1、概述
1.1 差压流量计简介
在石油、化工、冶金、电力、轻工、轻纺、科研、军工等行业的生产过程中，至今仍大量地使用着各种类型的差压流量计进行流量的测量、控制和调节。虽然近年来出现了电磁流量计、旋涡流量计等新式仪表，但由于差压流量计具有结构简单、牢固、工作可靠、性能稳定、精确度适中、价格优廉等优点，使用其用量仍占绝对优势。
所谓差压式流量计是指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测量流量的仪表。差压流量计由一次装置（节流装置）和二次仪表（差压转换和流量显示仪表）组成。特别是新近出现的智能型差压变送器与节流装置做成一体化，不仅给安装带来了很大方便和利益，用户不用敷设安装管线，并且可以实现温度、压力的自动补偿、故障诊断、量程范围非常宽、现场量程调整、与上位机通讯等功能，更加扩大了节流装置的适用范围。
1.2 流量计分类
以检测件的型式对差压流量计分类—可分为孔板流量计、文丘里管流量计、喷嘴流量计、均速管流量计等。
以检测件的作用原理对差压式流量计分类—可分为节流式、动压头式、水力阻力式、离心式、动压增益式和射流式等几大类，其中以节流式和动压头式应用最为广泛。
以检测件的标准化程度对差压流量计分类—可为标准型和非标准型两大类。所谓标准节流装置是指按照标准文件设计、制造、安装和使用，无须经实流校准即可确定其流量值并估算流量测量误差，非标准节流装置是成熟程度较差，尚未列入标准文件中的检测件。
1.3 流量计测量要求
1、流体必须充满管道，并且流动时连续的。
2、流体必须是牛顿流体（例如普通的水、酸、碱溶液、过热蒸汽、各类气体、干饱和蒸汽），流体在节流装置附近不应发生相态变化（由液态表气态或反之）；流体应当是单相的（气相或液相）或者可以看作是单相流体，例如气体流中有不超过2%（质量成分）均匀分散的固体微粒、液体流中有不超过5%（体积成分）均匀分散的气泡。
3、流体在流经节流装置前，其流束必须与管道轴线平行，不得有旋转流或偏心流，不得是脉动流或临界流。
- 测量原理
2.1 基本原理
充满管道的流体，当它流经管道内的节流件时，如图2.1所示，流速将在节流件处形成局部收缩，因而流速增加，静压力降低，于是在节流件前后便产生了压差。流体流量愈大，产生的压差愈大，这样可依据压差来衡量流量的大小。这种测量方法是以流动连续性方程（质量守恒定律）和伯努利方程（能量守恒定律）为基础的。压差的大小不仅与流量还与其他许多因素有关，例如当节流装置形式或管道内流体的物理性质（密度、粘度）不同时，在同样大小的流量下产生的压差也是不同的。
2.2 流量方程
根据流动连续性方程（质量守恒定律）和伯努利方程（能量守恒定律）可得流量基本方程式：
式中
qm：质量流量，kg/s
qv：体积流量，m3/s
C：流出系数；
e：可膨胀性系数；
β：直径比，β=d/D；
d：工作条件下节流件的孔径，m；
D：工作条件下上游管道内径，m；
△P：差压，Pa；
Ρ：上游流体密度，kg/m3。
3、主要产品类别
3.1、标准孔板
这是一类规格最多的标准节流装置，是节流装置中结构最简单、适应性最强的一种产品，广泛使用在各种流体特别是气体流量测量中。标准孔板按照取压方式可分为角接取压（包括环室取压和单独钻孔取压两种）、法兰取压、径距取压（D-D/2）三种类型。
角接取压——包括环室取压和单独钻孔取压两种
- 环室取压
3.2环室取压标准孔板结构（DN≤400，PN≤2.5MPa）
3.3环室取压标准孔板结构（DN≤400，PN≤6.3MPa）
3.4环室取压标准孔板结构（DN≤400，PN≤10MPa）
3.5环室取压标准孔板结构（DN≤400，PN≤32MPa）
- 单独钻孔取压（DN不受限制）
3.6单独钻孔取压标准孔板结构 3.7单独钻孔取压标准孔板结构
（DN≤1800，PN≤10MPa） （DN≤400，PN≤6.3MPa）
法兰取压
法兰取压比角接取压具有装配简单、安装方便、容易排除取压口处的脏污介质等优点，广泛应用于石油、化工等行业各种介质的流量测量、控制和调节。
3.8法兰取压标准孔板结构（DN≤1000，PN≤2.5MPa）
3.9法兰取压标准孔板结构（DN≤500，PN≤4.0MPa）
3.10法兰取压标准孔板结构（DN≤400，PN≤10MPa）
