对于气体,由于密度受温度、压力变化影响较大,例如,在常温附近 ,温度每变化10℃,密度变化约为3%。在常压附近,压力每变10kPa,密 度也约变化3%。因此,在测量气体体积流量时,必须同时测量气体的温 度和压力,并将工作状态下的体积流量换算成标准体积流量。所谓标准 体积流量,在工业上是指20℃、0.10133MPa(称标定状态)或0℃、 0.10133MPa (称标准状态)条件下的体积流量。在仪表计量上多数以标定 状态条件下的体积流量为标准体积流量。
流体在有节流元件的管道中流动时,在节流元件前后的管 璧处,流体的静压力产生差异的现象称为节流现象,如图 所示。所谓节流装置就是设置在管道中能使流体产生局部 收缩的节流元件和取压装置的总称。应用最广泛的节流元 件是孔板,其次是喷嘴、文丘里管。下面以孔板为例说明 节流原理。
流量测量的方法和仪表种类繁多,其测量原理和仪表的结构形式各不 相同。针对石油化工生产过程的不同要求,采用不同的流量仪表。下表 中列出了几种主要类型流量表 (或称流量计)的性能及适用场合。
差压式流量计是根据安装于管道中流量检测件产生的 差压,已知的流体条件和检测件与管道的几何尺寸来计算 流量的仪表。
在化工生产过程中,为了有效地进行生产操作和控制,经常需 要测量生产过程中各种介质 (如液体、气体和蒸汽等)的流量,以 便为生产操作和控制提供依据。同时,为了进行经济核算,也需 要知道在一般时间 (如一班、一天等)内流过的介质总量。所以, 对管道内介质流量的测量和变送是实现生产过程的控制以及进行 经济核算所必需的。
沿管道轴向连续地向前流动的流体,由于遇到节流元件的阻挡,使靠近 管壁处的流体受到的阻挡作用最强,因而使其一部分动压能转化成静压能, 于是就出现了节流元件入口端面靠近管壁处的流体静压力P1,的升高 (即图 中P1>P2)。此压力比管道中心处压力要大,即在节流元件入口端面处产生一 径向压差。这一径向压差使流体产生径向附加速度,从而使靠近管壁处的流 体质点的流向就与管道中心轴线相倾斜,形成了流束的收缩运动。同时,由 于流体运动的惯性,使得流束收束最厉害 (即流束最小截面)的位置不在节流 孔处,而是位于节流孔之后 (即图中截面Ⅱ处),并随流量大小而变化。以上 就是流体流经节流元件时,流束为什么产生收缩的原因。 # 由于节流元件的阻挡造成了流束的局部收缩,同时,又因流体始终处于 连续稳定的流动状态,因此在流束截面最小处的流速达到最大。根据伯努利 方程式和位能、动能的相互转化原理,在流束截面最小处的流体静压力最低 ,同理,在孔板出口端面处,由于流速已比原来增大,因此静压力也就较原 来为低 (即图中P2P1)。故节流元件入口侧的静压P1比其出口侧的静压P2大 ,即在节流元件前后产生压差ΔP。节流元件前流体压力较高,常称为正压, 并用“”标记;节流元件后流体静压力较低,常称为负压,并用“—”标记 。并且流量愈大,流束局部收缩和位能、动能的转化也愈显著,即ΔP也愈大 。所以只要测出元件前后的压力差ΔP就可求得流经节流元件的流体流量。这 就是节流装置测量流量基本原理。
差压式流量计由一次装置(检测件)和二次装置(差压转 换和流量显示仪表)组成。通常以检测件形式对差压式流 量计分类,如孔板流量计、文丘里流量计、均速管流量计 等。 分类:
1、按产生差压的作用原理分:节流式、水力阻力式、离 心式、动压头式、动压增益式、射流式;
2、按结构形式分:标准孔板、标准喷嘴、经典文丘里管 、文丘里喷嘴、1/4园孔板、锥形孔板等;
流体的密度是随工况参数而变化的。对于液体,由于压力变化对密度 的影响很小,一般可以忽略不计;但因温度变化所产生的影响,则应引 起注意。不过一般温度每变化10℃时,液体的密度变化约在1%以内。所 以,除温度变化较大,测量准确度要求较高的场合外,往往也可以忽略 不计。
在计算时,如果把Ao用π/4d2 表示,d为工作温度下孔板孔口直径, 单位为mm,而ΔP以Mpa为单位,则流量方程式可换算为实用流量计算公 式,即:
式中 0.3998=3600×10-6×π/4×√2。 以上流量公式表明,当αερ d等均为常数时,流量与压差的平方根成 正比。因此,由理论推导得来的流量基本方程式,应用到测量实际生产 中的流体流量时,公式中各系数应能满足在测量条件下的相对稳定,这 是采用这种流量计能否达到准确测量的前提。 因为流量与压差的平方根成正比,所以,用这种流量计测量流量时,火狐电竞如 果不加开方器,流量标尺刻度是不均匀的。起始部分的刻度很密,后来 逐渐变疏。因此,在用差压法测量流量时,被测流量值不应接近于仪表 刻度的下限值,否则误差将会很大。一般不要让流量计运行在量程的30% 以下。
在工程上,流量是指单位时间内流过管道某一截面的流体的体 积或质量,即瞬时流量。
流量的计量单位如下: 表示体积流量的单位常用立方米每小时 (m3/h)、升每分 (I/min)、升每秒(l/s)等; 表示质量流量的单位常用吨每小时 (t/h)、千克每小时 (kg/h) 、千克每秒 (kg/s)等。 若流体的密度是ρ,则体积流量Q与质量流量M的关系是: