第一篇：《計(jì)控信息報(bào)》重要論文轉(zhuǎn)載《流量測(cè)量方法和儀表漫談》(一)[大全]

現(xiàn)轉(zhuǎn)載一篇《計(jì)控信息報(bào)》2011年3月25日第820期頭版登載的孫淮清教授的最新論文一篇，供業(yè)界同仁參考。

流量測(cè)量方法和儀表漫談

（一）重慶工業(yè)自動(dòng)化儀表研究所 孫淮清

流量測(cè)量是研究物質(zhì)量變的科學(xué)，質(zhì)量互變規(guī)律是事物聯(lián)系發(fā)展的基本規(guī)律，量是事物所固有的一種規(guī)定性，它是事物的規(guī)模、程度、速度以及它的構(gòu)成成份在空間上的排列組合等可以用數(shù)量表示的規(guī)定性。因此，其測(cè)量對(duì)象不限于傳統(tǒng)意義上的管道流體，凡需掌握量變的地方（場(chǎng)合）都有流量測(cè)量的問(wèn)題。例如，城市交通的調(diào)度，需掌握汽車的車流量變化，它是現(xiàn)代化城市交通管理需檢測(cè)的一個(gè)參數(shù)。

流量、壓力和溫度并列為三大檢測(cè)參數(shù)，對(duì)于一定的流體，只要知道這三個(gè)參數(shù)就可計(jì)算其具有的能量，在能量轉(zhuǎn)換的測(cè)量中必須檢測(cè)此三個(gè)參數(shù)，而能量轉(zhuǎn)換是一切生產(chǎn)過(guò)程和科學(xué)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)，因此，流量、壓力和溫度儀表得到最廣泛的應(yīng)用。

一、流量測(cè)量方法和儀表的應(yīng)用領(lǐng)域

流量測(cè)量方法和儀表的應(yīng)用大致有以下七個(gè)領(lǐng)域：

1.過(guò)程控制工程

流量?jī)x表是過(guò)程控制工程的主要檢測(cè)儀表之一，它被廣泛應(yīng)用于冶金、電力、煤炭、化工、石油、交通、建筑、輕紡、食品、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、環(huán)保及人民日常生活等國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，它是發(fā)展工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，節(jié)約能源，改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量，提高經(jīng)濟(jì)效益和管理水平的重要工具，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要的地位。

在過(guò)程自動(dòng)化儀表和裝置中，流量?jī)x表有兩大功用：作為過(guò)程自動(dòng)化控制系統(tǒng)的檢測(cè)儀表和測(cè)量物料數(shù)量的總量表。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，流量?jī)x表的產(chǎn)值約占全部過(guò)程自動(dòng)化儀表與裝置的五分之一。

2.能源計(jì)量

能源分為一次能源（煤炭、原油、瓦斯氣、石油氣、天然氣），二次能源（電力、焦炭、煤氣、成品油、液化石油氣、蒸汽）及載能工質(zhì)（壓縮空氣、氧、氮、氫、水等）。2007年頒布的《中華人民共和國(guó)節(jié)約能源法》說(shuō)明我國(guó)的能源政策開(kāi)發(fā)與節(jié)約并舉，把節(jié)約放在首位的能源發(fā)展戰(zhàn)略，節(jié)約能源是指加強(qiáng)用能管理，采取技術(shù)上可行，經(jīng)濟(jì)上合理及環(huán)境和社會(huì)可以承受的措施，從能源生產(chǎn)到消費(fèi)的各個(gè)環(huán)節(jié)，降低消耗，減少損失和污染物排放，制止浪費(fèi)，有效合理地利用能源。由上述可見(jiàn)，必須在能源生產(chǎn)到消費(fèi)的各個(gè)環(huán)節(jié)，設(shè)置能源計(jì)量?jī)x表，掌握其數(shù)量才能實(shí)施有效管理。2006年頒布國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB17167-2006《用能單位能源計(jì)量器具配備和管理通則》，標(biāo)準(zhǔn)從推薦性修改為強(qiáng)制性，能源計(jì)量器具配備除工業(yè)企業(yè)外，推廣為全民性，對(duì)計(jì)量器具提出準(zhǔn)確度的強(qiáng)制性要求。標(biāo)準(zhǔn)中能源指電力、煤炭、原油、成品油、重油、煤氣、天然氣、蒸汽、熱水、水等，從能源消耗限定值看，城市人民生活用能源亦大部分包括在內(nèi)。

