流量?jì)x表的一些不良安裝和操縱失誤

摘要：討論流量?jì)x表在應用中常見(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。這些失誤常導致流量?jì)x表丈量不準或失靈。
關(guān)鍵詞：流量?jì)x表；應用技術(shù)；操縱失誤
轉速計| 水份計| 水份儀| 分析儀| 溶氧計| 電導度計| PH計| 酸堿計| 糖度計| 鹽度計| 酸堿度計| 電導計|
用戶(hù)常從流程系統物料平衡，與歷史丈量值比較或與其他參比流量丈量值比較，感覺(jué)使用中流量計丈量不正確，然而卸下儀表往流量標準裝置上校驗，除少數是儀表本身失誤(如調試設定謬誤)外，證實(shí)大多數儀表是正常的。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)標準孔板的銳角未裝在迎流面。
2)儀表與管道間密封襯墊內徑Dg小于管道內徑Dp和儀表內徑Dm而產(chǎn)生束流。Dg應略大于Dm，如Dg3)密封墊片偏心(未對準中心)。密封襯墊安裝偏心，遮住了部分流通面積，使速度分布嚴重畸變不對稱(chēng)。由于不對稱(chēng)活動(dòng)發(fā)生在流量傳感器進(jìn)口，即上游直管段長(cháng)度為零，會(huì )對差壓式、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電磁流量計襯墊偏心10mm，丈量誤差高達4%～10%。
4)流量計處于錯誤的活動(dòng)方向。
5)將對于振動(dòng)干擾敏感的儀表安裝在有振動(dòng)的管道上。
6)缺少必要的防護性配件。

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

密封墊片內徑過(guò)小或安裝偏心固然對容積式、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?jì)x表對上游活動(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　根據擾動(dòng)流類(lèi)型分類(lèi)的各種管件

在各類(lèi)流量?jì)x表中，節流差壓式儀表對節流件上下游直管段長(cháng)度要求的試驗做得最為完善，典型阻流件比較成熟的結果已經(jīng)在國際標準ISO5167中作出了規定。其他各類(lèi)流量?jì)x表至今尚未達到如此成熟的程度；不管是標準規范還是制造廠(chǎng)使用說(shuō)明書(shū)提供的數據，都不及節流差壓式流量?jì)x表完善，有時(shí)只能起參考作用。同一品種儀表由于結構不同，影響程度差異也很大。例如：渦輪流量計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?jì)x表后的活動(dòng)狀態(tài)不會(huì )再影響儀表，只是一種錯覺(jué)。事實(shí)上，彎管、閥門(mén)等對流體活動(dòng)形成的擾動(dòng)會(huì )上溯傳播，可以影響到幾倍管徑長(cháng)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(cháng)些，但可以為10倍管徑的下游直管段，就能可靠地應付任何下游管件所產(chǎn)生的擾動(dòng)。如直管段長(cháng)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)在現場(chǎng)安裝條件下校準，或在相同于現場(chǎng)安裝條件的擾動(dòng)阻流件與儀表一起，在實(shí)驗室實(shí)流校驗裝置上校準。
2)在儀表上游安裝如下節所述的活動(dòng)調整器。

2　活動(dòng)調整器

在國際標準化組織技術(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)調整器分類(lèi)為活動(dòng)整直器(flow straightener)和真活動(dòng)調整器(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)調整器。

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

活動(dòng)調整器(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)應遵循以下基本準則。

1)與三菱式相似的多孔板活動(dòng)調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)削弱調整作用。
3)從活動(dòng)調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有一段直管段以削除畸變。該直管段的理想長(cháng)度宜為20D以上，至少應不低于10D。如將活動(dòng)調整器和流量傳感器安裝在一起進(jìn)行實(shí)流校準，則直管段長(cháng)度有5D就夠了。

3　氣穴形成的失誤

在丈量液體流量時(shí)，儀表流量檢測部位產(chǎn)生氣穴(蝕)將導致錯誤的丈量。氣穴產(chǎn)生的原因是儀表內部壓力低于液體蒸氣壓所致。應進(jìn)步工作壓力或在儀表下游裝背壓閥以進(jìn)步儀表內部壓力，勿使其低于標準規范或制造廠(chǎng)規定的壓力值。

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 )保持相當長(cháng)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等故障出現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：檢驗管道系統先要排盡液體，結束后重新充液。然而有時(shí)候要完全布滿(mǎn)亦相當困難，由于在管道系統高點(diǎn)(如倒Ｕ形管頂部)和死角，易聚存氣團，日后碰到壓力或流量忽然波動(dòng)，氣團破裂便會(huì )被液體帶走部分氣體。這常是管線(xiàn)投進(jìn)運行初期流量?jì)x表丈量不正確的原因之一。因此在必要時(shí)在高點(diǎn)設置排氣閥，以便人工排放潴留氣體。

