流量?jī)x表的一些不良安裝和操縱失誤

摘要：討論流量?jī)x表在應(yīng)用中常見(jiàn)失誤情況，包括操縱不善和活動(dòng)擾動(dòng)及不良安裝；產(chǎn)生氣穴和液體中會(huì)有氣泡；氣體中含有冷凝液；磨損和沉積等等。這些失誤常導(dǎo)致流量?jī)x表丈量不準(zhǔn)或失靈。
關(guān)鍵詞：流量?jī)x表；應(yīng)用技術(shù)；操縱失誤
轉(zhuǎn)速計(jì)| 水份計(jì)| 水份儀| 分析儀| 溶氧計(jì)| 電導(dǎo)度計(jì)| PH計(jì)| 酸堿計(jì)| 糖度計(jì)| 鹽度計(jì)| 酸堿度計(jì)| 電導(dǎo)計(jì)|
用戶(hù)常從流程系統(tǒng)物料平衡，與歷史丈量值比較或與其他參比流量丈量值比較，感覺(jué)使用中流量計(jì)丈量不正確，然而卸下儀表往流量標(biāo)準(zhǔn)裝置上校驗(yàn)，除少數(shù)是儀表本身失誤(如調(diào)試設(shè)定謬誤)外，證實(shí)大多數(shù)儀表是正常的。究其原因往往大部分屬儀表安裝布置不妥和管道內(nèi)介質(zhì)中混有異相物(如氣體中有凝聚液滴，液體中混進(jìn)氣泡)等造成應(yīng)用方面的失誤。

1　不良安裝

1.1　第1類(lèi)不良安裝

操縱不善和布置不妥的不良安裝，常見(jiàn)的有：

1)標(biāo)準(zhǔn)孔板的銳角未裝在迎流面。
2)儀表與管道間密封襯墊內(nèi)徑Dg小于管道內(nèi)徑Dp和儀表內(nèi)徑Dm而產(chǎn)生束流。Dg應(yīng)略大于Dm，如Dg3)密封墊片偏心(未對(duì)準(zhǔn)中心)。密封襯墊安裝偏心，遮住了部分流通面積，使速度分布嚴(yán)重畸變不對(duì)稱(chēng)。由于不對(duì)稱(chēng)活動(dòng)發(fā)生在流量傳感器進(jìn)口，即上游直管段長(zhǎng)度為零，會(huì)對(duì)差壓式、渦輪式、渦街式、超聲式，靶式、電磁式等儀表帶來(lái)丈量誤差。例如DＮ50mm電磁流量計(jì)襯墊偏心10mm，丈量誤差高達(dá)4%～10%。
4)流量計(jì)處于錯(cuò)誤的活動(dòng)方向。
5)將對(duì)于振動(dòng)干擾敏感的儀表安裝在有振動(dòng)的管道上。
6)缺少必要的防護(hù)性配件。

這些缺陷，是眾所周知或儀表制造廠(chǎng)提出應(yīng)該避免的。然而因操縱職員未經(jīng)嚴(yán)格培訓(xùn)，缺乏知識(shí)而未得到重視，這類(lèi)失誤屢見(jiàn)不鮮。

密封墊片內(nèi)徑過(guò)小或安裝偏心固然對(duì)容積式、浮子式、科里奧利質(zhì)量式等儀表的流量值沒(méi)有影響或影響極小，但會(huì)增加額外的壓力損失。

1.2　第2類(lèi)不良安裝

1.2.1　上游擾動(dòng)源

上游的擾動(dòng)源有螺旋式焊縫管和各類(lèi)阻流管件(如彎管、異徑管、支管和閥)，如圖1所示[2]。按擾動(dòng)流類(lèi)型分為兩類(lèi)，第1類(lèi)速度分布有畸變和有二次活動(dòng)；第2類(lèi)除速度分布畸變和二次活動(dòng)外，還有旋渦。各類(lèi)管件中碰到最多的是彎管和各種彎管組合(如同平面雙彎管和立體雙彎管)。各類(lèi)流量?jī)x表對(duì)上游活動(dòng)擾動(dòng)的敏感程度不一，因此要提出各自的安裝要求。

圖1　根據(jù)擾動(dòng)流類(lèi)型分類(lèi)的各種管件

在各類(lèi)流量?jī)x表中，節(jié)流差壓式儀表對(duì)節(jié)流件上下游直管段長(zhǎng)度要求的試驗(yàn)做得最為完善，典型阻流件比較成熟的結(jié)果已經(jīng)在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO5167中作出了規(guī)定。其他各類(lèi)流量?jī)x表至今尚未達(dá)到如此成熟的程度；不管是標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范還是制造廠(chǎng)使用說(shuō)明書(shū)提供的數(shù)據(jù)，都不及節(jié)流差壓式流量?jī)x表完善，有時(shí)只能起參考作用。同一品種儀表由于結(jié)構(gòu)不同，影響程度差異也很大。例如：渦輪流量計(jì)的渦輪螺旋狀葉片比平直狀葉片受旋渦流的影響要小得多；傳播時(shí)間法超聲流量計(jì)中Ｖ法聲道布置受旋渦流影響比Ｚ法小。

1.2.2　下游擾動(dòng)源

通常那種以為流體一旦流出流量?jī)x表后的活動(dòng)狀態(tài)不會(huì)再影響儀表，只是一種錯(cuò)覺(jué)。事實(shí)上，彎管、閥門(mén)等對(duì)流體活動(dòng)形成的擾動(dòng)會(huì)上溯傳播，可以影響到幾倍管徑長(zhǎng)度的間隔處。在大部分情況下5倍管徑的下游直管段已經(jīng)足夠了；有些特例可能要稍長(zhǎng)些，但可以為10倍管徑的下游直管段，就能可靠地應(yīng)付任何下游管件所產(chǎn)生的擾動(dòng)。如直管段長(zhǎng)度不能滿(mǎn)足要求而又要保證丈量精度，則可采取以下兩個(gè)變通辦法之一。

1)在現(xiàn)場(chǎng)安裝條件下校準(zhǔn)，或在相同于現(xiàn)場(chǎng)安裝條件的擾動(dòng)阻流件與儀表一起，在實(shí)驗(yàn)室實(shí)流校驗(yàn)裝置上校準(zhǔn)。
2)在儀表上游安裝如下節(jié)所述的活動(dòng)調(diào)整器。

2　活動(dòng)調(diào)整器

在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織技術(shù)委員會(huì)草案ISO/CD5167 1《用安裝在布滿(mǎn)流體的圓形截面管道中差壓裝置丈量流量第1部分———總則》[3]中，資料性質(zhì)的“附錄C”將活動(dòng)調(diào)整器分類(lèi)為活動(dòng)整直器(flow straightener)和真活動(dòng)調(diào)整器(true flow condition er)。前者的功能僅消除或明顯減小旋渦，而并不同時(shí)調(diào)整流速分布使之接近于充分發(fā)展的流速分布；后者在消除或減小旋渦的同時(shí)調(diào)整流速分布狀況。ISO5167 1將徑向葉片(Etoile)式、柵格(AMCA)式、斯普倫克爾(ASME)式和管束式劃回為活動(dòng)整直器，而將平板交叉式(贊克(ISO)式)和三菱式(多孔板式)劃回為真活動(dòng)調(diào)整器。

文獻(xiàn)[1]列有包括上述多種活動(dòng)調(diào)整器的結(jié)構(gòu)外形、管束直徑和開(kāi)孔尺寸等；裝用后對(duì)畸變和旋渦的改善效果；以及它們的壓力損失計(jì)算式和永久壓力損失系數(shù)。