現(xiàn)分別對(duì)幾種主要能源的流量計(jì)量情況簡(jiǎn)介如下：

①水

“水是世界的命脈”是第七屆世界水大會(huì)的主題。

我國(guó)是水資源嚴(yán)重缺乏的國(guó)家，經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，水危機(jī)的陰影已籠罩在我國(guó)上空，上述節(jié)約能源法指出對(duì)付水危機(jī)的根本戰(zhàn)略。首先來(lái)看一看我國(guó)的水資源環(huán)境現(xiàn)狀：我國(guó)水資源人均為世界人均的22.3%；地區(qū)分布不均，南方占81%，北方占19%；年際及年內(nèi)分布不均，夏半年約占75%，冬半年占25%；黃、淮、海流域面積占全國(guó)面積13.4%，耕地占39%，人口占35%，GDP占32%，水資源僅占7.7%，人均約500m3/人，是最缺水的地區(qū)。國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，水污染日益嚴(yán)重，全國(guó)約75%以上的湖泊水域、53%近岸海域受到顯著污染，118座大城市淺層地下水中97.5%受到污染，水的危機(jī)嚴(yán)重影響到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，因此必須采取堅(jiān)決有力的措施，才能扭轉(zhuǎn)這個(gè)不利局面。采取的措施大致有以下幾項(xiàng)：

a.節(jié)水：節(jié)水的政策為“節(jié)水優(yōu)先，治污為本，多渠道開(kāi)源”，建立節(jié)水型社會(huì)是唯一出路；

b.治污：控制污染的方法，末端治理——排多少，處理多少；源頭治理——清潔生產(chǎn)，減少污染物的生成；

c.污水再生回用：城市污水回用于農(nóng)田灌溉，把寶貴的水資源更多用于城市；

d.缺水地區(qū)多渠道開(kāi)源：海水利用：加大海水淡化科研戰(zhàn)略，雨洪水利用。調(diào)水：目前正在實(shí)施南水北調(diào)，科學(xué)調(diào)配水資源等。在任何節(jié)水治污中對(duì)水的數(shù)量掌握準(zhǔn)確是不可或缺的，流量計(jì)量在所有環(huán)節(jié)都是必須的。

②煤氣、天然氣

煤氣是人工燃?xì)?，天然氣是非人工燃?xì)?，我?guó)城市燃?xì)庹诮?jīng)歷從煤制氣到天然氣的氣源轉(zhuǎn)換過(guò)程，今后城市燃?xì)鈱⒁蕴烊粴鉃橹饕剂稀?/p>

煤氣在冶金工業(yè)有高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣和轉(zhuǎn)爐煤氣，是鋼鐵聯(lián)合企業(yè)的重要二次能源，以前由于流量計(jì)量難度大，無(wú)法準(zhǔn)確計(jì)量，無(wú)法有效回收利用，只好排空，甚至達(dá)到30%排空量，不但浪費(fèi)能源，還嚴(yán)重污染環(huán)境。近年新型流量計(jì)——測(cè)管式流量計(jì)的投用，可使有些鋼廠達(dá)到煤氣全回收，零排量，是一項(xiàng)值得大力推廣的新能源。

21世紀(jì)是天然氣的世紀(jì)，天然氣是優(yōu)質(zhì)的燃料和化工原料。作為燃料，它燃燒完全，單位發(fā)熱量大，燃燒后產(chǎn)物對(duì)于環(huán)境影響??；作為化工原料，它潔凈、質(zhì)優(yōu)、成本低，可用它生產(chǎn)多種精細(xì)化工產(chǎn)品和高附加值產(chǎn)品，天然氣的以上特性是它深受用戶青睞的原因。

19世紀(jì)煤經(jīng)歷100年超過(guò)柴薪為第一能源，20世紀(jì)石油經(jīng)歷60年超過(guò)煤，天然氣將用40年在2020年超過(guò)石油成為第一能源。天然氣的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展可維持50年以上。我國(guó)是天然氣儲(chǔ)量豐富的國(guó)家，在世界處于前列。但天然氣發(fā)展嚴(yán)重滯后，21世紀(jì)初在能源百分比中只占2%（約200億m3），而歐美一般為30%～40%，相比差距極大，近年國(guó)家重點(diǎn)超高速發(fā)展，西氣東輸一、二、三期與境外（中亞、俄羅斯）天然氣工程建設(shè)力度空前。國(guó)內(nèi)天然氣年消耗量連翻番，目前已達(dá)800億m3/年，占比亦達(dá)4%左右，2020年期望能達(dá)10%。

