课程设计报告
平衡流量计
学 院：
学科专业：
姓 名：学 号：指导教师:
起止周期：
提交日期：
摘要 21世纪的今天流量测量技术和仪表类型繁多，测量对象复杂多样，决定了流量计在应用技术上的复杂性。它不是简单地将流量计安装好，开表投运就一定能达到测量目的。在流量计使用存在现场布置和安装地不合理现象，这些布合适、不正确和不合理，带来了相应地测量误差。因此流量测量是一种强烈依赖于使用条件地测量，在实验室，涡轮流量计可以得到极高地精确度，但是在使用现场，一旦流体条件或环境条件有大的变化，不仅精确度无法保证,甚至无法进行正常测量。平衡流量计的出现很大程度上适应市场需求。
关键词：流量，测量，平衡流量计
目 录
目 录 ............................................... 3 1流量测量概述 ....................... 错误！未定义书签。
2平衡流量计 ......................................... 1
3平衡流量计工作原理 ................................. 2
4 平衡流量计特点 ..................................... 5
5平衡流量计应用 ..................................... 7
6平衡流量计安装 ..................................... 7
6.1安装方式 ....................................... 7
6.2 系统安装示意图 ............................... 10
6.3平衡阀与的安装要求..................................... 10
6.4差压变送器的安装要求.............................................11
6.5.温度、压力变送器的安装要求...................................12
7总结体会 .......................................................................13 8参考文献.......................................... 13
1、流量测量概述
在生产过程中，流量是需要经常测量和控制的重要参数之一。流量测量技术与仪表是广泛应用于工业生产过程、能源计量、环境保护、交通运输、生物技术、海洋气象、江河湖泊、科学试验等领域的必不可少的技术。流量是表征流体流过管道某一截面的数量。单位时间内流过管道截面流体的体积或质量称为流量。
一般把检测流量的仪表叫流量计，把检测总量流量的仪表叫计量表。流量是一个动态量，所以流量检测过程与流体流动状态、流体的物理性质、流体的工作条件、流量计前后直管段的长度等有关。因此确定流量测量方法、选择流量仪表，都要综合考虑，才能达到理想的测量要求。
2、平衡流量计
平衡流量计是一种革命性的差压式流量仪表，其工作原理与其他差压式流量计一样，都是基于密封管道中的能量转换原理：在理想流体的情况下管道中的流量与差压的成正比。平衡流量计几乎适用于所有流体测量，是流体测量技术的一场革命，目前平衡流量计已经广泛应用到石油、、冶金、电力、、水处理等行业。平衡流量计是第三代节流装置，这种流量计的测量精度是传统节流装置的5～10倍，流动噪声降低到1/15，永久压力损失约为1/3，压力恢复快2倍，最小直管段可以小至0.5D，没有活动
的部件，安装和使用非常方便简单，可省去大直管段，大大减少流体运行所需的能量消耗，是一种具有广阔应用前景的节能仪表。
3、平衡流量计工作原理
衡流量计的基本原理是伯努利方程，关键技术是开孔的分布和精确的加工技术。采用A+FLOWTEK公司制造图用数控机床进行精确开孔保证流体流动状态达到动量、动能和热焓等性能的平衡，这些性能是标准孔板或仿造产品所无法达到的。尽管一些仿制产品的外形相似，但由于开孔不精确，不符合制造加工精度要求将会造成测量精度的下降、压损的提高和流出系数的降低。
