sgin流装置算导则.doc

目 录　　序言……………………………………………………………………………2　　1　名词和术语 ………………………………………………………………4　　2　符号和单位 ………………………………………………………………5　　3　节流装置计算 ……………………………………………………………6　　3.1　节流装置计算的约束条件(ISO 5167)………………………………6　　3.2　管道雷诺数ReD 的计算 ………………………………………………7　　3.3　气体膨胀系数 e 的计算 ……………………………………………8　　3.4　流出系数C的计算 ……………………………………………………8　　3.5　节流装置的选型计算…………………………………………………8　　3.6　节流装置的使用计算…………………………………………………11　　3.7　节流装置选型说明……………………………………………………12　　4　附录　　4.1　Intools 节流装置计算程序…………………………………………12　　4.2　程序的使用说明………………………………………………………12　　4.3　Intools节流装置计算公式 …………………………………………14　　4.4　InstruCalc 节流装置计算程序 ……………………………………23　　4.5　节流装置计算的标准…………………………………………………27序言　　在流程行业中流量测量具有非常重要的意义，工艺过程的物料平衡和能量平衡无不依赖于精确的流量测量和控制。

在长期的工程实践中，人们总结出了许许多多流量测量的方法但在工程中应用最广泛的测量方法还是根据流体经过节流时压差的变化来测量流量，即利用节流装置和差压变送器来测量流量流体经过节流件时，节流件上下游的压差与流量之间具有确定的关系，利用这一关系，通过测量经过节流件的压差来测量流量压差与流量之间的关系可以通过柏努利方程推导得出这种流量测量方法很早就已经使用，不同组织先后进行过大量的流量测量实验、发布了流量测量数据，ISO 国际标准化组织还制定了ISO 5167标准、规定了测量的使用条件、计算公式和误差估算使得采用该标准建立的流量测量系统具有一定的精确性和复现性，并且测量的不确定度可以预测需要说明的是流量与压差的开方之间的线形关系是有条件的用户可以参看3.1节《节流装置计算的约束条件(ISO 5167)》的说明　　采用节流装置配用差压变送器来测量流量包含这样一个假设，即流量与压差的开方之间具有线形关系而实际情况是由于流量系数a (或流出系数C)并非恒定的，它是与管道雷诺数有关的一个变量、而管道雷诺数又与流量具有线性关系这就是说不同工况 (流量)下，由差压变送器测出的流量本身就存在误差，并且误差的分布是不同的。

ISO标准和AGA标准推荐Beta值为0.55左右，在这一取值范围内系统的误差较小这种系统误差对测量的影响包含在节流装置测量的不确定度的分析中，而且雷诺数的变化对流出系数C的影响可以参看《3.4 流出系数C的计算》一节由于流出系数C引入的误差在整个测量误差中占有很小比例，因此在使用状态下，由节流装置和流量变送器组成的测量系统所测量的流量可以近似地作为实际流量在节流装置选用计算时，在确定孔径比Beta值后，通常要计算采用该孔径比的节流装置进行测量的不确定度此外还有许多因素影响着流量测量的精度，例如流体的流动状况对流量测量的影响在雷诺Re小于2000时，流体处于层流状态在层流状态下流量与压差近似成线性关系在雷诺Re大于40000时，流体处于湍流状态、由于湍流状态下流体具有充分发展的流动剖面、流速的分布比较均匀，在满足节流装置的其他约束条件下，流量与压差的开方成比例关系界于湍流和层流状态之间的过渡流状态其流量与压差之间没有确定关系流体的流量测量只有在湍流状态下才是有意义的换句话说，必须保证流体在正常流量下管道雷诺数大于限定最小雷诺数用户可以参看3.1节《节流装置计算的约束条件(ISO 5167)》,以了解影响流量测量的各种因素、以及它们对流量测量的不确定度的影响。

本导则并不进行节流装置理论计算的探讨，而是面向工程设计人员的生产实践，希望能对其计算、选型工作给予帮助考虑到设计人员广泛使用Intools 和InstruCalc计算程序，我们在附录中提供了这些程序的使用说明和计算公式目前在节流装置计算方面主要有下面一些标准：ISO 5167-1 1980/1991《流量测量节流装置用孔板、喷嘴、和文丘里管测量充满圆管的流体流量》GB/T2624-93British standard 1042. (1989)ANSI/API 2530 (1991) [AGA Report 3] (AGA 美国天然气协会)　　此外对某些非标准节流装置采用了R.W. Miller所著《流量测量工程手册》中的计算公式该流量测量手册的英文全称为:《Flow Measurement Engineering Handbook》 by R.W. Miller, edition (1996)由于ISO 5167 标准是由国际标准化组织ISO所制定,并且在国际上被广泛接受和使用本导则中使用的名词术语、计算公式将主要依据ISO 5167 标准对于采用其他标准的节流装置计算公式一般都给出遵循的国际(内)标准，注：　ISO 5167-1标准是由ISO /TC30“封闭管道中流体流量的测量” 技术委员会的SC2 “差压装置”分技术委员会制定，该标准的总题目(Topic)为：“用差压装置测量流 体流量”。