活動(dòng)調(diào)整器(廣義)有時(shí)如安裝不慎，會(huì)產(chǎn)生副作用而不能使活動(dòng)有所改善。裝用時(shí)應(yīng)遵循以下基本準(zhǔn)則。

1)與三菱式相似的多孔板活動(dòng)調(diào)整器即使非常接近活動(dòng)擾動(dòng)源，也能很好地起作用，因此可以直接裝到彎管和閥等的出口法蘭上。
2)其余各類(lèi)活動(dòng)調(diào)整器必須安裝在擾動(dòng)源下游至少3D的間隔，否則易被剛產(chǎn)生的擾動(dòng)削弱調(diào)整作用。
3)從活動(dòng)調(diào)整器流出的速度分布還存在一些畸變，因此在其下游與流量傳感器之間還應(yīng)有一段直管段以削除畸變。該直管段的理想長(zhǎng)度宜為20D以上，至少應(yīng)不低于10D。如將活動(dòng)調(diào)整器和流量傳感器安裝在一起進(jìn)行實(shí)流校準(zhǔn)，則直管段長(zhǎng)度有5D就夠了。

3　氣穴形成的失誤

在丈量液體流量時(shí)，儀表流量檢測(cè)部位產(chǎn)生氣穴(蝕)將導(dǎo)致錯(cuò)誤的丈量。氣穴產(chǎn)生的原因是儀表內(nèi)部壓力低于液體蒸氣壓所致。應(yīng)進(jìn)步工作壓力或在儀表下游裝背壓閥以進(jìn)步儀表內(nèi)部壓力，勿使其低于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范或制造廠(chǎng)規(guī)定的壓力值。

儀表上游管線(xiàn)配件產(chǎn)生氣穴是常被忽視的一個(gè)禍源，特別是燃料、石油加工產(chǎn)品或有機(jī)溶劑產(chǎn)生的氣穴，形成云霧狀氣泡在其下游會(huì)保持相當(dāng)長(zhǎng)的間隔，極易造成儀表丈量誤差。流量控制閥在接近封閉狀態(tài)活動(dòng)時(shí)最易產(chǎn)生氣穴；某些三通閥和四通閥在改變流通方向時(shí)也輕易產(chǎn)生強(qiáng)烈的氣穴。這些都是值得引起留意的。

4　液體中混有氣體(泡)

液體中混有氣體(泡)，是液體流量丈量產(chǎn)生丈量誤差和輸出不穩(wěn)等故障出現(xiàn)頻率頗高的原因之一。除上面所述氣穴產(chǎn)生氣泡外，還有以下幾種途徑會(huì)導(dǎo)致在液體中進(jìn)進(jìn)空氣或產(chǎn)生游離氣體(氣霧或氣泡)。

1)旋渦等卷進(jìn)空氣：儲(chǔ)存容器液位高度下降到略高于吸進(jìn)管進(jìn)口端，或該高度只有1～2倍進(jìn)口直徑D的間隔時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生旋渦，極易將氣液界面的空氣卷進(jìn)液體進(jìn)進(jìn)管道。通常要求液位要高于進(jìn)口2～5D(取決于吸進(jìn)流速)，才能保證不形成旋渦。在實(shí)踐中碰到這樣的失誤案例很多，也可能是管道進(jìn)進(jìn)空氣最普遍和進(jìn)氣量最多的原因。在流程產(chǎn)業(yè)方面配比混合容器攪拌時(shí)混進(jìn)空氣，也是在實(shí)踐中常會(huì)碰到的。

2)管道充液不全殘留空氣：檢驗(yàn)管道系統(tǒng)先要排盡液體，結(jié)束后重新充液。然而有時(shí)候要完全布滿(mǎn)亦相當(dāng)困難，由于在管道系統(tǒng)高點(diǎn)(如倒Ｕ形管頂部)和死角，易聚存氣團(tuán)，日后碰到壓力或流量忽然波動(dòng)，氣團(tuán)破裂便會(huì)被液體帶走部分氣體。這常是管線(xiàn)投進(jìn)運(yùn)行初期流量?jī)x表丈量不正確的原因之一。因此在必要時(shí)在高點(diǎn)設(shè)置排氣閥，以便人工排放潴留氣體。