根据伯努利方程，流体在两点a和b的能量保持不变，即：
22(papb)/g(ZaZb)/gc(avabvb)/(2gc)hfb0(1)
对水平管道等特定情况，可简化为：
(papb)/(vv)/(2gc)0(2)
根据连续性方程，有： 2a2b
(Av)a(Av)bm(3)
因此，管道中流动截面的变化将引起压头Δp的改变，压头的改变通过差压检测元件直接检测，因此，根据截面积的改变和检测到的差压改变，就可确定流过的流体流量。即：
(papb)/
(m/Ab)2(1(Ab/Aa)2)/(2gc)
(m/Ab)2(14)/(2gc)(4)
因此，孔板的通用流量方程：
mCoYAb2gca(papb)/(14)(5)
对气体，考虑其可压缩性，有超压缩因子Y：
Y1（0.410.354)(1pb/pa)/(6)
其中，径比β可根据面积比确定
Ab/Aa1/(1S)(7)；
S(2gca(papb))(CoYAa/m)(8)
同样，对平衡流量计，有流量方程： 22
mCoYAb2gca(papb)/(14)(9)
超压缩因子Y：其中，
(pb/pa)1/
（14）[1(pb/pa)11/](10)42/1）(1pb/pa)[1(pb/pa)]
径比β与上述计算相同。
根据能量守恒，总动能不变。有：
uum[HaHb]0)(11) 2gcJ
因此，对任何流体，伯努利方程可表示为： 2a2b
maAb2gc(HaHb)J(12)baa2 a[()1]abAb
对于平衡流量计，有动量和动能的修正因子可计算。但对标准孔板，则由于流体的涡流大，使动量和动能修正因子的计算无法进行，因此，不能实现动能和动量的平衡，使精度降低。图1是标准孔板和平衡流量计的流路分布。
图1 ：标准孔板和平衡流量计的流路分布
4、平衡流量计特点
(1).测量精度高
由于平衡流量传感器具有多孔结构的特点，能对流场进行平衡，降低涡流、振动和信号噪声，流场稳定性大大的提高，表体采用特制的精密管道和专用取压装置，使精确度比传统节流装置提升了5－10倍。
经过实流标定，传感器精确度可达±0.3％、±0.5％，适用于贸易计量场合。
几何尺寸检验，传感器精确度可达±0.5％、±1.0％，适用于过程控制场合。
平衡流量计加工重复性极高，与传统节流装置一样，在实流标定数据基础上，可以实现几何尺寸检定。
(2).直管段要求低
平衡流量传感器能将流场平衡，调整稳定，且压力恢复比传统节流装置快两倍，大大缩短了对直管段的要求。大多数情况下直管段可以小至0.5D~2D，尤其对于特殊或昂贵的管道，采用平衡流量计可以省去大量的直管段。
(3).永久压力损失低
平衡流量计的对称平衡设计，减少了涡流的形成和紊流摩擦，降低了动能的损失，在同样的工况下，与传统节流装置比较，压力损失较少了70％，接近文丘里管，从而节省了相当大的运行成本，值得大量推广。
(4).量程比宽
与传统节流装置相比,平衡流量计极大提高了测量量程比.研究结果显示，雷诺数大于50000时，选择合适的孔径参数，平衡流量计无上限，根据工业测量实际应用的需要，常规测量量程比为10：1，选择合适的参数可以做道30：1或更高。
(5).重复性和长期的稳定性好
平衡流量传感器能将流场平衡稳定，使重复性大大提高,可达到±0.1％。
平衡流量计多个流通孔分散受力，无锐角磨损，其β值长期保持不变，长期稳定性非常好；整个仪表无可动部件，使用寿命比传统节流装置延长了5－10倍。
(6).耐脏污不宜堵
多孔对称的平衡设计，减少了紊流剪切力和涡流的形成，从而大大降低了死区的形成，保证脏污介质顺利通过多个孔，减少了流体孔被堵塞的机会。
(7).测量范围宽
根据实验结果，我们知道：平衡流量计的性能，使其流速可以从最小到音速，其最小雷诺数可低于200，最大雷诺数大于107；β值可选0.25～0.9。
(8)作为标准孔板的升级换代产品，以提高测量精度，节能降耗。
【示例】DN200的蒸汽管道，压力p=1MPa(表压)，蒸汽流速v=31.6m/s，蒸汽单价为0.15元/kg。原采用标准孔板，现改用平衡流量计。
根据流速v=31.6m/s，管道内径和蒸汽在1 MPa(表压)下的密度，可计算得到蒸汽质量流量为19767kg/h。由于平衡流量计仪表精度比标准孔板的精度提高0.7%，以300天/年计算（下同），则因精度提高可少付费用为：19767*0.007*24*300*0.15=149 439元/年。