3.11法兰取压标准孔板结构（DN≤250，PN≤32MPa）
径距取压
该方式应用较少，具体结构请咨询厂家
3.2、标准喷嘴
喷嘴流量计有悠久的历史背景，各种试验数据齐全。结构简单，无可动部件、长期使用稳定可靠，丰富的设计制造和应用经验。标准化程度高，可不必进行实流标定。标准喷嘴有可靠的实验数据和完善的国际、国家标准。在国外和国内有着其固有的巨大市场，用户熟悉、数据完善；遵循国际标准计算与加工、使用灵活方便；是国内目前流量测量中应用最广泛的差压式流量计之一，在石油、化工、矿冶、钢铁、电力、水利、造纸、制药、食品和化纤等许多行业中被广泛使用。
标准喷嘴有两种结构形式：ISA 1932喷嘴和长径喷嘴。其设计、制造符合国际标准ISO5167或国家标准GB/T2624，由于其入口部分似乎圆弧形，比较耐磨损，常用于高温高压流体（如过热蒸汽、蒸汽主给水等）。
A、ISA 1932喷嘴（3.4） 上游面由垂直于轴的平面、廓形为圆周的两段弧线所确定的收缩段、圆筒形喉部和凹槽组成的喷嘴。ISA 1932喷嘴的取压方式仅角接取压一种。
主要技术参数
- 公称通径： DN50 – DN500
- 依据国家标准GB/T2624-93进行设计制造
- 依据国家检定规程JJG 640-94进行出厂检定
- 取压方法： 角接取压、法兰取压
- 基本精度： ±0.5%、±1%、±1.5%
- 流量范围： ≥ 1:15
- 公称压力： 0.6、1.0、1.6、2.5、4.0、6.4、10、16、32（MPa）
- 被测介质： 水、空气、天然气、饱合蒸气、过热蒸气、其它混合介质
- 被测介质温度：常规-10℃~+450℃，超出后请咨询厂家
3.13角接取压标准喷嘴结构（DN≤500，PN≤2.5MPa） 3.14角接取压标准喷嘴结构（DN≤400，PN≤10MPa）
3.15角接取压标准喷嘴结构（DN≤500，PN≤10MPa） 3.16角接取压标准喷嘴结构（DN≤400，PN≤32MPa）
B、长径喷嘴（图3.17） 上游面由垂直于轴的平面、廓形为1/4椭圆的收缩段、圆筒形喉部和可能有的凹槽或斜角组成的喷嘴。教耐腐蚀，常用于高温高压流体（如过热蒸汽、锅炉主蒸汽、化工溶液等）的测量。广泛应用在电力行业的主蒸汽、核电行业主给水等高温高压流体的测量。
长径喷嘴的取压方式仅D-D/2取压一种。
主要技术参数
- 公称通径： DN50 – DN600
- 依据国家标准GB/T2624-93进行设计制造
- 依据国家检定规程JJG 640-94进行出厂检定
- 取压方法： 径距取压
- 基本精度： 2%
- 流量范围： ≥ 1:15
- 公称压力： 0.6、1.0、1.6、2.5、4.0、6.4、10、16、32、42（MPa）
- 被测介质： 水、空气、天然气、饱合 图3.18长颈喷嘴结构示意图（DN50-600，PN≤42MPa）
蒸气、过热蒸气、其它混合介质
- 被测介质温度：常规-10℃~+450℃，超出后请咨询厂家
3.3、经典文丘里管
经典文丘里管又称古典文丘里管。习惯称呼标准文丘里管。符合lS05167或GSfT2624标准。用于测量封闭管道中单相稳定流体的流量,常用于测量空气、天然气、煤气、水等流体的流量。
经典文丘里管特点：
- 结构简单，耐用，性能稳定。
- 压力损失小，节约流体输送所需的能源。
- 在通径50～1200范围内．不需要实流标定。超出这个范围，可以参比设计制造。当需要较高精确度时，可进行实流标定。
- 本体安装尺寸较长，对大口径仪表，不便于运输安装。
经典文丘里管主要技术参数：
- 公称通径(mm)：DN50一DNl200（～2600）
- 公称压力(MPa)：0 25～4 0(～6 3)
- 精确度(不确定度)：±1％～±1 5％
|
类型 |
公称直径 |
节流孔径比β |
雷诺数范围 |
材质 |
|
粗铸收缩段 |
100mm≤DN≤800mm |
0.3≤β≤0.75 |
2×105≤Re ≤2×106 |
铸铁或铜 |
|
机械加工收缩段 |
50mm≤DN≤250mm |
0.4≤β≤0.75 |
2×105≤Re ≤2×106 |
碳钢或不锈钢 |
|
粗焊铁板收缩段 |
200mm≤DN≤1200mm |
0.4≤β≤0.7 |
