)其性能，可以雙向測量的儀表必須作出兩個方向的校驗(yàn)。

   5.4 上游和下游管道工程

   大部分流量儀表或多或少受進(jìn)口流動狀況的影響，必須保證有良好的流速分布。管道布置會引入不同類型流動擾動，最普遍的是流速分布剖面畸變和旋渦。流速剖面畸變通常由于管路配件局部阻礙(如閥門)造成，或者受彎頭的影響。旋渦普遍是由兩個或兩個以上空間彎頭所引起的。這些影響能夠以適當(dāng)長度上游直管段或安裝流動調(diào)整器予以改善。不僅要考慮緊接在儀表之前的配件，還應(yīng)考慮更往上游的若干管道配件的組合，因?yàn)閷?shí)際上它們可能是產(chǎn)生與最接近配件的擾動不同的擾動源。盡可能拉開個擾動產(chǎn)生尖之間的距離以減少這些影響，不要靠近連接在一起，象常?？吹降膯巫冾^后面緊接著部分開啟的閥。儀表下游也要有一小段長度直管以減小流動影響。

   容積式和科氏質(zhì)量式儀表受不對稱流動剖面影響最小，或可以說不受影響。使用渦輪流量計(jì)時應(yīng)盡量降低(最好無)漩渦，電磁式和差壓時則應(yīng)限制漩渦在較小范圍內(nèi)。
氣穴和凝結(jié)常是不良管道布置所引起的，避免管道直徑上貨方向上的急劇改變。管道布置不良也會產(chǎn)生脈動。

   5.5 管徑

   非常小或非常大管徑往往限制流量儀表的選擇因?yàn)橛行╊愋蛢x表的口徑范圍并不很寬。測量大管徑低流速或小管徑高流速的流量，可選用與管徑尺寸不同的儀表口徑，并以異徑管連接之，使運(yùn)行流速在商品儀表規(guī)定的范圍內(nèi)。選擇過低流速，儀表受到限制，過高流速則測量元件可能超速或壓力降過大而損壞儀表。

   5.6 維護(hù)空間

   維護(hù)空間的重要性常被忽視。一股來說應(yīng)能進(jìn)入到儀表周圍，易于維護(hù)，并能有掉換整機(jī)的位置。
    有些儀表可能裝在維修受限制的環(huán)境，如高放射線危險(xiǎn)區(qū)，則選擇儀表要受"不準(zhǔn)進(jìn)入現(xiàn)場維修"的限制。

   5.7 管道振動

   有些流量儀表(如渦街式、科氏質(zhì)量式)易受振動干擾，應(yīng)考慮以標(biāo)簽后管道作可靠支撐設(shè)計(jì)。脈動緩沖器雖可消除泵和壓縮機(jī)的影響，然而所有儀表還是應(yīng)遠(yuǎn)離振動或脈動安裝為宜。

   5.8 閥門位置

   流量儀表的管線上總是有控制閥和管線隔離閥?？刂崎y應(yīng)裝在儀表下游，以避免由閥產(chǎn)生任何流速分布擾動和氣穴，從而影響儀表測量。并且儀表下游的控制閥還給儀表增加背壓，使某些儀表(如液體渦輪流量計(jì))內(nèi)的壓力明顯高于被測液體的蒸氣壓力，以避免氣穴。

   通常儀表上下游分別裝有隔離閥，能使儀表與管線液流隔離，以便維護(hù)。上游閥應(yīng)全開，還應(yīng)離儀表足夠距離避免儀表進(jìn)口的流速分布畸變。在多管線儲運(yùn)應(yīng)用電下游閥可采用嚴(yán)密的雙閥關(guān)閉和泄漏監(jiān)示，如圖3所示。常設(shè)置備用儀表管線或旁路管，使能不停流作維護(hù)或取下儀表校驗(yàn)。