这表明，由于采用高精度的平衡流量计，该系统每年就可少支付近15万元。
(9)直管段缩短，降低安装空间。
标准孔板需要足够的直管段，以提高测量精度，而平衡流量计所需直管段短，不仅减少了直管段的支出，而且因大大缩小安装空间，降低了投资成本。
(10)仪表永久压损降低，有利于降低供能设备的供能。
仪表本身是耗能设备，采用平衡流量计代替标准孔板，由于平衡流量计的永久压损是标准孔板的一半到三分之一。因此，对采用变频泵和风机的应用场合，用平衡流量计代替标准孔板时，可采用PFC控制变频电动机，降低能耗。
5、平衡流量计应用
平衡流量计工作温度，压力取决于管道和法兰的材质和等级，工作温度最高可达到850℃,42MPa。
适合极低温流体LNG，液空气，液氮，液氧，液氩，液化乙烯，液氢，液氯等，能有效防止气化，测量效果最佳。
平衡流量计可以测量汽液两相、浆料、甚至固体颗粒测量，还可以测量双向流。
平衡流量计左右完全对称，因此可以十分方便地测量双向流。 可应用于气体、液体、气液两相，液态气体、双向流、脏污介质、浆料的测量。
6、平衡流量计安装
6.1安装方式
(1)法兰连接型（法兰取压）
图
2
(2)法兰连接型（焊接式取压）
图
3
(3)对夹式
图
4
(4)直接焊接式
图
5
(5)防腐式
图
6
6.2系统安装示意图
图
7
6.3平衡阀与三阀组的安装要求 (1)平衡阀或三阀组的作用 1)调整差压变送器的零点
2)防止差压变送器的正负、压室过压 请按图8所示方法与引压管路连接。
图8 6.4.差压变送器的安装要求
⑴将平衡流量计正压则引压管导入三阀组接至差压变送器的正压室，将平衡流量计负压侧引压管导入三阀组接至差压变送器的负压室
⑵差压变送器在工艺管道上的安装位置与被测介质有关，为了获得较好的安装效果，应注意考虑下面情况
A 防止变送器与腐蚀性或过热的被测介质直接接触 B 防止渣滓在引压管内沉积，堵塞 C 正负压两侧引压管的长度应尽量相同 D 正负压两侧引压管内的液柱压头应保持平衡 E 引压管安装在温度梯度和温度波动最小的地方
⑶测量液体流量时，差压变送器应安装在被测管道的旁边或下面，以便气泡排入管道中
⑷测量气体流量时，差压变送器应安装在被测管道的旁边或上面，以便积聚的液体容易流入管道中
⑸测量蒸汽流量时，差压变送器应安装在被测管道的下面，以便冷凝水能充满在引压管中。应特别注意，测量蒸汽或其它高温介质时，要防止差压变送器接触介质的温度超过变送器使用的极限温度。
6.5.温度、压力变送器的安装要求
1、测量过热蒸汽介质时，必须要加温度一体化变送器和压力变送器，进行动态补偿。测量饱和蒸汽介质时，必须要加压力变送器，进行动态补偿。
2、 测量天然气、煤气介质时，必须要加压力变送器进行动态补偿，而且要用加安全栅及防爆装置的变送器。
3、 测量热水介质，需要有热量显示时，必须要加温度一体化变送器，否则可省去温度一体化变送器。
4、 温度一体化变送器安装在被测管道上，必须再平衡流量计前5D 只管段或或后2D 直管段以外温度探头顶端应插入超过管径二分之一，以保证测量精度。
5、 差压变送器的 力取压点，必须在平衡流量计前5D 直管观段或后2D 直管段以外，其间安装开关阀。
7.总结体会：
这次设计体会最深的就是在完全自由的条件下进行学习，遇到
不懂的知识可以随时查阅资料，上网查资料，可以学到很多书本以外的知识，同时也巩固了课堂上学的知识。对今后工作或者继续学习感觉会有很大帮助。此外在这次课设中由于开始对一些知识的不理解从而造成了一些比必要的错误，特别在对原理分析的时候，那些规定的数据是在此以前没有掌握的，正因为这个课程设计，我对那些知识已经完全了解，这样在对我今后设计中应该有很大的帮助。
8.参考文献
（1）王俊杰、王家桢《检测技术与仪表》（第2版）[M] 武汉理工大学出版社 2009
（2）王池 、王自和《流量测量技术全书》[M] 化学工业出版社 2012
（3）纪纲《流量测量仪表应用技巧》[M] 化学工业出版社 [M] 2008
（4）孙淮清、王建中 《流量测量节流装置设计手册》[M] 化学工业出版社 2000