1 名词和术语　　1.1　差压　　在考虑节流装置取压口上下游之间的高度差之后，在一次装置上游的静压P1 和下游（或文丘里管喉部）的静压P2 间的差值，ISO 5167标准中规定了各种节流装置和取压方式的取压口的位置只有从满足规定的取压口中测出的压力才能作为P1 、P2 　　1.2　节流孔(或喉部)　　一次装置中横截面积最小的开孔,标准节流装置的节流孔是圆的，并且与管线同轴　　1.3　雷诺数 ReＤ　　表示惯性力和粘性力之比的无量纲的参数　　1.4　等熵指数κ　　在基本可逆(等熵)转换条件下，压力的相对变化对密度的相对变化之比等熵指数K随气体的性质及温度和压力而变化，由于许多气体的等熵指数K没有公布过, ISO 5167标准允许使用理想气体的比热比来代替等熵指数κ计算流量　　1.5　流出系数C　　对不可压缩流体理论计算的流量与实际测量的流量存在偏差，为了补偿这种偏差，引入流出系数C，其定义式为：Q实际=C * Q理论流出系数的计算式为：流量系数a 与流出系数C的关系为：a= C *（1/）对于给定装置的流出系数C仅仅与雷诺数有关，对于不同的装置，只要这些装置是几何相似的、并且流动都是以相同的雷诺数来表征的，则C的数值是相同的。

　　1.6　膨胀系数　e对可压缩流体(气体)由于流体可压缩性、理论计算的流量要小于实际测量的流量通过引入的修正系数e来补偿流体可压缩性的影响对不可压缩流体，其膨胀系数 e = 1，而对可压缩流体膨胀系数 e ＜ 1 气体膨胀系数 e 取决于差压、静压、和等熵指数　　1.7　不可恢复压力损失流体经过节流件时，从节流件上游到缩流处(Vena Contracta),由于流通面积缩小、流速增加，压力减小而由缩流处到节流件下游，流速被恢复而压差不能完全被恢复，存在一部分压力损失与流体经过节流件的压差不同，不可恢复压力损失反映了流体经过节流件时的能量损失，并且这部分能量损失是由于在忽略流体位能变化后，在速度头和压头之间的机械能转化时，有一部分机械能以热能的形式散失了从不可恢复压力损失的定义看，节流件下游的压力应该从不包含其他阻力件、并且具有很长直管段上取压为了方便起见通常选择节流件上游1D和下游6D处的静压的差值作为不可恢复压力损失而流体经过节流件的压差或压降，却是为流量计算而测量的不同的流量元件、不同的取压方式对压差测量的要求是不同的例如径距取压要求上游取压口在孔板上游1D处, 下游取压口在孔板下游D/2处。

不同的流量元件及其取压方式对应着不同的计算公式由此可见压差和不可恢复压力损失的概念、作用和测量方法是不同的2　符号和单位qm 质量流量 kg/sqv 体积流量 m/sDP 差压 PaP1 节流装置上游流体静压 Pa(A)P2 节流装置下游流体静压 Pa(A)l 取压口间距 mL 相对取压口间距l/D D 操作温度下的内径 md 孔板的直径 mr 操作密度 kg/m3 动力粘度 Pasn 运动粘度 m2/sReD 雷诺数 b 孔径比 C 流出系数 t 流体温度 ℃e 气体膨胀系数 U 流体的平均轴向速度 m/sκ 绝热指数 g 比热比 注：g 是定压比热与定容比热之比，对理想气体，比热比等于其等熵指数3　节流装置计算　　3.1　节流装置计算的约束条件(ISO 5167)　　我们将影响节流装置计算的因素概括为：流体性质、流动状态及流量元件的安装要求三方面，并分别介绍如下：流体性质：　　ISO 5167标准适用于可压缩流体(气体)和不可压缩流体(液体),并且流体应可以视为在物理学和热力学上是均匀和单相的。

在工程设计中遇到的大部分流体是混合溶液，当该混合溶液具有高度分散的特点时，可以被视为单相流体　　按照该标准计算节流装置的孔径比b、差压上限、和质量流量(或体积流量)时，需要已知流体工作状态下的密度和粘度对不可压缩流体，当压差选取不当时，在流体经过节流件后的缩流处，可能由于压力低于该温度下的液体蒸汽压，部分液体产生汽化这种汽-液两相状态属于热力学不稳定状态，并且也违反了ISO标准关于流体是均匀和单相的的约定在节流装置的选型计算中应该避免出现这种情况流动状态：　　流量应该是恒定的，或流量只随时间做微小和缓慢的变化本标准不适用于脉动流的流量测量　　流体的流动状态是用雷诺数Re来表征的,对于雷诺数Re ＞ 40000的湍流情况，流量与差压的开方具有确定关系节流装置的计算和流量测量都是基于此的当雷诺数Re ＜ 2000时，流体处于层流状态，流量与差压近似线形关系而处于中间状态的过渡流，流量与压差不再具有上面的关系利用流量与差压的开方成比例的计算方法和测量手段将会导致很大的误差　　由于上面谈到的流体的流动状态对测量精度的影响，ISO 5167-1标准和GB/T2624-93 都采用最小雷诺数作为判据，并且不同孔径比b对应的最小雷诺数是不同的，在有关的文档中包含不同取压方式下孔径比b和最小雷诺数对照表，设计人员可以查表得到。

当使用如Intools计算程序时，程序会自动从数据库中查找该孔径比b值对应的最小雷诺数，如果计算的管道雷诺数小于最小雷诺数系统会给出相应的提示由于仪表设计人员无法改变流量值、无法调整管径，他们通常要向工艺专业反馈这一信息，强制计算可能导致孔板在使用中测量误差非常大　　此外流量测量要保证流体经过节流装置不发生相变,如果由于通过节流件的压降导致出现两相流，就违反了前面的约束-即流体在物理学和热力学上是均匀、单相的在出现相变时，通过节流件的质量流量要小于按不可压缩流体理论计算的数值并且在出现汽液相平衡时质量流量达到一个稳态值因此使用不可压缩流体的计算公式会导致较大的误差。