流量计选型

1、流量计的性能要求

流量计的性能方面主要包括：测量流量（瞬时流量）还是总量（累积流量）；准确度要求；重复性；线性度；流量范围和范围度；压力损失；输出信号特性和流量计的响应时间等。

（1）测流量还是总量

流量测量包括两种，即瞬时流量和累积流量，比如对分输站管道的原油属于贸易交接或石油化工管道进行连续配比生产或生产流程的过程控制等需要计量总量，间或辅以瞬时流量的观察。在有的工作场所对流量进行控制则需配备瞬时流量测量。因此，要根据现场计量的需要进行选择。有些流量计比如容积式流量计，涡轮流量计等，其测量原理是以机械计数或脉冲频率输出直接得到总量，其准确度较高，适用于计量总量，如配有相应的发讯装置也可输出流量。电磁流量计、超声流量计等是以测量流体流速推导出流量，响应快，适用于过程控制，如果配以积算功能后也可以获得总量。

（2）重复性

重复性是由流量计原理本身与制造质量决定的，是流量计使用过程中的一个重要的技术指标，与流量计的准确度息息相关。一般在检定规程中的计量性能要求中对流量计不仅有准确度等级规定外，还对重复性进行了规定，一般规定为：流量计的重复性不得超过相应准确度等级规定的最大允许误差的1/3～1/5。

重复性一般定义为在环境条件和介质参量等不变的情况下，对某一流量值短时间内，同方向进行多次测量的一致性。但是，在实际应用中，流量计的重复性会常常被流体粘度、密度参量的变化所影响，有时这些参量变化还没有达到需要进行专门修正的程度，会误认为是流量计的重复性不好。鉴于这种情况下，应选择对此参量变化不敏感的流量计。比如，浮子流量计容易受流体密度影响，小口径的流量计不仅受流体密度的影响，可能还会受流体粘度的影响；涡轮流量计如果用在高粘度范围时的粘度影响；有些未做修正处理的超声流量计会受到流体温度的影响等等。如果流量计的输出是非线性的，这种影响可能会更为突出。

（3）线性度

流量计的输出主要有线性和非线性平方根两种。一般的来说流量计的非线性误差是不单独列出的，而是包含在流量计的误差内。对于一般比较宽流量范围，输出信号为脉冲的，用作总量积算的流量计，线性度则是一个重要的技术指标，如果在其流量范围内使用单一的仪表系数，当线性度差就会降低流量计的准确度。比如，涡轮流量计在10：1的流量范围内采用一个仪表系数，线性度差时其准确度会较低，随着计算机技术的发展，可将其流量范围分段，用最小二乘法拟合出流量—仪表系数曲线对流量计进行修正，从而提高流量计的准确度和扩展流量范围。

（4）上限流量和流量范围

上限流量也称为流量计的满度流量或最大流量。当我们选择流量计的口径时应按被测管道使用的流量范围和被选流量计的上限流量和下限流量来进行配置，不能简单的按管道通径进行配用。

一般来讲，设计管道流体最大流速是按经济流速来确定的。如果选择过低，管径粗，投资会大；过高则输送功率大，增加运行成本。比如，像水等低粘度液体其经济流速为1.5～3m/s，高粘度液体0.2～1m/s，大部分流量计上限流量的流速接近或高于管道经济流速。因此，流量计选择时其口径与管道相同时候就较多，安装比较方便。如不相同也不会相差太多，一般上下相邻一档的规格，可采用异径管连接。

在流量计的选择中应注意不同类型的流量计，其上限流量或上限流速由于受各自流量计的测量原理和结构的限制差别较大。以液体流量计为例，上限流量的流速以玻璃浮子流量计为最低，一般是0.5～1.5m/s之间，容积式流量计在2.5～3.5m/s之间，涡街流量计较高在5.5～7.5m/s之间，电磁流量计则在1～7m/s之间，甚至达到0.5～10m/s之间。

液体的上限流速还需要考虑不能因为流速过高而产生气穴现象，出现气穴现象的地点一般是在流速最大，静压最低的位置，为了防止气穴的形成，常常需要控制流量计的最小背压（最大流量）。

还应注意流量计的上限值订购后就不能改变，比如容积式流量计或浮子流量计等。差压式流量计像节流装置孔板等一经设计确定后，其下限流量不能改变，上限流量变动可以通过调整差压变送器或更换差压变送器来改变流量。比如某些型号的电磁流量计或超声流量计，有些用户可以自行重新设定流量上限值。

（5）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。

（6）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。

二、流体特性

在流量测量中由于各种流量计总会受到流体物性中某一种或几种参量的影响，所以流体的物性很大程度上会影响流量计的选型。因此，所选择的测量方法和流量计不仅要适应被测流体的性质，还要考虑测量过程中流体物性某一参量变化对另一参量的影响。比如，温度变化对液体粘度的影响。