2×105≤Re ≤2×106 |
碳钢或不锈钢 |
经典文丘里结构
经典文丘里管的轴向截面见上图。它是由入口圆筒段A、圆锥收缩段B、圆筒形喉部C、圆锥扩散段E组成。圆筒段A的直径为D，其长度等于D；收缩段B为圆锥形，并有21°±1°的夹角；喉部C为直径d的圆形筒段，其长度等于d；扩散段E为圆锥形，扩散角为7°~15°。
3.4、限流孔板
限流孔板用于降低管道的压力，或用以限制管道内流体的流量。按照国际标准ISO 5167进行选型计算，获取开孔尺寸，技术成熟并适合大部分管道尺寸，通常安装固定在两片管道法兰之间，用合适的垫片密封，用螺栓固定。产品系列中可以提供满足RTJ形式法兰的限流孔板。
尺寸
我们推荐使用带手柄的限流孔板，以方便安装和拆卸，并打印有永久针式标记，注明限流孔板的尺寸、材质、开孔等基本信息。
限流孔板外径等于连接法兰的螺栓中心圆直径减去螺栓直径，以确保限流孔板的精确对中。限流孔板厚度取决于管径大小和差压大小，其厚度应足以防止孔板在操作条件下的弯曲。推荐限流孔板厚度如图5.1所示。
材料
标准材料包括316不锈钢，304不锈钢，310不锈钢，哈氏合金C276，哈氏B3，双相不锈钢，超级双相不锈钢，蒙乃尔400，碳钢，钛，镍600，钽，PTFE和PVDF等。其他特殊材质需求请咨询销售代表。
3.5、内藏孔板
这类孔板是将孔板与一段测量管做成一体，一般用于小管径（ DN<50mm ）所以又称之为小管径孔板。当 DN=50 时，属于标准孔板，可以按照国际标准ISO5167制造，DN<50时，属于非标准孔板，其流出系数可按 Stolz 公式进行计算，当精度要求在 ± 2.5% 以上时，建议进行实流标定 。
特点：
- 结构紧凑，牢固耐用，工作可靠
- 可以测量小流量，现场安装方便
- 要求配备一段精密加工的直管段（通常前5D，后2D）
主要技术参数：
- 公称通径(mm)：DN15一DNl50
- 公称压力(MPa)：≤6 3
- 精确度(不确定度)：±2 5％
4、安装
4.1、直管段要求
表4.1 孔板与阻流件之间所要求的直管段长度（无流动调整器）（数值以管径D倍数表示）
|
直径比β |
孔 板 上 游 侧 （入口） |
|||||||||||||
|
单个90o弯头两个90o弯头在任意平面（S＞30D）① |
在同一平面上的两个90o弯头，S形状(30D≥S＞10D)① |
在同一平面上的两个90o弯头，S形状(10D≥S)① |
在垂直平面上的两个90o弯头，(30D≥S≥5D)① |
在垂直平面上的两个90o弯头，(5D＞S)①② |
单个90o三通 |
单个45o弯头在同一平面上的两个45o弯头，S形状(S＞22D)① |
||||||||
|
|
A |
B |
A |
B |
A |
B |
A |
B |
A |
B |
A |
B |
A |
B |
|
0.20 |
6 |
3 |
10 |
10 |
10 |
10 |
19 |
18 |
34 |
17 |
9 |
3 |
⑤ |
⑤ |
|
0.40 |
16 |
3 |
10 |
10 |
10 |
10 |
44 |
18 |
50 |
25 |
9 |
3 |
30 |
9 |
|
0.50 |
22 |
9 |
18 |
10 |
22 |
10 |
44 |
18 |
75 |
34 |
19 |
9 |
30 |
9 |
|
0.60 |
42 |
13 |
30 |
18 |
42 |
18 |
44 |
18 |
65 |
25 |
29 |
18 |
30 |
18 |
|
0.67 |
44 |
20 |
44 |
18 |
44 |
20 |
44 |
20 |
60 |
10 |
36 |
18 |
44 |
18 |
|
0.75 |
44 |
20 |
44 |
18 |
44 |
22 |
44 |
20 |
75 |
18 |
44 |
18 |
44 |
18 |
|
直径比β |
孔 板 上 游 侧 （入口） |
孔板下游侧（出口） |
||||||||||
|
渐缩管在1.5D到3D的长度内由2D变为D |
渐扩管在D到2D的长度内由0.5D变为D |
全孔球阀或闸阀全开 |
对称突缩管 |
温度计套管或插口③直径小于0.03D④ |
前面全部阻流件类型和密度计套管 |