圖3 雙閥關(guān)閉和泄漏監(jiān)視

   5.9 電氣連接和電磁干擾

   當(dāng)代大部分儀表系統(tǒng)，在儀表上或其附近結(jié)合著電子設(shè)備。采用的電源要適合于所選擇的儀表。當(dāng)儀表輸出電平低，應(yīng)適用于環(huán)境相適應(yīng)的前置放大器。所有電氣連接應(yīng)有抗雜散電干擾的能力。制造廠一般會提出連接電纜的型號和建議連接方法。    
有些類型流量儀表的輸出信號易感受大功率電源影響，大功率電源會使儀表輸出脈沖波動，還會影響儀表電工作性能，如電磁流量計(jì)的磁場被畸變。信號電纜應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離電力電纜和電力源，降低電磁干擾和射頻干擾影響至最低水平。

   5.10 防護(hù)性配件

   有些儀表可能需要安裝保證儀表正常運(yùn)行的附加防護(hù)設(shè)施。例如容積式和禍輪式儀表一般在其上游裝合適的過濾器液體管道出現(xiàn)非滿管流的檢測器，跟蹤加熱以防止管線內(nèi)液體凍結(jié)或氣體出現(xiàn)冷凝等。這類配件的更向外延伸可能包括避雷器和備用蓄電池系統(tǒng)。

   5.11 脈動流和非定常流

   大部分流量儀表來不及跟隨記錄脈動流動，因此盡可能避免脈動流。常見產(chǎn)生脈動的原因有定排量泵、往復(fù)式壓縮機(jī)、振蕩著的閥或調(diào)節(jié)器等水力學(xué)振蕩。人們己熟悉各類差壓式儀表具有脈動流誤差，然而較少知道渦輪式和渦街式也可能引起與孔板差壓式儀表同樣嚴(yán)重的過度記錄誤差。還應(yīng)重視分別處置檢測儀表和顯示儀表上的脈動影響，檢測儀表方面在管道上裝緩沖器，脈動影響可減到最小。非定常流是一種緩慢脈動的表現(xiàn)方式，例如因尺寸過大的控制閥運(yùn)行時所產(chǎn)生的。對脈動流和非定常流建議選取下列措施：在管線中裝用充氣式緩沖器(用于液體)或阻流器(用于氣體)等低通濾波器以降低脈動程度；流量儀表安裝在遠(yuǎn)離脈動源的地方；測定脈動參數(shù)用以估計(jì)測量的附加誤差；采用響應(yīng)特性好的儀表(如電磁式、超聲式等)。

6 環(huán)境幾方面的考慮

   6.1 總論

   經(jīng)濟(jì)方面只考慮儀表的購置費(fèi)是不全面的，還應(yīng)調(diào)查其他的費(fèi)用，如附件購置費(fèi)、安裝費(fèi)、維護(hù)和流量校驗(yàn)(或檢定)費(fèi)、運(yùn)行費(fèi)和備用件費(fèi)等。商貿(mào)核算和儲運(yùn)發(fā)放還應(yīng)比較測量誤差造成經(jīng)濟(jì)損失。表15.5列舉各類儀表各項(xiàng)費(fèi)用相對程度，只是大致的比較，同類儀表中也有不小的差別。

   6.2 儀表購置費(fèi)

   圖15.4A/B所示是我國1991/1992年幾種類型液體流量儀表代表性價格，除注明外均包括轉(zhuǎn)換器費(fèi)用。其中圖15.4A電磁流量列了高低兩種價格，價格高的儀表精確度較高，性能較優(yōu)；圖15.4B橢圓齒輪流量計(jì)列示不銹鋼和鑄鐵兩種不同材料的儀表價格。圖中坐標(biāo)價格對應(yīng)于流量，再從圖中標(biāo)出口徑便于比較選擇。圖15.5所示是英國幾種液體流量儀表市場平均價格，從中可以看到目前國內(nèi)市場上尚未普遍的科氏質(zhì)量式、超聲傳播速度差式、超聲多普勒失和其它流量儀表之間的比價，資料選自BS7405-1991,1990年1英鎊約合人民幣9元。