3)密封泄漏：氣體的粘度遠(yuǎn)比液體小，某處液壓密封試驗(yàn)時(shí)能保持管內(nèi)液體不過(guò)泄，卻不一定能保證管內(nèi)氣體不過(guò)泄或吸進(jìn)。負(fù)壓管道連接處的密封稍有不慎，極易將空氣吸進(jìn)管內(nèi)；正壓管道系統(tǒng)泵吸進(jìn)端負(fù)壓管段密封不良或泵轉(zhuǎn)軸填料老化泄漏也會(huì)吸進(jìn)空氣。負(fù)壓管道系統(tǒng)吸進(jìn)空氣尚易為人們想到，然而若管道內(nèi)略高于大氣壓且出現(xiàn)脈動(dòng)流，亦會(huì)出現(xiàn)瞬間壓力低于大氣壓而吸進(jìn)空氣的現(xiàn)象，就往往會(huì)被忽視了。

4)液體中溶解的氣體因溫度、壓力變化游離成氣泡：當(dāng)液體壓力降低或溫度升高時(shí)，溶解在液體中的氣體會(huì)分離出游離氣霧或氣泡。例如石油加工產(chǎn)品若溫度升高15℃，溶解空氣形成游離氣泡體積達(dá)1%～1 5%。

5)冷卻收縮形成的氣泡：這是一種比較隱蔽的液體中混進(jìn)氣體的方式。當(dāng)布滿(mǎn)液體的管道系統(tǒng)欲停止運(yùn)行時(shí)，封閉進(jìn)出口截止閥后逐漸冷卻。由于液體體積的收縮比管道系統(tǒng)空腔的收縮大得多，至使管內(nèi)形成真空的收縮空間。液體中溶解的氣體分離成游離氣泡積聚于管道系統(tǒng)內(nèi)的高點(diǎn)，在重新開(kāi)車(chē)時(shí)便會(huì)出現(xiàn)丈量誤差。

5　氣體中冷凝液

通常氣體中水蒸汽的凝聚對(duì)丈量精度影響不大，只有丈量空氣或氣體流量的精確度要求較高時(shí)才予以留意，并且應(yīng)盡可能避免凝聚。最有把握避免凝聚的方法是負(fù)氣體處于干燥狀態(tài)，然而在實(shí)踐中又往往不易辦到。較簡(jiǎn)便的方法是控制管道內(nèi)的壓力和(或)溫度，使管道系統(tǒng)中的水蒸汽不要處于飽和狀態(tài)。


6　磨損和沉積結(jié)垢

通常，使用者�？戳髁�?jī)x表安裝調(diào)試好后，一直能進(jìn)行正確地丈量，直到不能應(yīng)用為止。這當(dāng)然是一種愿看。人們對(duì)有活動(dòng)丈量零部件的渦輪式、容積式儀表中軸承磨損，活動(dòng)件和靜止件間的間隙變化(磨損增加間隙，結(jié)垢減少間隙)影響丈量性能，易予以重視；對(duì)無(wú)活動(dòng)零部件的儀表如節(jié)流差壓式、渦街式等儀表，受磨損與結(jié)垢沉積的影響常被忽視。

實(shí)際上這些流量?jī)x表丈量通道因磨損、沉積引起尺寸變化的影響不是微不足道的。例如DＮ100管道管壁變化±0 5mm(沉積或磨損)，流量丈量值就要變化±1%，對(duì)于0 5級(jí)表就不是可以忽視的小數(shù)目了。

