节流装置喷嘴

2.3.1.1　基本原理

差压式（节流式）流量计是基于流体流动的节流原理，利用流体流经节流装置时产生的压强差实现流量测量的。通常是由能将被测流体的流量转换成压差信号的孔板、喷嘴等节流装置以及用来测量压差而显示出流量的压差计所组成。从伯努利方程式可以推导出节流式流量计不可压缩流体流量的基本方程式

式中C0——孔流系数，是用实验的方法测定的系数，对于标准节流件可以从表中查出孔流系数，不必自行测定；

A 0——节流孔开孔面积，m2；

ρ——介质密度，kg/m3；

p 1、p 2——节流件前后取位点压强，Pa。

在自动化高速发展的今天，差压式流量计已经由标准节流装置、差压变送器和智能显示仪表组成，并且可以和计算机控制系统直接通信。

2.3.1.2　常用的标准节流元件

标准节流装置由标准节流元件、标准取压装置和节流件前后测量管三部分组成，目前国际标准已规定的标准节流装置如下。

（1）角接取压标准孔板。

（2）法兰取压标准孔板。

（3）径距取压标准孔板。

（4）角接取压的标准喷嘴（ISA 1932喷嘴）。

（5）径距取压长径喷嘴。

（6）文丘里喷嘴。

（7）古典文丘里管。

按照上述标准规定设计、制造的节流式流量计，制成后可直接使用而无须标定。通过压差测量仪表测得压差后，根据流量公式和国家标准中的流量系数即可算出流量值，还能计算流量测量的误差，误差一般在0.5%～3%。在实际工作中，如果偏离了标准中的规定条件就会引起误差，此时应对该节流装置进行实际标定。

另外，由于工业现场的流量测量情况十分复杂，有时不能满足标准规定的适用范围，例如高黏度、低流速、低压损、小管径以及脏污介质等情况，因此还研究出多种非标准节流装置，包括低雷诺数孔板（1/4圆孔板和锥形入口孔板）、测量脏污介质用的圆缺孔板、偏心孔板和楔形节流件、低压损节流装置（道尔管、低损管和双颈文丘里管）等，细节请查阅有关专著。

下面简单介绍几种常用的节流元件。

1）孔板

标准孔板结构如图分别为上、下游端面，δ1为孔板厚度，δ2为孔板开孔厚度，d为孔径，α为斜面角，G、H和I为上、下2-8所示。它是一个带圆孔的板，圆孔与管道同心。A1、A 2游开孔边缘。对各部分的要求可查阅GB/T 2624—2006。在任何情况下，节流孔径d均应等于或大于12.5 mm，直径比β应满足：0.20≤β≤0.75。标准孔板的特点是结构简单、易加工、造价低，但能量损失大于喷嘴和文丘里管。加工孔板时应注意进口边沿必须锐利、光滑，否则将影响测量精度。孔板材料一般为不锈钢、铜或硬铝。2-9，它是由入口平面A、收缩部BC、圆筒形喉部E及防止边缘损伤的保护槽F组成的。喷嘴测量精度高，加工困难，腐蚀性、脏污性被测介质对测量精度影响不大，能量损失仅次于文丘里管。

图2-8　标准孔板

图2-9　ISA 1932喷嘴

3）文丘里管

文丘里管的结构如图

孔板的安装应注意方向，不能装反。加工要求严格，特别是G、H和I处要尖锐，无毛刺；否则，影响测量精度。对于在测量过程中易使节流装置变脏、磨损和变形的脏污或腐蚀性介质不宜使用孔板。

2）喷嘴

属于标准节流装置的喷嘴有ISA 1932喷嘴和长径喷嘴两种，ISA 1932喷嘴的结构见图2-10所示。它是由入口圆筒段A、圆锥形收缩段B、圆筒形喉部C和圆锥形扩散段E所组成的，在A，C段上分别开有取压孔。它的特点是：制造工艺复杂，价格贵，但能量损失最小。流体流过文丘里管后压力基本能恢复。2-11所示，由入口圆筒段、收缩段、圆筒形喉部及扩散段组成，基本上是ISA 1932喷嘴加上扩散段。根据扩散段长度不同分为不截尾的扩散段（长管型）和

