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摘要：主要介紹了差壓式流量測量系統的特點，通過分析該系統的維護和使用現狀，以及使用運行工況與設計工況偏離時對系統測量準確性與可靠性的影響，認為系統的軟維護是極其必要的，并提出了完善化建議。
關鍵詞：差壓式；流量測量；系統；準確性；可靠性；軟維護
Abstract: This paper mainly introduces the characteristic of differential pressure system for flow measurement. By analyzing the maintenance and the used conditions of the system, and the effect on accuracy and reliability of the system when there exist the design and run deviations, the soft-behalf of system is absolutely necessary, and many integrated suggestions are proposed.
Key words: Differential pressure; Flow measurement; System; Accuracy; Reliability; Soft-maintenance

1  引言

    差壓式流量測量系統是指利用差壓原理進行流量測量的一種流量測量系統。該系統是當今世界上比較可靠的流量測量方式之一，它一般由節流裝置（差壓發生器）、差壓變送器（差壓計）以及流量積算儀等二次儀表組成。這種流量測量系統的特點是：
    (1)  原理及理論研究非常成熟；
    (2)  標準化程度較高，有GB/2624和ISO5167標準文件；
    (3)  結構簡單，成本低，維護費用低；
    (4)  對環境適應能力強；
    (5)  如果維護管理得當可以得到較高的測量準確性與可靠性。
    上述這些特點是其他形式的流量計所無法比擬的，因此在流量測量中差壓式流量儀表占有較高的比重，約85%左右。近年來雖然有一些新型的流量儀表投放市場，但是，由于結構、造價、使用條件等方面的原因，仍然未能動搖差壓式流量儀表在流量測量中的地位。因此對該種測量系統的正確使用和維護保養仍然是值得自動化儀表專業人員重視的問題。

2  差壓式流量測量系統軟維護的必要性

    目前使用中的差壓式流量測量系統，由于受維護人員專業技術水平的限制，大部分僅僅限于對硬件的管理和維護。主要工作內容不外乎檢查節流裝置即差壓發生器脈沖導壓管閥門有無泄漏堵塞，流量積算儀等數據處理器工作是否正常并定期對其進行校驗等。若以上維護檢查未發現問題，即使系統顯示的數據有明顯的偏差，一般也認定系統是正常的。
    筆者認為，對差壓式流量測量系統的使用維護，僅限于對硬件的管理和維護是遠遠不夠的，更重要的是要對系統進行軟維護。所謂軟維護，就是對差壓式流量測量系統運行的工況參數進行跟蹤分析、研究計算，根據計算結果對系統的技術參數進行反復修正，使它盡可能接近實際運行工況。事實上軟維護是一個使系統技術參數無限接近實際運行工況的過程。
    對于任何一套差壓式流量測量系統，它的設計計算都是根據需方提供的介質種類、溫度、壓力、流量、管道幾何尺寸等工況參數進行的，也就是根據一組需方提供的參數計算并設計制造一套流量測量系統，該套系統只有在設計計算采用的工況下運行，才能保證測量結果的準確性與可靠性。若實際使用工況偏離設計工況，系統測量數據就不能保證準確性與可靠性。而實際使用中的差壓式流量測量系統大部分與設計工況不同，有的甚至相差懸殊。因此必須對其進行軟維護，而且這種軟維護應貫穿于系統使用的全過程。

3  使用運行工況與設計工況偏離對系統測量準確性與可靠性的影響

3.1  實際運行流量值偏離設計值

    實際運行流量值偏離設計流量值，這是經常出現的問題。在多數情況下，設計流量值定的都比較高，但實際運行流量值較低。對系統測量準確性與可靠性的影響原因主要有：
    (1)  由于節流裝置的準確度與可靠度是按常用流量計算的，常用流量一般是刻度流量的70~80%左右，如果偏離常用流量較遠，就會引起流出系數C較大的變化，那么它的準確度與可靠度就會大大降低，從而引起系統測量的準確性與可靠性差。
    (2)  差壓變送器（差壓計）的可靠度是按引用誤差計算的，它的誤差分布如表1所示。

表1  差壓計誤差分析表（差壓計按0.5級）

  
    由表中可以看出，若系統在50%以下運行，差壓計的相對誤差在±1%～±6%，對流量的影響±1%～±3%。同時由于雷諾數是流量值的函數（見下文公式），流量值偏離必定引起雷諾數的變化，這樣必然引起流出系數C的變化。這些影響集中在一起，那么累計誤差是比較大的。這樣也會引起系統測量的準確性與可靠性差。