课程设计报告
平衡流量计
学 院：
学科专业：
姓 名：学 号：指导教师:
起止周期：
提交日期：
摘要 21世纪的今天流量测量技术和仪表类型繁多，测量对象复杂多样，决定了流量计在应用技术上的复杂性。它不是简单地将流量计安装好，开表投运就一定能达到测量目的。在流量计使用存在现场布置和安装地不合理现象，这些布合适、不正确和不合理，带来了相应地测量误差。因此流量测量是一种强烈依赖于使用条件地测量，在实验室，涡轮流量计可以得到极高地精确度，但是在使用现场，一旦流体条件或环境条件有大的变化，不仅精确度无法保证,甚至无法进行正常测量。平衡流量计的出现很大程度上适应市场需求。
关键词：流量，测量，平衡流量计
目 录
目 录 ............................................... 3 1流量测量概述 ....................... 错误！未定义书签。
2平衡流量计 ......................................... 1
3平衡流量计工作原理 ................................. 2
4 平衡流量计特点 ..................................... 5
5平衡流量计应用 ..................................... 7
6平衡流量计安装 ..................................... 7
6.1安装方式 ....................................... 7
6.2 系统安装示意图 ............................... 10
6.3平衡阀与的安装要求..................................... 10
6.4差压变送器的安装要求.............................................11
6.5.温度、压力变送器的安装要求...................................12
7总结体会 .......................................................................13 8参考文献.......................................... 13
1、流量测量概述
在生产过程中，流量是需要经常测量和控制的重要参数之一。流量测量技术与仪表是广泛应用于工业生产过程、能源计量、环境保护、交通运输、生物技术、海洋气象、江河湖泊、科学试验等领域的必不可少的技术。流量是表征流体流过管道某一截面的数量。单位时间内流过管道截面流体的体积或质量称为流量。
一般把检测流量的仪表叫流量计，把检测总量流量的仪表叫计量表。流量是一个动态量，所以流量检测过程与流体流动状态、流体的物理性质、流体的工作条件、流量计前后直管段的长度等有关。因此确定流量测量方法、选择流量仪表，都要综合考虑，才能达到理想的测量要求。
2、平衡流量计
平衡流量计是一种革命性的差压式流量仪表，其工作原理与其他差压式流量计一样，都是基于密封管道中的能量转换原理：在理想流体的情况下管道中的流量与差压的成正比。平衡流量计几乎适用于所有流体测量，是流体测量技术的一场革命，目前平衡流量计已经广泛应用到石油、、冶金、电力、、水处理等行业。平衡流量计是第三代节流装置，这种流量计的测量精度是传统节流装置的5～10倍，流动噪声降低到1/15，永久压力损失约为1/3，压力恢复快2倍，最小直管段可以小至0.5D，没有活动
的部件，安装和使用非常方便简单，可省去大直管段，大大减少流体运行所需的能量消耗，是一种具有广阔应用前景的节能仪表。
3、平衡流量计工作原理
衡流量计的基本原理是伯努利方程，关键技术是开孔的分布和精确的加工技术。采用A+FLOWTEK公司制造图用数控机床进行精确开孔保证流体流动状态达到动量、动能和热焓等性能的平衡，这些性能是标准孔板或仿造产品所无法达到的。尽管一些仿制产品的外形相似，但由于开孔不精确，不符合制造加工精度要求将会造成测量精度的下降、压损的提高和流出系数的降低。