標(biāo)準(zhǔn)孔板孔的上游銳邊沿嚴(yán)格要求邊沿半徑r≤0 0004d(d為節(jié)流孔直徑)。若銳邊沿磨鈍至r/d=0.002，流出系數(shù)變化+1 2%；r/d=0 004，流出系數(shù)變化+2 2%；r/d=0 008，流出系數(shù)則變化+4%[4]。標(biāo)準(zhǔn)孔板迎流端面沉積也要影響流出系數(shù)，例如DＮ100丈量管孔板迎流端面沉積厚度2 5mm；孔板節(jié)流孔與管道直徑之比β=d/D=0 7時(shí)，流出系數(shù)變化+3%；β=0 2時(shí)，流出系數(shù)變化高達(dá)+6 2%[4]。

渦街流量計(jì)旋渦發(fā)生體迎流端面沉積也會(huì)影響流量丈量值。據(jù)日本Oｖal公司工作職員著文透露模擬試驗(yàn)結(jié)果，在該公司三角柱發(fā)生體真?zhèn)�堆積物厚度Ｙ為0 01D時(shí)附加誤差為-2%；Ｙ=0 02D時(shí)，附加誤差為-3 4%[5]。

對(duì)于電磁流量計(jì)，沉積結(jié)垢除往對(duì)流通面積產(chǎn)生影響外，若是盡緣性的沉積層覆蓋電極表面，則該量信號(hào)被斷路；若是導(dǎo)電性垢層沉積于丈量管內(nèi)壁，則流量信號(hào)被短路，二者都會(huì)使電磁流量計(jì)無(wú)法正常工作。

對(duì)于應(yīng)用日益增多的江河原水計(jì)量，應(yīng)留意儀表丈量管內(nèi)壁沉積層的厚度，并要定期清除。例如上海某水廠(chǎng)DＮ1600黃浦江原水輸水管所裝電磁流量計(jì)，啟用2年后感到計(jì)量減少，然而檢查儀表本身卻正常。由于不能停流來(lái)檢查流量傳感器丈量通道的狀況，所以直到使用6年后進(jìn)進(jìn)流量傳感器丈量管檢查，淤泥沉積厚度竟已達(dá)到10mm。這類(lèi)場(chǎng)所要定期清除淤泥，并預(yù)設(shè)能進(jìn)進(jìn)管道和傳感器的進(jìn)孔等。

7　正常運(yùn)行的誤解

常有用戶(hù)反映儀表丈量不正確或運(yùn)行不正常，但現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)，故障往往實(shí)際上不是儀表本身的原因，而是由系統(tǒng)原因所引起的，即產(chǎn)生了誤解。

1)旁路管截止閥泄漏：為便于維修，流量?jī)x表通常裝有旁路管，旁路管截止閥泄漏必然減小儀表讀數(shù)，而閥的微量泄漏又不易察覺(jué)，常被誤以為丈量不正確。更有甚者，在有些核算或節(jié)約有獎(jiǎng)的介質(zhì)丈量場(chǎng)所，在旁路閥上弄虛作假，人為地不密閉，則可采取在閥手輪上系線(xiàn)錯(cuò)封等防范措施。