天然氣是深埋于地下，通過(guò)氣井開(kāi)采出來(lái)的烴類和少量非烴類混合氣體的總稱。必須經(jīng)集氣、氣液分流、單井計(jì)量、脫硫、脫水、回收輕烴、膨脹、制冷、換熱、吸附和精餾、外輸計(jì)量等工藝加工處理過(guò)程后，才能保證氣體混合物的露點(diǎn)、水含量、熱值含量，CO2和H2S的最大允許濃度等技術(shù)規(guī)定，成為天然氣商品銷售給天然氣管道公司，管道公司作為儲(chǔ)運(yùn)部門將天然氣輸送到各城市，有城市天然氣公司經(jīng)城市管網(wǎng)銷售給用戶。整個(gè)天然氣輸送，加工處理，儲(chǔ)運(yùn)銷售，綜合利用需要眾多的過(guò)程檢測(cè)控制儀表，其中流量?jī)x表占據(jù)特殊重要的位置。以下我們僅舉些實(shí)例來(lái)說(shuō)明流量計(jì)量在天然氣工業(yè)中的重要性。

在天然氣氣井開(kāi)采中測(cè)量酸氣（Wet Gas）（凝析天然氣）是近年國(guó)際上的熱點(diǎn)課題，測(cè)量凝析天然氣的流量計(jì)稱為濕氣流量計(jì)，它可代替測(cè)試分離器應(yīng)用于單井計(jì)量，氣藏動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)及儲(chǔ)量?jī)?yōu)化配置等，它帶來(lái)的利益巨大，如對(duì)于開(kāi)采操作決策提供寶貴的依據(jù)；保證氣井的合理開(kāi)采，指導(dǎo)添加水合物抑制劑量，防止水合物的“危害”；代替巨大笨重的測(cè)試分離器，大大提高現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的實(shí)時(shí)性，完整性，準(zhǔn)確性和提高效率等。

濕氣是指高氣體體積含率的天然氣，一般高于95%，目前國(guó)際上尚沒(méi)有統(tǒng)一的定義。氣井中液相成份由攜帶的和由于地面生成系統(tǒng)溫度壓力降低而凝析生成的烷烴類輕組份，飽和水以及防止水合物形成人工加入的注劑等組成，其體積含率少于5%，此種少量液體粘附于管壁周圍，管道中央為高速氣流，亦即形成所謂環(huán)狀流動(dòng)結(jié)構(gòu)，液體的流動(dòng)非常復(fù)雜，它與氣體有速度滑移，甚至形成間歇不均勻流動(dòng)，因此其測(cè)量準(zhǔn)確度的確定非常困難。目前已研發(fā)的品牌很多，如Solartron IAS公司的Dualstream2型多相流流量計(jì)，Schlumberger公司的雙解譜γ射線文丘里多相流流量計(jì)，Agar公司的MPFM-400型多相流流量計(jì)等，但是各種流量計(jì)都有一定的適用范圍，不能成為普遍應(yīng)用的流量計(jì)。

城市是天然氣使用的最終用戶，在城市中既有工業(yè)企業(yè)，又有城市公用事業(yè)，它是一個(gè)復(fù)雜的用戶群，其需求多種多樣。城市天然氣流量計(jì)量系統(tǒng)是天然氣管理、調(diào)度、銷售的依據(jù)，流量計(jì)量是天然氣供需雙方貿(mào)易結(jié)算的憑證，亦是生產(chǎn)部門用氣效率的主要技術(shù)指標(biāo)。在企業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)營(yíng)管理中流量計(jì)量是一項(xiàng)日常進(jìn)行的重要的技術(shù)基礎(chǔ)工作，準(zhǔn)確的流量計(jì)量可以適時(shí)改進(jìn)生產(chǎn)工藝，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低產(chǎn)品成本，確保生產(chǎn)安全，保障合理經(jīng)營(yíng)管理和提高經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益。城市公用事業(yè)用氣關(guān)系到人民日常生活質(zhì)量，城市的氣化是一個(gè)城市現(xiàn)代化標(biāo)志之一。目前我國(guó)仍有相當(dāng)部分的城市依靠煤炭作為主要燃料，它對(duì)城市環(huán)境影響極大，國(guó)家能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整就是為了改善城市的生態(tài)環(huán)境，天然氣的推廣使用是造福人民的一件大事，城市車用燃料以氣代油又是一項(xiàng)改善城市環(huán)境的重大舉措，目前已在全國(guó)普遍推廣普及，相信不久的將來(lái)，城市加氣站將逐漸代替加油站，而加氣站的核心儀表就是流量計(jì)。