|||||||
|
|
A |
B |
A |
B |
A |
B |
A |
B |
A |
B |
A |
B |
|
0.20 |
5 |
5 |
16 |
8 |
12 |
6 |
30 |
15 |
5 |
3 |
4 |
2 |
|
0.40 |
5 |
5 |
16 |
8 |
12 |
6 |
30 |
15 |
5 |
3 |
6 |
3 |
|
0.50 |
6 |
5 |
18 |
9 |
12 |
6 |
30 |
15 |
5 |
3 |
6 |
3 |
|
0.60 |
9 |
5 |
22 |
11 |
14 |
7 |
30 |
15 |
5 |
3 |
7 |
3.5 |
|
0.67 |
12 |
6 |
27 |
14 |
18 |
9 |
30 |
15 |
5 |
3 |
7 |
3.5 |
|
0.75 |
22 |
11 |
38 |
19 |
24 |
12 |
30 |
15 |
5 |
3 |
8 |
4 |
- S-两个弯头分隔的间距，从上游弯头曲面部分的下游端到下游弯头曲面部分的上游端的间距。
- 恶劣的安装条件，可能的话，采用流体调整器。
- 对于其他阻流件，温度计套管的安装不会变更其上游的最短直管段长度。
- 当A栏和B栏分别增加到20D和10D时，则可安装温度计套管的直径为0.03D到0.13D。
- 此处无数据，用β=0.4的长度足够了。
注：
1．对于β＜0.2可以取β=0.2同样的长度。
2．最小直管段长度是指孔板的上下游阻流件与孔板之间的长度，该长度是从最靠近的弯头或三通的曲面部分下游末端或渐缩管和渐扩管的锥管部分下游末端测量起。
3．本表中大多数弯头其曲率半径等于1.5D，但亦可用于任意曲率半径的弯头。
4．各种阻流件中A栏的长度是指"零附加不确定度"的。
5．各种阻流件中B栏的长度是指"0.5%附加不确定度"的。
表4.2喷嘴和文丘里喷嘴所要求的直管段长度（无流动调整器）（数值以管径D倍数表示）
|
直径比β |
喷嘴和文丘里喷嘴上游侧（入口） |
下游侧（出口） |
||||||||||||||||||||
|
单个90o弯头或三通（流体仅从一个支管流出） |
在同一平面上的两个或多个90o弯头 |
在不同平面上的两个或多个90o弯头 |
渐缩管在1.5D到3D长度由2D变为D |
渐扩管在D到2D长度内由0.5D变为D |
球阀全开 |
全孔球阀或闸阀全开 |
对称骤缩管 |
温度计套管或插孔直径小于0.03D |
温度计套管或插孔直径在0.03D和0.13D之间 |
前面阻流件（后3个除外） |
||||||||||||
|
|
A |
B |
A |
B |
A |
B |
A |
B |
A |
B |
A |
B |
A |
B |
A |
B |
A |
B |
A |
B |
A |
B |
|
0.20 |
10 |
6 |
14 |
7 |
34 |
17 |
5 |
|
16 |
8 |
18 |
9 |
12 |
6 |
30 |
15 |
5 |
3 |
20 |
10 |
4 |
2 |
|
0.25 |
10 |
6 |
14 |
7 |
34 |
17 |
5 |
|
16 |
8 |
18 |
9 |
12 |
6 |
30 |
15 |
5 |
3 |
20 |
10 |
4 |
2 |
|
0.30 |
10 |
6 |
16 |
8 |
34 |
17 |
5 |
|
16 |
8 |
18 |
9 |
12 |
6 |
30 |
15 |
5 |
3 |
20 |
10 |
5 |
2.5 |
|
0.35 |
12 |
6 |
16 |
8 |
36 |
18 |
5 |
|
16 |
8 |
18 |
9 |
12 |
6 |
30 |
15 |
5 |
3 |
20 |
10 |
5 |
2.5 |
|
0.40 |
14 |
7 |
18 |
9 |
36 |
18 |
5 |
|
16 |
8 |
20 |
10 |
12 |
6 |
30 |
15 |
5 |
3 |
20 |
10 |
6 |
3 |
|
0.45 |
14 |
7 |
18 |
9 |
38 |
19 |
5 |
|
17 |
9 |
20 |