3)密封泄漏：氣體的粘度遠比液體小，某處液壓密封試驗時(shí)能保持管內液體不過(guò)泄，卻不一定能保證管內氣體不過(guò)泄或吸進(jìn)。負壓管道連接處的密封稍有不慎，極易將空氣吸進(jìn)管內；正壓管道系統泵吸進(jìn)端負壓管段密封不良或泵轉軸填料老化泄漏也會(huì )吸進(jìn)空氣。負壓管道系統吸進(jìn)空氣尚易為人們想到，然而若管道內略高于大氣壓且出現脈動(dòng)流，亦會(huì )出現瞬間壓力低于大氣壓而吸進(jìn)空氣的現象，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。當布滿(mǎn)液體的管道系統欲停止運行時(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空腔的收縮大得多，至使管內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內的高點(diǎn)，在重新開(kāi)車(chē)時(shí)便會(huì )出現丈量誤差。

5　氣體中冷凝液

通常氣體中水蒸汽的凝聚對丈量精度影響不大，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，并且應盡可能避免凝聚。最有把握避免凝聚的方法是負氣體處于干燥狀態(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的壓力和(或)溫度，使管道系統中的水蒸汽不要處于飽和狀態(tài)。


6　磨損和沉積結垢

通常，使用者�？戳髁�?jì)x表安裝調試好后，一直能進(jìn)行正確地丈量，直到不能應用為止。這當然是一種愿看。人們對有活動(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，結垢減少間隙)影響丈量性能，易予以重視；對無(wú)活動(dòng)零部件的儀表如節流差壓式、渦街式等儀表，受磨損與結垢沉積的影響常被忽視。

實(shí)際上這些流量?jì)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%，對于0 5級表就不是可以忽視的小數目了。

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

渦街流量計旋渦發(fā)生體迎流端面沉積也會(huì )影響流量丈量值。據日本Oｖal公司工作職員著(zhù)文透露模擬試驗結果，在該公司三角柱發(fā)生體真個(gè)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]。

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

對于應用日益增多的江河原水計量，應留意儀表丈量管內壁沉積層的厚度，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，啟用2年后感到計量減少，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到10mm。這類(lèi)場(chǎng)所要定期清除淤泥，并預設能進(jìn)進(jìn)管道和傳感器的進(jìn)孔等。

7　正常運行的誤解

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

1)旁路管截止閥泄漏：為便于維修，流量?jì)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，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，在有些核算或節約有獎的介質(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)錯封等防范措施。

2)以泵流量核查儀表流量：運行職員如對流量?jì)x表產(chǎn)生懷疑，往往與泵銘牌上“規定性能點(diǎn)”的額定流量(見(jiàn)圖2之ｑsp)進(jìn)行比較，或與泵典型揚程 流量特性曲線(xiàn)的流量讀數進(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)和管道系統負載特性曲線(xiàn)(圖2之OA與OＢ)交匯點(diǎn)所確定的ｑA與ｑＢ，它隨著(zhù)運行負載而變。而泵銘牌上的額定流量是在某一規定條件下的流量，在大部分情況下是不會(huì )一致的。此外泵的額定流量也規定答應有4%～8%的答應誤差(按泵的等級而定)，同一規格各臺泵的揚程 流量特性曲線(xiàn)也有差異(在圖2兩虛線(xiàn)范圍內)，輸出流量也是不一樣的。即便是泵的實(shí)測揚程 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?jì)x表正確與否的依據。但日常運行時(shí)可相互參照，若兩值出現與日常運行的差值有異常變動(dòng)時(shí)，應作為“故障跡象”檢查泵、儀表和管道系統。

圖2　泵特性曲線(xiàn)

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

液體是非壓縮性流體，通常液體的壓縮系數不大，靜壓不大的壓縮量可忽略不計。然而石油加工產(chǎn)品壓縮系數較大，在(5～20)×10-4/MPa，液化石油氣壓縮系數更大，為(44～73)×10-4/MPa，當壓力相差較大時(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丈量，那么兩者的讀數就會(huì )有相應的差別。

石油加工產(chǎn)品在室溫四周升高10℃，體積增加0 7%～1%。這對于0 5級精度的儀表已是相當大的影響了。水的體積變化受溫度變化的影響相對較小(在10～40℃范圍內，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，則應考慮溫度對體積丈量值變化的影響。

江蘇某化工廠(chǎng)兩臺DＮ100電磁流量計分別丈量?jì)蓷l管道中的兩種稀酸，匯合進(jìn)進(jìn)總管再由DＮ200電磁流量計計量總流量。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臺儀表均不正確。經(jīng)現場(chǎng)了解管道壓力為0 6MPa盡對壓力，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差主要是液體溫度變化所致。此外，在0 6MPa盡對壓力下，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�？梢砸詾�，這兩種因素就是總表讀數比兩個(gè)儀表流量之和多20%～30%的原因。