經(jīng)濟(jì)因素相對費(fèi)用比較

                 注:(1)取決于差壓計(jì)費(fèi)用。

   6.3 安裝費(fèi)用

   由線測量方法需要有長的上游直管和良好流動狀態(tài)以保證良好的測量性能。正確安裝可能還要額外管道布置或要備旁路管作定期維護(hù)?？装寮苌喜顗河?jì)的費(fèi)用相對便宜，但組成完整的測量回路包括孔板的固定附件等，其費(fèi)用可能超過基本件費(fèi)用很多。安裝費(fèi)還應(yīng)包括運(yùn)行所需截止閥、過濾器等輔助件費(fèi)用，然而常被忽視。

   6.4 運(yùn)行費(fèi)用

   流量儀表運(yùn)行費(fèi)用主要是工作時能量消耗，包括電動儀表內(nèi)部電氣見的電力消耗或氣動儀表的氣源耗能(對現(xiàn)代儀表其功率及小僅幾瓦到幾十瓦)，以及測量過程中推動流體通過儀表所消耗的能量，亦即克服儀表因測量產(chǎn)生壓力損失的泵送能耗費(fèi)。泵送費(fèi)用是一個隱蔽性費(fèi)用，往往被忽視。例如差壓式儀表差壓裝置產(chǎn)生的壓差，很大一部分不能恢復(fù)，容積式和渦輪式儀表也有相當(dāng)阻力。全通道無阻礙的電磁式和超聲式此項(xiàng)費(fèi)用可視為零。插入式儀表應(yīng)用與大管徑，由于阻塞比小，壓力損失亦可忽略。后文表15.6中可以看到差壓式孔板一年泵送能耗費(fèi)與儀表購置費(fèi)相當(dāng)，如換用無阻礙的電磁式儀表，購置費(fèi)亦僅相當(dāng)于4年多差壓時能耗費(fèi)。其中僅是100mm口徑儀表例，更大口井泵送能耗費(fèi)所占份額更多。一般認(rèn)為超過500mm的儀表盡可能選用低壓損或無壓損儀表，如供水工程采用傳統(tǒng)的文丘里管差壓儀表，并日益趨向于用電磁式和超聲式儀表。

   6.5 校驗(yàn)費(fèi)用

   實(shí)流校驗(yàn)要在從國家基準(zhǔn)器經(jīng)各級量值傳遞獲得檢定合格證書的流量標(biāo)準(zhǔn)裝置上進(jìn)行。建造流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的費(fèi)用是昂貴的，雖也可借用這類裝置校驗(yàn)儀表，其費(fèi)用也不便宜?？装宓攘髁繖z測元件一般不需實(shí)流校驗(yàn)，只要目測檢查和幾何尺寸復(fù)核。需實(shí)流校驗(yàn)的各類儀表"檢定規(guī)程"均規(guī)定有撿定周期，在1-4年之間，商貿(mào)結(jié)算用儀表規(guī)定為0.5年。檢定周期應(yīng)按儀表實(shí)際應(yīng)用頻度確定。校驗(yàn)費(fèi)用取決于校驗(yàn)額度和所校驗(yàn)儀表精確度要求。為了經(jīng)常在線校驗(yàn)石油制品儲運(yùn)發(fā)放、貿(mào)易結(jié)算用渦輪式、腰輪式儀表，常在現(xiàn)場設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)體積管式流量標(biāo)準(zhǔn)裝置。

   6.6 維護(hù)費(fèi)用

   維護(hù)費(fèi)用為儀表安裝投入使用后保持測量系統(tǒng)正常工作所需費(fèi)用，主要包括維護(hù)勞務(wù)和備用件費(fèi)。有運(yùn)動零部件的儀表一般需要較多維護(hù)工作，如定期調(diào)換易磨損軸承、軸、轉(zhuǎn)輪、傳動齒輪等。然而沒有運(yùn)動部件的儀表有時候亦需要檢視，如最普遍檢查孔板的銳角。