流体物性方面常见的有密度、粘度、蒸汽压力和其他参量。这些参量一般可以从手册中查到，评估使用条件下流体各参量和选择流量计的适应性。但也会有些物性是无法查到。比如腐蚀性、结垢、堵塞、相变和混相状态等。

（1）流体的温度和压力

仔细的分析流量计内流体的工作压力和温度，尤其是测量气体时温度压力变化造成过大的密度变化，可能要改变所选择的测量方法。比如，温度和压力影响流量测量准确度等性能时，要作温度或压力修正。另外，流量计外壳的结构强度设计和材质也取决于流体的温度和压力。因此，必须确切地知道温度和压力的最大值和最小值。当温度和压力变动很大时更应仔细选择。

还应注意在测量气体时要确认其体积流量值是在工况状态下的温度和压力还是在标准状态下的温度和压力。

（2）流体的密度

对于液体，在大部分应用场合下其密度相对恒定，除非温度变化很大而引起较大变化，一般可不进行密度修正。在气体应用场合，流量计的范围度和线性度，取决于气体密度,，一般要知道在标准状态下和工况状态下的值，以便选用。也有将流动状态的值换算到某些公认的参比值，这种方法在石油储运方面应用普遍。低密度气体对某些测量方法，特别是利用气体动量推动检测传感器的仪表（比如涡轮流量计）会比较困难。

（3）粘度

各种液体之间粘度差别很大，且因温度变化有显著变化。而气体则不同，各种气体之间粘度差别较小，其值一般较低。且不会因温度和压力变化而有显著变化。因为液体的粘度比气体高得多。比如在20℃和100kPa下，水的动力粘度为 Pa·s，而空气的动力粘度则为 Pa·s，所以液体一定要考虑粘度的影响，而气体的粘度就不如液体那样重要。

粘度对各类流量计的影响程度不一样，比如，对于电磁流量计、超声流量计和科里奥利式质量流量计的流量值是在很宽粘度范围内，可以认为不受液体粘度的影响；容积式流量计的误差特性和粘度有关，可能会略受影响；而浮子流量计、涡轮流量计和涡街流量计，当粘度超过某值时则影响较大以致不能使用。

（4）压缩系数

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。

三、流量计的安装

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。

四、环境条件要求

在选流量计的过程中不应忽略周围条件因素及有关变化，比如 环境温度、湿度、安全性和电气干扰等，

① 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。当环境温度影响到显示仪表电子元件时，将改变元件参数。应该将流量传感器和二次显示仪表安装在不同的场所，像二次显示仪表应安装在控制室内，以保证电子元件免受温度的影响。应该说环境温度的影响量在作流量测量总不确定度的估算时，其影响不应是不确定度主要影响量之一。

② 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。

③ 安全性

应按照有关规范和标准选择流量计，以适应用于爆炸性危险环境，按照防爆标准对现场进行要求。

④ 电气干扰

电力电缆、电机和电气开关都会产生电磁干扰，如不采取有关措施，就会成为流量测量产生误差的原因。

五、经济方面的考虑

1、从经济方面考虑购置流量计的费用

购置流量计时应比较不同类型流量计对整个测量系统经济的影响。比如范围度小的流量计比范围度宽的流量计在相同测量范围下，需要多台流量计并联和多条管线才覆盖，因此除流量计以外尚需增加许多辅助设备，像阀门、管线附件等。虽然表面上看流量计费用少了，但是其他的费用则增加，计算起来并不合算。比如安装孔板流量计加上差压计的费用相对便宜，但组成测量回路包括孔板的固定附件等其费用可能超过基本件费用很多

2、安装费用

在购置流量计时，不仅要考虑流量计的购置费，还需考虑其他费用，如附件购置费、安装调试费、维护和定期检测费、运行费和备用件费。

比如许多流量计使用时应配备比较长的上游直管段以保证其测量性能。因此正确的安装需要额外管道的布置或备有旁路管道作定期维护。所以安装费应合理多方面考虑，比如还应包括运行所需的截止阀、过滤器等辅助费用等。

3、运行费用

流量计运行费用主要是工作时能量消耗，包括电动仪表内部电力消耗或气动仪表的气源耗能以及在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等。比如差压式流量计产生的差压，很大一部分不可恢复、容积式流量计和涡轮流量计也具有相当阻力。只有全通道、无阻碍的电磁流量计和超声流量计基本此费用为零、插入式流量计由于用于大管径阻塞比小，其压力损失亦可忽略。

5、维护费用和备用件费用等

维护费用为流量计投入使用后保持测量系统正常工作所需费用，主要包括维护和备用件费。有运动部件的流量计需进行较多维护工作，如定期调换易磨损轴承、轴、转轮、传动齿轮等；没有运动部件的流量计也需进行检视，如最普通的用几何测量法检查孔板流量计。

备用件费用会随着流量计的性能提高的程度而增加。选用流量计时应考虑同时增加备用件的购置费用，尤其是从国外进口的流量计，有时常常会因易损备件的困难而替换整台流量计。