根据伯努利方程，流体在两点a和b的能量保持不变，即：
22(papb)/g(ZaZb)/gc(avabvb)/(2gc)hfb0(1)
对水平管道等特定情况，可简化为：
(papb)/(vv)/(2gc)0(2)
根据连续性方程，有： 2a2b
(Av)a(Av)bm(3)
因此，管道中流动截面的变化将引起压头Δp的改变，压头的改变通过差压检测元件直接检测，因此，根据截面积的改变和检测到的差压改变，就可确定流过的流体流量。即：
(papb)/
(m/Ab)2(1(Ab/Aa)2)/(2gc)
(m/Ab)2(14)/(2gc)(4)
因此，孔板的通用流量方程：
mCoYAb2gca(papb)/(14)(5)
对气体，考虑其可压缩性，有超压缩因子Y：
Y1（0.410.354)(1pb/pa)/(6)
其中，径比β可根据面积比确定
Ab/Aa1/(1S)(7)；
S(2gca(papb))(CoYAa/m)(8)
同样，对平衡流量计，有流量方程： 22
mCoYAb2gca(papb)/(14)(9)
超压缩因子Y：其中，
(pb/pa)1/
（14）[1(pb/pa)11/](10)42/1）(1pb/pa)[1(pb/pa)]
径比β与上述计算相同。
根据能量守恒，总动能不变。有：
uum[HaHb]0)(11) 2gcJ
因此，对任何流体，伯努利方程可表示为： 2a2b
maAb2gc(HaHb)J(12)baa2 a[()1]abAb
对于平衡流量计，有动量和动能的修正因子可计算。但对标准孔板，则由于流体的涡流大，使动量和动能修正因子的计算无法进行，因此，不能实现动能和动量的平衡，使精度降低。图1是标准孔板和平衡流量计的流路分布。
图1 ：标准孔板和平衡流量计的流路分布
4、平衡流量计特点
(1).测量精度高
由于平衡流量传感器具有多孔结构的特点，能对流场进行平衡，降低涡流、振动和信号噪声，流场稳定性大大的提高，表体采用特制的精密管道和专用取压装置，使精确度比传统节流装置提升了5－10倍。
经过实流标定，传感器精确度可达±0.3％、±0.5％，适用于贸易计量场合。
几何尺寸检验，传感器精确度可达±0.5％、±1.0％，适用于过程控制场合。
平衡流量计加工重复性极高，与传统节流装置一样，在实流标定数据基础上，可以实现几何尺寸检定。
(2).直管段要求低
平衡流量传感器能将流场平衡，调整稳定，且压力恢复比传统节流装置快两倍，大大缩短了对直管段的要求。大多数情况下直管段可以小至0.5D~2D，尤其对于特殊或昂贵的管道，采用平衡流量计可以省去大量的直管段。
(3).永久压力损失低
平衡流量计的对称平衡设计，减少了涡流的形成和紊流摩擦，降低了动能的损失，在同样的工况下，与传统节流装置比较，压力损失较少了70％，接近文丘里管，从而节省了相当大的运行成本，值得大量推广。
(4).量程比宽
与传统节流装置相比,平衡流量计极大提高了测量量程比.研究结果显示，雷诺数大于50000时，选择合适的孔径参数，平衡流量计无上限，根据工业测量实际应用的需要，常规测量量程比为10：1，选择合适的参数可以做道30：1或更高。
(5).重复性和长期的稳定性好
平衡流量传感器能将流场平衡稳定，使重复性大大提高,可达到±0.1％。
平衡流量计多个流通孔分散受力，无锐角磨损，其β值长期保持不变，长期稳定性非常好；整个仪表无可动部件，使用寿命比传统节流装置延长了5－10倍。
(6).耐脏污不宜堵
多孔对称的平衡设计，减少了紊流剪切力和涡流的形成，从而大大降低了死区的形成，保证脏污介质顺利通过多个孔，减少了流体孔被堵塞的机会。
(7).测量范围宽
根据实验结果，我们知道：平衡流量计的性能，使其流速可以从最小到音速，其最小雷诺数可低于200，最大雷诺数大于107；β值可选0.25～0.9。
(8)作为标准孔板的升级换代产品，以提高测量精度，节能降耗。
【示例】DN200的蒸汽管道，压力p=1MPa(表压)，蒸汽流速v=31.6m/s，蒸汽单价为0.15元/kg。原采用标准孔板，现改用平衡流量计。
根据流速v=31.6m/s，管道内径和蒸汽在1 MPa(表压)下的密度，可计算得到蒸汽质量流量为19767kg/h。由于平衡流量计仪表精度比标准孔板的精度提高0.7%，以300天/年计算（下同），则因精度提高可少付费用为：19767*0.007*24*300*0.15=149 439元/年。
