A+K平衡流量計簡介以及測量不準確性分析

黃勝強 贠有謀

摘? 要：A+K平衡流量計（BFM）對傳統節流裝置進行了極大的改進，將節流原理由邊緣節流改為平衡節流。該文主要介紹A+K平衡流量計的結構與原理，通過分析流量計計量的數據，結合現場實際情況分析測量不準確的具體原因，并進行深入探討及提出整改方案。A+K平衡流量計是一款公認的低溫液體計量流量計，應用于多數液氮、液氧流量測量。該文研究此流量計的結構、原理，并且結合現場實際使用情況重點分析此流量計在正常使用時產生不準確性的原因并進行分析，以及根據實際使用情況提出個人建議及整改措施。

關鍵詞：流量計? 結構與原理? 不準確性? 整改措施

中圖分類號：TH81? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1672-3791（2020）09（b）-0069-03

Introduction to A+K Balanced Flowmeter and Analysis of Measurement Inaccuracy

HUANG Shengqiang? YUN Youmou

（Putian Haifa New Energy Co.， Ltd.， Putian， Fujian Province， 351156? China）

Abstract： A+K balanced flow meter （BFM） has greatly improved the traditional throttling device， and changed the throttling principle from edge throttling to balanced throttling. This article mainly introduces the structure and principle of the A+K balance flowmeter， analyzes the data measured by the flowmeter， and analyzes the specific reasons for the inaccurate measurement in conjunction with the actual situation on the spot， and conducts in-depth discussions and proposes rectification plans. A+K balance flowmeter is a recognized low-temperature liquid metering flowmeter used in most liquid nitrogen and liquid oxygen flow measurement. This article studies the structure and principle of this flowmeter， and focuses on analyzing the reasons for the inaccuracy of this flowmeter during normal use and combining with the actual use on site， and making personal suggestions and corrective measures based on the actual use.

Key Words： Flowmeter; Structure and principle; Inaccuracies; Corrective measures

1? A+K平衡流量計結構

平衡流量傳感器是一個多孔的圓盤節流整流器，安裝在管道的截面上，每個孔的尺寸和分布是基于特殊的公式和測試數據而定制的，稱為函數孔。當流體穿過圓盤的函數孔時，流體將被平衡整流，渦流被最小化，形成近似理想流體，通過取壓裝置，可獲得穩定的差壓信號，根據伯努利方程計算出體積流量、質量流量。

即，一套完整的平衡流量計計量裝置=節流裝置+壓差變送器+顯示裝置。結構具體見圖1。

2? A+K平衡流量計工作原理

A+K平衡流量計工作原理是基于密封管道中的能量轉換原理：在理想流體的情況下管道中的流量與差壓的平方根成正比;用測出差壓值根據伯努利方程即可計算出管道中的流量。

差壓式流量計計算公式：

Q v = CεΑ/sqr（2ΔP/（1-β4）/ρ1）? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

其中：C為流出系數;

ε為可膨脹系數;

Α為節流件開孔截面積;

ΔP 節流裝置輸出的差壓;

β為直徑比;

ρ1為被測流體在I-I處的密度。

伯努利方程：

（2）

伯努利方程是由能量守恒推導而出，它僅適用于粘度可以忽略、不可被壓縮的理想流體。根據能量守恒定律，流體因受力所得的能量+流體因引力做功所損失的能量=流體所得的動能。推論為：等高流動時，流速大，壓力就小。

3? A+K平衡流量計優點

測量精度高、直管段要求低、永久壓力損失低、量程比寬、重復性和長期的穩定性好、測量范圍寬、適用范圍廣等。

3.1 直管段

直管段指流量計前后無彎曲的管段。平衡流量計由于流場穩定，且壓力恢復比傳統節流裝置快兩倍，大大縮短了對直管段的要求。傳統直管段需要前5D，后3D的要求，而A+K平衡流量計的直管段可以小至0.5D～2D，具體參數根據廠家提供的安裝要求。

3.2 節流裝置

圖2是焊接式節流裝置，型號：AKFWD001*11MBM/CDEF。

節流裝置中主要的構件是函數孔，函數孔即節流整流裝置中的圓盤上的孔，具有分流與整流的特點，當流體穿過圓盤的函數孔時，流體將被平衡整流，渦流被最小化，形成近似理想流體。具體見圖3。

3.3 EJA110A差壓變送器

A+K平衡流量計的變送器——EJA110A差壓變送器。由單晶硅諧振式傳感器上的兩上H形的振動梁分別將差壓、壓力信號轉換成頻率信號，送到脈沖計數器，再將兩頻率之差直接傳遞到CPU進行數據處理，經D/A轉換器轉換為與輸入信號相對應的4～20mADC的輸出信號，并在模擬信號上疊加一個BRAIN/HART數字信號進行通信。具體見圖4。

3.4 引壓管

引壓管處于節流裝置與變送器之間，將函數孔前后壓差引到EJA110A差壓變送器。長度足夠的引壓管可以使管內液體氣化均勻，盡可能地減少氣液兩相體，保證變送器取值的準確性。具體見圖5。

4? 不準確性分析及建議整改措施

根據平衡流量計原理，在正常使用此平衡流量計的前提下，產生誤差有以下幾個方面原因。

4.1 管道中存在雜物

管徑為DN25，β值為0.6，現場管道口徑小，如果有雜物存在就會在節流裝置前堵塞，造成流過節流孔差壓過大，引起測量值虛高。

建議整改措施：拆開流量計檢查節流裝置函數孔是否有臟物堵塞，若有臟污對管線進行吹掃，確保管線內無雜物，在條件許可時可盡可能多次吹掃。

4.2 直管段過短

平衡流量計直管段在安裝時應保持上游3D（D為管道公稱直徑），下游3D。直管段過短會擾動液氮經過取壓裝置時的流暢性，導致原有液氮形態不能迅速恢復，在節流裝置前后形成渦流，最終影響流量計測量的準確性。

建議整改措施：對流量計的直管段進行更換，保證流量計上、下游直管段長度達到3D的要求。

4.3 引壓管過短

液體在流量計取壓口出來迅速氣化，實際在引壓管內就有可能存在氣液兩相體，影響測量的準確性。壓力變送器不能承受-190℃的低溫，必須保證到達壓力變送器的介質溫度在常溫以上。因此較長的引壓管，引壓管無彎曲部位，可以消除管內相體脈動，確保引壓管內只有單相體存在。

建議整改措施：增加引壓管長度至3m。

5? 結語

通過研究A+K平衡流量計的結構與原理，結合現場安裝情況和實際使用情況得出流量計測量不準確原因：管道存在雜物、直管段過短、引壓管過短。根據不同的原因提出不同的整改措施：清理管線雜物、更換直管段、更換引壓管，采取以上整改措施現場流量計的測量更加的精確，從而保證了對液體用量的實時監控，控制原料成本，真正做到降本增效。

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