2)以泵流量核查儀表流量：運(yùn)行職員如對(duì)流量?jī)x表產(chǎn)生懷疑，往往與泵銘牌上“規(guī)定性能點(diǎn)”的額定流量(見(jiàn)圖2之ｑsp)進(jìn)行比較，或與泵典型揚(yáng)程 流量特性曲線(xiàn)的流量讀數(shù)進(jìn)行比較，如不一致即以為儀表不正確，這顯然是一種誤解。泵的輸送流量是泵的特性曲線(xiàn)和管道系統(tǒng)負(fù)載特性曲線(xiàn)(圖2之OA與OＢ)交匯點(diǎn)所確定的ｑA與ｑＢ，它隨著運(yùn)行負(fù)載而變。而泵銘牌上的額定流量是在某一規(guī)定條件下的流量，在大部分情況下是不會(huì)一致的。此外泵的額定流量也規(guī)定答應(yīng)有4%～8%的答應(yīng)誤差(按泵的等級(jí)而定)，同一規(guī)格各臺(tái)泵的揚(yáng)程 流量特性曲線(xiàn)也有差異(在圖2兩虛線(xiàn)范圍內(nèi))，輸出流量也是不一樣的。即便是泵的實(shí)測(cè)揚(yáng)程 流量特性，流量值也可能有2%～3 5%的誤差[6]。因此不能用泵的流量值來(lái)作為判別流量?jī)x表正確與否的依據(jù)。但日常運(yùn)行時(shí)可相互參照，若兩值出現(xiàn)與日常運(yùn)行的差值有異常變動(dòng)時(shí)，應(yīng)作為“故障跡象”檢查泵、儀表和管道系統(tǒng)。

圖2　泵特性曲線(xiàn)

3)液體工況變化：現(xiàn)在流量?jī)x表大部分是體積流量?jī)x表，人們對(duì)于氣體在不同工況條件下所測(cè)流量值之間的關(guān)系，已給予充分留意。然而對(duì)于液體，因受日常溫度/壓力工況變化不大時(shí)對(duì)流量丈量影響甚微的習(xí)慣所左右，往往忽視了工況變化較大時(shí)對(duì)流量丈量值的影響。

液體是非壓縮性流體，通常液體的壓縮系數(shù)不大，靜壓不大的壓縮量可忽略不計(jì)。然而石油加工產(chǎn)品壓縮系數(shù)較大，在(5～20)×10-4/MPa，液化石油氣壓縮系數(shù)更大，為(44～73)×10-4/MPa，當(dāng)壓力相差較大時(shí)，流量丈量值必須考慮靜壓的影響。例如，輸油管用泵加壓輸油，從0 5MPa升壓到6MPa時(shí)體積存縮了0 45%，假如兩端分別用容積式流量計(jì)丈量，那么兩者的讀數(shù)就會(huì)有相應(yīng)的差別。

石油加工產(chǎn)品在室溫四周升高10℃，體積增加0 7%～1%。這對(duì)于0 5級(jí)精度的儀表已是相當(dāng)大的影響了。水的體積變化受溫度變化的影響相對(duì)較小(在10～40℃范圍內(nèi)，為+(0 16～0 25)%/10℃)。但流程產(chǎn)業(yè)經(jīng)常會(huì)碰到丈量水或水溶液在熱交換過(guò)程前后體積流量的情況。若溫度相差較大，則應(yīng)考慮溫度對(duì)體積丈量值變化的影響。

江蘇某化工廠(chǎng)兩臺(tái)DＮ100電磁流量計(jì)分別丈量?jī)蓷l管道中的兩種稀酸，匯合進(jìn)進(jìn)總管再由DＮ200電磁流量計(jì)計(jì)量總流量。該廠(chǎng)向儀表制造廠(chǎng)反映，總表流量為兩個(gè)分表流量之和的120%～130%，以為3臺(tái)儀表均不正確。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)了解管道壓力為0 6MPa盡對(duì)壓力，兩分管液體溫度為30℃，混合液體進(jìn)進(jìn)總表前經(jīng)反應(yīng)器熱交換，溫度升高到180℃。假定稀酸受溫度影響的體積膨脹系數(shù)和水相近，那么從30℃升高到180℃體積增加約12%，由此可以判定，總表與分表總和之間讀數(shù)差主要是液體溫度變化所致。此外，在0 6MPa盡對(duì)壓力下，混合液體在158 5℃已開(kāi)始沸騰，流過(guò)總表的流體為液體中夾有部分蒸汽，必然會(huì)也增加總表體積流量的讀數(shù)�？梢砸詾�，這兩種因素就是總表讀數(shù)比兩個(gè)儀表流量之和多20%～30%的原因。