多孔平衡节流装置设计选用

多孔平衡节流装置是一个多孔的圆盘节流整流器，安装在管道的截面上，每个孔的尺寸和分布基于独特的公式和测试数据定制，称为函数孔。当流体穿过圆盘上的函数孔时，流体将被平衡整流。涡流被最小化，形成近似理想流体，通过常规的取压装置，可获得稳定的差压信号，根据伯努利方程计算出体积流量、质量流量。多孔平衡节流装置巧妙之处在于将多孔整流器和测量孔板合二为一，能最大限度地将流场平衡调整成理想状态，从而将差压式流量计的优势发挥到极致。

在美国，多孔平衡节流装置已经广泛应用到天然气、炼油、化工、钢铁、发电和制药等行业。2006年底，上海科洋科技公司将平衡节流装置A+FLOWTEK产品引进中国。

在测量和控制各种物料进出装置的配比时，高精度测量设备将会显著提高物料平衡比率，提高成品率，降低浪费和污染排放，能耗也自然降低。流量计在工业生产中扮演极其重要的计量角色。例如：某石化企业工业用水测量误差为1.5%，1年计量误差带来的损耗：1.5% X 24h X 365d X 2000t/h X 2元/t=525600元（约53万人民币）。1.5%误差不是很高，但长期的累积却不是小数目。若流量计普遍出现误差，则成品率会大大降低，带来巨大浪费。

对于差压流量计，当选用精度0.2%的差压变送器，精度0.2%的流量演算器。可以得到±2.5%的系统精度。在使用1.5%精度的差压流量计的发展阶段。一般公认其量程比只能达到3：1，但有不少研究者认为可以做到10：1。

多孔平衡节流装置经过实流标定使传感器精度达±0.30%，±0.50%，同时其常规测量量程比为10：1。

用来测量压缩空气等气体流量的较大口径孔板流量计，孔板前常有积水，影响测量精确度。解决节流件前积水的常用方法是将节流装置安装在垂直工艺管上，或改用圈缺孔板或偏心孔板。而多孔平衡节流装置因其本身多孔的结构特点可以根本解决节流件前积水的问题，而又因为这是其固有的特点而无需特制或特别处理，所以不会对测量造成任何不确定性。

当流体中杂质含量较高，标准节流装置易因固形物体沉积和对锐缘的磨损而失准，因而常采用契型节流件。而多孔平衡节流装置因其多孔的特点可以消除固形物的沉积；因其平衡（无锐缘）的特点可以解决锐缘磨损现象。较好地解决了液体含杂质的问题。

流量计的运行成本包括测量精度成本和介质输送成本，测量精度成本是因计量不准确造成的贸易结算损失，对于贵重介质而言，精度成本十分重要；介质的输送成本是介质输送过程消耗的能量，主要由测量元件造成的永久压力损失为标志，就液体、气体和蒸汽等介质而言，运行成本是一笔很大的开支（泵和压缩机所消耗的电能），它容易被忽略，因为它不在一次投资里体现，但在动态投资里远远超过仪表的一次投资。例如：1台DN200的孔板测蒸汽，若差压值为50KPa，永久压损为30Kpa，单表运行能耗约为2万元/年；平衡节流装置永久压力损失约为10Kpa，运行能耗约为7000元/年，相对节能60%-70%。

多孔平衡节流装置的突出优点：在保存测量差压的情况下能大大降低压损，在确保稳定测量的前提下降低能耗。

而在液氨流量测量时应尽量避免出现两相流，接近气液平衡状态的液氨，在流过流量计时，如果压损过大，很容易引起部分气化，影响测量精度。为了避免液氨流量测量时出现气化现象，选用压力损失较小的仪表将非常关键。

     多孔平衡节流装置的设计原型，就是缘于美国国家航空航天局下属马歇尔航空飞行中心针对航天飞机的主发动机液氧测量而设计发明的流量计，在液氨、液氧等对压损敏感的液态气体测量领域应用越来越广泛，在该领域的应用本来就是其强项。