这表明，由于采用高精度的平衡流量计，该系统每年就可少支付近15万元。
(9)直管段缩短，降低安装空间。
标准孔板需要足够的直管段，以提高测量精度，而平衡流量计所需直管段短，不仅减少了直管段的支出，而且因大大缩小安装空间，降低了投资成本。
(10)仪表永久压损降低，有利于降低供能设备的供能。
仪表本身是耗能设备，采用平衡流量计代替标准孔板，由于平衡流量计的永久压损是标准孔板的一半到三分之一。因此，对采用变频泵和风机的应用场合，用平衡流量计代替标准孔板时，可采用PFC控制变频电动机，降低能耗。
5、平衡流量计应用
平衡流量计工作温度，压力取决于管道和法兰的材质和等级，工作温度最高可达到850℃,42MPa。
适合极低温流体LNG，液空气，液氮，液氧，液氩，液化乙烯，液氢，液氯等，能有效防止气化，测量效果最佳。
平衡流量计可以测量汽液两相、浆料、甚至固体颗粒测量，还可以测量双向流。
平衡流量计左右完全对称，因此可以十分方便地测量双向流。 可应用于气体、液体、气液两相，液态气体、双向流、脏污介质、浆料的测量。
6、平衡流量计安装
6.1安装方式
(1)法兰连接型（法兰取压）
图
2
(2)法兰连接型（焊接式取压）
图
3
(3)对夹式
图
4
(4)直接焊接式
图
5
(5)防腐式
图
6
6.2系统安装示意图
图
7
6.3平衡阀与三阀组的安装要求 (1)平衡阀或三阀组的作用 1)调整差压变送器的零点
2)防止差压变送器的正负、压室过压 请按图8所示方法与引压管路连接。
图8 6.4.差压变送器的安装要求
⑴将平衡流量计正压则引压管导入三阀组接至差压变送器的正压室，将平衡流量计负压侧引压管导入三阀组接至差压变送器的负压室
⑵差压变送器在工艺管道上的安装位置与被测介质有关，为了获得较好的安装效果，应注意考虑下面情况
A 防止变送器与腐蚀性或过热的被测介质直接接触 B 防止渣滓在引压管内沉积，堵塞 C 正负压两侧引压管的长度应尽量相同 D 正负压两侧引压管内的液柱压头应保持平衡 E 引压管安装在温度梯度和温度波动最小的地方
⑶测量液体流量时，差压变送器应安装在被测管道的旁边或下面，以便气泡排入管道中
⑷测量气体流量时，差压变送器应安装在被测管道的旁边或上面，以便积聚的液体容易流入管道中
⑸测量蒸汽流量时，差压变送器应安装在被测管道的下面，以便冷凝水能充满在引压管中。应特别注意，测量蒸汽或其它高温介质时，要防止差压变送器接触介质的温度超过变送器使用的极限温度。
6.5.温度、压力变送器的安装要求
1、测量过热蒸汽介质时，必须要加温度一体化变送器和压力变送器，进行动态补偿。测量饱和蒸汽介质时，必须要加压力变送器，进行动态补偿。
2、 测量天然气、煤气介质时，必须要加压力变送器进行动态补偿，而且要用加安全栅及防爆装置的变送器。
3、 测量热水介质，需要有热量显示时，必须要加温度一体化变送器，否则可省去温度一体化变送器。
4、 温度一体化变送器安装在被测管道上，必须再平衡流量计前5D 只管段或或后2D 直管段以外温度探头顶端应插入超过管径二分之一，以保证测量精度。
5、 差压变送器的 力取压点，必须在平衡流量计前5D 直管观段或后2D 直管段以外，其间安装开关阀。
7.总结体会：
这次设计体会最深的就是在完全自由的条件下进行学习，遇到
不懂的知识可以随时查阅资料，上网查资料，可以学到很多书本以外的知识，同时也巩固了课堂上学的知识。对今后工作或者继续学习感觉会有很大帮助。此外在这次课设中由于开始对一些知识的不理解从而造成了一些比必要的错误，特别在对原理分析的时候，那些规定的数据是在此以前没有掌握的，正因为这个课程设计，我对那些知识已经完全了解，这样在对我今后设计中应该有很大的帮助。
8.参考文献
（1）王俊杰、王家桢《检测技术与仪表》（第2版）[M] 武汉理工大学出版社 2009
（2）王池 、王自和《流量测量技术全书》[M] 化学工业出版社 2012
（3）纪纲《流量测量仪表应用技巧》[M] 化学工业出版社 [M] 2008
（4）孙淮清、王建中 《流量测量节流装置设计手册》[M] 化学工业出版社 2000