③蒸汽

蒸汽分過(guò)熱蒸汽和飽和蒸氣，前者為單相介質(zhì)。在火力發(fā)電廠過(guò)熱蒸汽做為工質(zhì)推動(dòng)汽輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，蒸汽流量測(cè)量在電廠中對(duì)生產(chǎn)質(zhì)量和安全至關(guān)重要，現(xiàn)代火力發(fā)電廠機(jī)組為高壓高溫狀態(tài)，過(guò)熱蒸汽流量采用標(biāo)準(zhǔn)噴嘴測(cè)量，有國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)。飽和蒸氣由工業(yè)鍋爐生產(chǎn)，一般為中低壓、中溫狀態(tài)，它是汽水混合物，工業(yè)鍋爐出口處為高干度（0.95以上）飽和蒸氣，但輸送到用戶處，由于管道熱散耗干度逐漸下降，成為含水量大的汽水混合物，它屬于混相流，在流量測(cè)量中是困難的測(cè)量對(duì)象，目前尚沒(méi)有滿意的流量計(jì)可用，由此常引起供需雙方的糾紛，在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)條件下它是一個(gè)必須解決的棘手問(wèn)題。蒸汽是用途廣泛的能源介質(zhì)，據(jù)稱國(guó)內(nèi)有1/3～1/4的煤炭用于工業(yè)鍋爐燃料，全國(guó)工業(yè)鍋爐數(shù)量龐大，每臺(tái)鍋爐皆需要配備蒸汽流量計(jì)進(jìn)行計(jì)量，由此可見(jiàn)問(wèn)題的重要性和艱巨性。

④成品油

石油中的成品油是汽車、船舶、飛機(jī)等交通工具使用的能源，它涉及巨大的經(jīng)濟(jì)利益，其流量計(jì)是銷售雙方結(jié)算的憑據(jù)，因此國(guó)家規(guī)定流量計(jì)量器具必須依法強(qiáng)制管理，成品油從煉油廠生產(chǎn)后，經(jīng)油庫(kù)到供油站有眾多的流量計(jì)為其服務(wù)，其數(shù)量十分龐大。

3.環(huán)保工程

人口劇增，工業(yè)生產(chǎn)高速發(fā)展，環(huán)境嚴(yán)重惡化已達(dá)危機(jī)狀態(tài)，國(guó)家把可持續(xù)發(fā)展列為國(guó)策，它是21世紀(jì)最大的課題?？諝狻⑺廴颈仨毜玫娇刂?，加強(qiáng)管理是控制的必要前提，管理的基礎(chǔ)工作是污染量的確定。我國(guó)目前仍以煤為主要能源，全國(guó)有無(wú)數(shù)的煙囪向天空排放，必須在每個(gè)煙囪上安裝連續(xù)排放監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（CEMS），它由煙氣分析儀和流量計(jì)組成。煙廢氣流量測(cè)量是一個(gè)極為困難的測(cè)量問(wèn)題，其困難在于煙囪口徑大，形狀不規(guī)則，氣體組份變化不定，流速變化范圍大，從極低速到高速，臟污、灰塵、腐蝕嚴(yán)重，流道為非圓截面，無(wú)相似性，流道內(nèi)流速分布復(fù)雜，阻流件后無(wú)必要的安裝直管段可用，無(wú)法進(jìn)行個(gè)別標(biāo)定流量計(jì)儀表系數(shù)；高溫、低靜壓，要求檢測(cè)件壓損小等。廢液、污水排放依法管理已是刻不容緩，但是可用的流量計(jì)仍需進(jìn)行大量的研發(fā)工作，其困難問(wèn)題有介質(zhì)臟污、口徑大、形狀特殊、壓頭低、流速范圍寬、常不滿管流動(dòng)等。環(huán)保工程所需的流量計(jì)是一個(gè)極為復(fù)雜，但是充滿機(jī)遇的領(lǐng)域，制造企業(yè)在此領(lǐng)域大有可為。

4.交通運(yùn)輸

交通運(yùn)輸有五種方式：鐵路、公路、航空、水運(yùn)和管道運(yùn)送。在五種方式中管道運(yùn)輸早已有之，但人們對(duì)它的認(rèn)識(shí)尚不深刻，隨著環(huán)境問(wèn)題的突出，管道輸送的特點(diǎn)引起人們的重視，例如煤炭一直由鐵路及水運(yùn)輸送，裝卸及敞開(kāi)運(yùn)輸環(huán)境污染極為嚴(yán)重，采用管道水利輸送，不但迅速高效，密閉衛(wèi)生是其很大的優(yōu)點(diǎn)。目前采用管道輸送的物料有原油、天然氣、人工燃?xì)?、水、壓縮空氣、煤炭、谷物、水泥、礦物等。世界管道輸送主干線已達(dá)250萬(wàn)公里，我國(guó)1996年僅達(dá)1.9萬(wàn)公里，今后5年規(guī)劃在建將達(dá)20萬(wàn)公里。管道運(yùn)輸必須裝備流量計(jì)，它是控制、分配和調(diào)度的眼睛，亦是安全檢測(cè)（監(jiān)視物流堵塞、泄漏）和經(jīng)濟(jì)核算的必備工具。