10 |
12 |
6 |
30 |
15 |
5 |
3 |
20 |
10 |
6 |
3 |
|
0.50 |
14 |
7 |
20 |
10 |
40 |
20 |
6 |
5 |
18 |
9 |
22 |
11 |
12 |
6 |
30 |
15 |
5 |
3 |
20 |
10 |
6 |
3 |
|
0.55 |
16 |
8 |
22 |
11 |
44 |
22 |
8 |
5 |
20 |
10 |
24 |
12 |
14 |
7 |
30 |
15 |
5 |
3 |
20 |
10 |
6 |
3 |
|
0.60 |
18 |
9 |
26 |
13 |
48 |
24 |
9 |
5 |
22 |
11 |
26 |
13 |
14 |
7 |
30 |
15 |
5 |
3 |
20 |
10 |
7 |
3.5 |
|
0.65 |
22 |
11 |
32 |
16 |
54 |
27 |
11 |
6 |
25 |
13 |
28 |
14 |
16 |
8 |
30 |
15 |
5 |
3 |
20 |
10 |
7 |
3.5 |
|
0.70 |
28 |
14 |
36 |
18 |
62 |
31 |
14 |
7 |
30 |
15 |
32 |
16 |
20 |
10 |
30 |
15 |
5 |
3 |
20 |
10 |
7 |
3.5 |
|
0.75 |
36 |
18 |
42 |
21 |
70 |
35 |
22 |
11 |
38 |
19 |
36 |
18 |
24 |
12 |
30 |
15 |
5 |
3 |
20 |
10 |
8 |
4 |
|
0.80 |
46 |
23 |
50 |
25 |
80 |
40 |
30 |
15 |
54 |
27 |
44 |
22 |
30 |
15 |
30 |
15 |
5 |
3 |
20 |
10 |
8 |
4 |
- 温度计套管或插孔的配置不变更其他阻流件需要的上游最短直管段长度。
注：
1．最短直管段长度是节流件上游或下游的各种阻流件与节流件之间的数值，全部直管段长度从节流件的上游端面测量起。
2．A栏为"零附加不确定长度"的长度值。
3．B栏为"0.5％附加不确定度"的长度值。
4．有些节流件不是全部β值都允许采用的。
表4.3 经典文丘里管所要求的直管段长度（无流动调整器）（数值以管径D倍数表示）
|
直径比β |
单个90o弯头① |
在同一平面上或不同平面上的两个或多个90o弯头① |
渐缩管在2.3D长度内由1.33D变为D |
渐扩管在2.5D长度内由0.67D变为D |
全孔球阀或闸阀全开 |
|||||
|
|
A |
B |
A |
B |
A |
B |
A |
B |
A |
B |
|
0.30 |
8 |
3 |
8 |
3 |
4 |
4 |
4 |
4 |
2.5 |
2.5 |
|
0.40 |
8 |
3 |
8 |
3 |
4 |
4 |
4 |
4 |
2.5 |
2.5 |
|
0.50 |
9 |
3 |
10 |
3 |
4 |
4 |
5 |
4 |
3.5 |
2.5 |
|
0.60 |
10 |
3 |
10 |
3 |
4 |
4 |
6 |
4 |
4.5 |
2.5 |
|
0.70 |
14 |
3 |
19 |
3 |
4 |
4 |
7 |
5 |
5.5 |
3.5 |
|
0.75 |
16 |
8 |
22 |
8 |
4 |
4 |
7 |
6 |
5.5 |
3.5 |
- 弯头的曲率半径大于或等于管径。
注：
1．最小直管段长度是指经典文丘里管上游各种阻流件与经典文丘里管之间的长度，直管段长度是从最靠近（或仅有）的弯头的曲面部分下游末端或渐缩管和渐扩管的追面部分下游末端测量起，它直至经典文丘里管上游取压口的平面处。
2．各阻流件A栏为"零附加不确定度"的长度值。
3．各阻流件B栏为"0.5%附加不确定度"的长度值。
4．若温度计套管或插孔安装于经典文丘里管的上游，必须不大于0.13D并设置在文丘里管上游取压口的上游至少4D处。
5．各种阻流件或其他干扰件（如表中所示）或密度计套管应设置于喉部取压口平面下游至少4倍喉径处，并不应影响测量的准确度。