   6.7 備用件費(fèi)用及其可購置性

   備用件費(fèi)用通常隨著儀表性能提高的程度而增加。選購儀表時要考慮備用件價格和購置的可能性。國外制造儀表的備用件比國內(nèi)價貴，采購成為更大的問題。

   6.8 費(fèi)用綜臺比較

   6.1-6.7各節(jié)定性地分析討論各項(xiàng)費(fèi)用，本節(jié)以若干品種儀表以(1)儀表購置費(fèi)；(2)運(yùn)用費(fèi)用(泵送能耗費(fèi))；(3)檢修費(fèi)用(代表日常維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)、備用件費(fèi)用)，以及(4)測量誤差造成損失費(fèi)，定量地作比較。表15.6以100mｉn口徑儀表為代表，以10年為期就上文(1)、(2)、(3)項(xiàng)計(jì)算于表中[1]]、[6]、[4]列，第[10]、[11]二列以較低和較高二種價格的流體以年為期，計(jì)算測量誤差造成的損失。

   測量誤差造成損失均以儀表基本誤差限值來計(jì)算比較，而制造廠出廠的儀表實(shí)際上恒低于此極限值。[10]列以價格較低水為代表的介質(zhì)，[11]列以價格較高的介質(zhì)作計(jì)算。以價格較高的[11]列來比較，誤差1%FS的儀表測量誤差造成損失費(fèi)比誤差最小的科氏力質(zhì)量流量計(jì)多損失300萬元，而科氏力質(zhì)量流量計(jì)的儀表購置費(fèi)也只有一年損失費(fèi)的幾十分之一。這說明為什么商貿(mào)結(jié)算型用戶愿意不惜高價購置高精確皮儀表，即使精確度等級從0.5級提高到0.2級還不滿足最好能有0.1級甚至0.05級的儀表。

   7 考慮因素間相互關(guān)系匯總

   上文討論了選擇測量方法和儀表應(yīng)考慮的儀表性能、流體特性。安裝條件、環(huán)境條件和經(jīng)濟(jì)五大因素。

據(jù)有關(guān)資料報(bào)道：發(fā)現(xiàn)約有60%流量儀表所選擇測量方法是不合適或者使用不正確，其中一部分雖然采用適宜的測量方法，卻錯誤地布置和安裝。由此可見正確選擇和使用流量儀表并非易事。

   要正確和有效地選擇流量測量方法和儀表，必須熟悉流量儀表和生產(chǎn)過程流體特性這兩方面的技術(shù)，還要考慮經(jīng)濟(jì)因素，歸納起來有五個方面因素，即性能要求，流體特性、安裝要求、環(huán)境條件和費(fèi)用。

   對某一應(yīng)用場所可以采用的儀表可能有幾種方案，如選擇時只憑以往經(jīng)驗(yàn)和單純考慮初裝費(fèi)用貿(mào)然作出決定，從而失去了選擇最適和儀表的機(jī)會。例如儀表的流量范圍和實(shí)際流量不匹配、對測量要求不高的場所選用過于復(fù)雜和昂貴的儀表、儀表安裝后就不能正常工作，這些情況是屢見不鮮的。如渦街波動劇烈，孔板超出量程范圍。有時候還會產(chǎn)生事故，如易閃蒸液體燒毀渦輪流量計(jì)的渦輪，在負(fù)壓下拉壞電磁流量計(jì)襯里等。

   1 測量方法和儀表的選擇步序

   1.1 確定是否真正要安裝流量儀表

   如果僅希望知道管道中流體是否在輸送流動，其大體流量，那么選用流動窺視窗或流動指示器就能以較低費(fèi)用達(dá)到這一目標(biāo)。他們是一些結(jié)構(gòu)簡單的器具，往往有一活動體(板、球、翼輪等)顯示流體是否流動，有些能知識流動快慢的大體程度，精確度很低，誤差一般在20-30%之間，或更大。

   國內(nèi)流量儀表制造業(yè)對窺視窗和流動指示器重視宣傳不夠，僅有幾個企業(yè)提供產(chǎn)品，從而設(shè)計(jì)單位和直接用戶忽視了這類簡易器具，或想使用因品種單一，不能在多種形式中選擇合用產(chǎn)品。反觀從國外引進(jìn)石化成套設(shè)置中，在較多的工位上裝有流動窺視窗或指示器。