目前极低温流体流量测量的仪器主要有孔板、涡街流量计、涡轮流量计三种。极低温流体以液体和气体两种状态存在，但几乎所有的问题都发生在流体在经过节流件后会产生气化现象。

实际上，在低温介质测量领域中，孔板应用得最多，因为其性能非常可靠，在孔板的加工及应用中多用材质316L进行加工，孔板由于用法兰连接，容易在极低温度状态下产生漏蚀现象，在工业生产中增加了隐患的存在。尤其对于不能够停车检修的场合，更加不利于生产的安全稳定。

低温涡街流量计为了减少热收缩等原因产生漏液的可能性，主体一般装有法兰盘，法兰盘需使用低温材料SUS316。当配管直径很大或使用量增加之后，会出现测量精度变差甚至不能测量的情况，最小流量时雷诺数大约为2000；最大流量换算为流速约为6m/s，这是涡街流量测量的极限值，取该值的原因是流量计检测部分压力损失增加，流体在该处急剧蒸发。

     用涡轮流量计测量极低温流体时，最容易发生的故障是因仪表的压力损失而引起的急剧蒸发。仪表中形成急剧蒸发后，转子将以比通常转速快数十倍的速度旋转。在这种情况下涡轮流量计的转动轴乘部分难以承受如此高的流速。在间断使用时，如将被测最大流量控制在仪表量程的70%以下，基本上不会产生因仪表本身的压力损失而出现的故障。连续使用时，要将常用流量限制在仪表量程的50%以下。当流体雷诺数小到一定数值，转速就会受到影响。因此，在小流量时，可测量的流体的密度和流量之间存在一定的极限。

 综上所述三种常规测量低温气体的仪表都存在一些测量或性能的缺陷，而平衡流量计能解决工业上对于低温气体测量上的一些难题并弥补了一些缺陷。

a） 它使用低温铝材或者耐低温的316L不锈钢加工，采用一体化加工的焊接式结构解决了低温漏蚀现象的发生。

b） 由于采用多孔结构，具有整流的作用。介质的通过性较好，且不会产生涡流，信号的稳定性和测量的准确性有很大的提高。

c） 有些工况，介质在临界状态附近。温度和压力的变化很容易引起液体气化。当介质流过节流件时，流速增加，静压力降低。如果压力低于蒸发压力，会产生气化现象。有些条件下，液态氧气流经孔板时，气化严重，根本无法测量。当液态气体流过平衡流量计时，由于它的独特结构设计，性能比孔板优化很多，气化问题得到较好的解决。

例如：测量液氧的工况——温度：-179℃ ，压力：0.204MPa（绝压），蒸发压力：0.148MPa（绝压）；用DN65的管道测量。当温度高于-175℃，或者压力低于0.148MPa（绝压）都会发生气化现象。在此条件下，介质流过孔板时，气化现象严重，以至于无法正常测量。而平衡流量计由于压损小，使稳定性和测量精度得以保证。

 平衡流量计可与直管段一起供货但尺寸仍较小，由于平衡流量计计算严格，保证一定精度。在平衡流量计样本中，供货商给出的管道壁厚为英制SCH标准，在实际工程设计中有管道不符合该标准(如常用的钢管Φ57mmX3.5mm)。而不同公称直径和材质所选用的SCH又不同。故在工程中可能会出现供货商与用户的管道内外径出现偏差，影响精度。所以供货商必须负责核对用户要求的管道内外径和管道材质并将外形尺寸返回给用户。

鉴于该节流装置同其他（传统）节流装置特别是孔板相比，具有精确、节能等各种优越性，同时由于需要的直管段短以及其多孔的特点，测量范围和适用场所大大拓展。因而有望成为新一代的节能型的节流装置。但其推广之路还很长，虽已取得国外专利，但未进入国家标准范围的问题还有待解决。