图2-10　古典文丘里管

文丘里管列入标准的有两种类型：古典文丘里管（或简称为文丘里管）和文丘里喷嘴。

文丘里喷嘴结构如图截尾的扩散段（短管型）两种。

图2-11　文丘里喷嘴

2.3.1.3　标准节流装置的使用条件

（1）被测介质应充满全部管道截面连续地流动。

（2）管道内的流束（流动状态）应该是稳定的。

（3）被测介质在通过节流装置时应不发生相变。例如，液体不发生蒸发，溶解在液体中的气体不释放出来等。

（4）在离节流装置前后各有2D长的一段管道的内表面上不能有凸出物和明显的粗糙与不平现象。

（5）在节流装置前后应有足够长度的直管段。

（6）以m表示孔径与管径之比，各种标准节流装置的使用管径D的最小值规定如下。

孔板：0.05≤m≤0.70时，D≥50 mm

喷嘴：0.05≤m≤0.65时，D≥50 mm

文丘里喷嘴：0.05≤m≤0.06且d＞20 mm时，D≥50 mm

文丘里管：0.2≤m≤0.50时，100 mm≤D≤800 mm

2.3.1.4　标准节流装置的选择原则

（1）在允许压力损失较小时，可采用喷嘴、文丘里管和文丘里喷嘴。

（2）在测量某些容易使节流装置污染、磨损和变形的脏污及腐蚀性介质的流量时，采用喷嘴较孔板为好。

（3）在流量值和压差值都相等的条件下，喷嘴的开孔截面比值较孔板的小，在这种情况下，喷嘴有较高的测量精度，而且所需的直管段长度也较短。

（4）在加工制造和安装方面，孔板最简单，喷嘴次之，文丘里管和文丘里喷嘴最为复杂，造价也与此相似，并且管径越大时，这种差别也越显著。

2.3.1.5　标准节流装置的安装

（1）节流装置不论在空间的什么位置，必须安装在直管段上，应尽量避免任何局部阻力×100%。当m＜0.3时，ΔD不应超过±2%；当m≥0.3时，ΔD不应超过±0.5%。

（4）节流装置在安装之前，应将表面的油污用软布擦去，但应特别注意保护孔板的尖锐边缘，不得用砂布或锉刀进行辅助加工。

2.3.1.6　导压管的安装

（1）引压导管应按最短距离敷设，它的总长度应不大于50 m，但不小于3 m。管线的弯曲处应该是均匀的圆角。

（2）应设法排出引压导管管路中可能积贮的气体水分、液体或固体微粒等影响压差精确而可靠地传送其他成分。为此，引压导管管路的敷设应保持垂直或与水平面之间成大于1∶10的倾斜度，并加装气体、凝液、微粒的收集器和沉淀器等，定期进行排除。

（3）引压导管应不受外界热源的影响，并应防止冻结的可能。

（4）对于黏性的有腐蚀性的介质，为了防堵、防腐，应加装充有中性隔离液的隔离罐。

（5）全部引压管路应保证密封、无渗漏现象。

（6）引压管路中应装有必要的切断、冲洗、灌封液、排污等所需要的阀门。

2.3.1.7　差压计的安装

差压计的安装首先是安装地点周围条件（例如温度、湿度、腐蚀性、震动等）的选择。其次，当测量液体流量时或引压导管中为液体介质时，应使两根导压管路内的液体温度相同，以免由于两边重度差别而引起附加的测量误差。

2.3.1.8　差压式流量计使用中的测量误差

1）被测介质工作状态的变动

如果实际使用时被测介质的工作状态（温度、压力、湿度）以及相应的介质密度、黏度等参数数值与设计计算时有所变动，则按照原有的仪表常数K值乘上差压计流量标尺上的指示值N所得到的流量指示值，显然将与流过节流装置的被测介质的实际流量值之间产生误差。

2）节流装置安装不正确

例如，孔板的尖锐一侧应迎着流向，为入口端，而其呈喇叭形一侧为出口端，即孔板具有方向性，不能装反。除此之外，由于安装不正确而引起的测量误差，往往是由于孔板开孔中心和管道轴心线不同心所造成的，管道实际内径和计算时所用的管道内径之间的差别，以及垫片等凸出物的出现、引压管路上的毛病等也是引起测量误差的原因。对流速的影响。例如在节流装置前后长度为2D的一段管道内壁上，不应有任何突出部分（例如凸出的垫片、粗糙的焊缝、温度计套管等）；在节流装置的直管段前面如有各种阀门、弯头等局部阻力时，必须保证在节流装置前面有足够的直管段长度。

（2）必须保证节流装置的开孔中心和管道中心线同心，节流装置的入口端面应与管道中心线垂直。

（3）在靠近节流装置和距离节流装置为2D的两个管道截面上，应测量其实际内径。每个截面上至少测量两对互相垂直的直径，取测量结果的算术平均值作为管道的实际平均内径D′。D′与管道内径计算值D的最大偏差为ΔD＝

3）孔板入口边缘的磨损

孔板长期使用，其入口边缘的尖锐度会由于受到冲击、磨损和腐蚀而变钝，这样在相等数量的流体经过时所产生的压差将变小，从而引起仪表指示值偏低。

4）节流装置内表面的结污和流通截面积的变化

在使用中，孔板等表面可能会黏结上一层污垢，或者由于孔板前后角落处日久而有沉淀物沉积，或者有强腐蚀作用，这些都会使管道的流通截面积发生渐变及引压导管管路的泄漏和脏污，造成流量测量的误差。