3.2  介質溫度壓力偏離設計值

    在節流裝置設計計算時，對介質流體（包括氣體、液體和蒸汽）流量是設計工況下的質量流量（或體積流量），也就是某特定條件下的質量流量（或體積流量），這特定條件包括的參數很多，主要是溫度和壓力參數。在這特定的條件（溫度、壓力等）下介質流體的密度是一定的，如果在實際運行時介質流體的溫度、壓力等主要參數值偏離設計值，介質流體的密度必然也會改變。流量計算公式為
    qm={C/(1－β4)0.5}×(επd2/4)×(2ρ△P)0.5
      =(π/4)?αεd2(2ρ△P)0.5                     (1)
    式(1)中，qm為質量流量；β為節流件內徑與管道內徑之比；C為流出系數；α=C/(1-β4)0.5為流量系數；ε為節流件上游流體的可膨脹性系數；d為工作狀態下節流件的內徑；△P為節流件上、下游的靜壓差；ρ為節流件上游流體的密度。
節流裝置（由孔板構成）的流出系數C由Stolz方程給出。當采用角接取壓時：
    C=0.5959+0.0312β2.1-0.1840β8+0.0029β2.5(106/ReD)0.75       (2)
    式(2)中，ReD為管道雷諾數，ReD=4qm/πμD；μ為流體動力粘度；D為管道內徑。
    從上述計算公式可以看出，介質流體的密度改變，對流量值的影響是很直觀的。另一方面，為了工藝操作的方便，儀表指示值給出的是標準狀態下的體積流量，這是根據介質流體的密度換算出來的。而介質流體的密度改變使其換算關系也改變。兩種影響都會引起節流裝置測量誤差的增大。在有些流量測量系統中增加溫度壓力校正環節的作用正是為了降低這種影響。當然，影響流量測量的因素很多，不是僅僅進行溫壓補償就可以的，溫壓補償僅是保證測量盡可能準確的一種手段。
    在節流裝置的國家標準中規定：假設未經標定的節流裝置與已經充分實驗的節流裝置幾何相似和動力學相似，亦即符合本標準的要求，在本標準規定的不確定度之內。按照此原則設計制造的節流裝置，若實際使用的工況與設計計算采用的值相差較大，動力學相似的條件就得不到滿足，不確定度也就不在規定之內，亦即準確性與可靠性無法保證。
    差壓式流量測量系統在實際使用時影響系統測量準確性與可靠性的因素比較多，以上只對影響比較大的兩個方面進行了分析。為了使用好差壓式流量測量系統，維護管理人員應該對系統運行情況進行跟蹤調查研究，發現問題及時解決。對于規模比較大的物料流量計量系統，應站在整個系統物料平衡的高度，來對流量計量系統的每個測量點進行分析研究，計算出每個測量點的流量值的控制范圍，反復研究測量值與控制范圍的差距，查找數據偏離的原因并加以解決。這樣可以進一步提高流量測量的準確性，為生產經營提供較可靠的計量數據。

4  軟維護的要求

    差壓式流量測量系統的軟維護管理是一項技術性比較強的工作，應安排有一定專業技術水平的人員從事該項工作。其工作內容主要包括：
    (1)  收集保管好系統的設計、計算、制造安裝等各種技術文件資料。
    (2)  在系統運行穩定后，對系統的工況進行調查分析研究。若發現運行工況偏離設計值，可根據計算結果對系統進行調整。
    (3)  對工況變化頻率較高的系統，可以增加溫度壓力校正環節。如果條件允許，可利用計算機來進行適時的在線修正。在實際應用中可考慮開發一些使軟維護容易實現的系統軟件，這樣也可以使流量測量系統的整體技術水平得到很大提升。
    (4)  在系統軟維護的過程中，要注意隨時汲取教訓，總結經驗，不斷提升自己的軟維護水平，同時要結合系統的硬件維護，把系統的維護工作做全面、細致，保證系統正常運轉。

5  結論

    隨著企業全面走向市場，企業生產經營管理將進一步深化，流量計量越顯重要。自動化儀表專業人員必須從軟、硬兩方面加強流量測量系統的維護，才能滿足企業的要求，使流量計量發揮重要作用。

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