双向流的测量及信号系统的设置

孙 鲁

（中国石化集团上海工程有限公司, 上海 200120）

1 前言

随着工业的发展，科技的进步，工厂蒸汽买进、卖出，装船装进、装出，希望采用能测双向流的流量计，一根导线、一套仪表解决问题。利用一个A+K平衡流量计（多孔孔板）和一个差压变送器能测双向流。但差压计零点及死区如何设置，如何通过DCS来完成设置，这是要探讨的问题。

2 A+K平衡流量计双向测量的优势

A+K平衡流量计是由美国航天部开发的多孔孔板，由于流场平稳（见图1），比标准孔板直管段短（2D/2D），精度高（±0.3%～±0.5%），而安装等要求与标准孔板一致，故现广泛应用于石化，电力，钢铁等行业。由于A+K平衡流量计四周有孔，故液体中带有气泡，可以从上面小孔通过，而气体、蒸汽中带有液滴可以从下面小孔通过。又由于平衡流量计板的前后对称，故流体中正向、反向流动的流量均可测量。关键是差压变送器和DCS如何配套设置，调试。

图1 双向流测量中A+K平衡流量计的应用

3 双向流测量采用一套装置的差压变送器设置

（1）如正向、反向流量一样大，则可按4 ～ 12 mA/12 ～ 20mA两个段区，正向为12 ～ 20 mA，而反向为4 ～ 12mA。反向信号接入到DCS后要倒置。可用下列计算公式实现：

式中：qmaxP是正向最大流量，qmaxN是反向最大流量，I是检测的电流（mA）。

（2）如果正、反向流量量程范围不一样大，则可将4 ～ 20 mA信号切换点取为4 ～ IsmA/Is～ 20 mA，即正向流为Is～ 20 mA，而反向流为4 ～ IsmA。反向信号同样接入DCS后需倒置。这里，假设分离点的电流为Is，计算公式如下：

由于只用一个差压变送器，因此，差压变送器的量程应满足下列关系：

当ΔpmaxP=ΔpmaxN时，有分离点电流为12 mA，这时，qmaxP= qmaxN。

因此，根据正、反向最大流量可用下式计算分离点电流Is。式中，负号表示反向差压值。

（3）HART的应用：由于当前常用变送器均为4 ～ 20 mA+HART，因此，当4 ～ 20 mA被分为两段后，HART信号仍为一个整体。如果采用一块A+K平衡流量计（多孔孔板），两个差压变送器分别送至DCS，则可将HART的作用充分应用。

同理，FF、PROFIBUS现场总线，采用一块A+K平衡流量计，一个现场总线FF或PROFIBUS的差压变送器，对于其差压变送器的信号如何一分为二，还未看到过报道。其可靠的方法是采用一个检测元件，两个变送器。信号分别送至DCS。如图2所示。

图2 两台变送器测量双向流量时的系统连接图

（4）DCS的设置：如果采用一个检测元件和两个变送器，则DCS输入为两组差压变送器，可同时显示正、反方向流量，可用判别式来判别正信号和反信号，亦可组态只显示一只差压变送器的信号。

4 直管段是否成倍增加是双向测量要考虑的重要问题

为保证测量精度，流量仪表安装的前后直管段是必须保证的。按自控安装图册HG/T 21581-2010中，“无流动调整器情况下孔板与管件之间所需的直管段”要求，单孔的标准孔板，在单个90°弯头或任一平面上两个90°弯头的情况下，当β＝0.5时，其前后直管段为22D/6D；当β＝0.6时，为42D/7D。

如果采用标准孔板测量双向流时，为保证正向流和反向流时的标准孔板前直管段双向流（β＝0.5）时，标准孔板的前、后直管段为22D/22D，前后总共为44D。若β＝0.6时，则为42D/42D，前后总共为84D（注：孔板后有倒角的标准孔板只能测单向流量，孔板前后相同的无倒角的孔板可用于测双向流量）。

采用A+K平衡流量计，其前、后直管段均为2D/2D，前后总共仅为4D，用于双向流时，仍为2D/2D。能够满足双向流对直管段的要求。

5 双向流对变送器的新功能要求

测双向流用4 ～ 20 mA+HART，如用一台节流装置配一台差压变送器，则需将4 ～ 20 mA信号一分为二，如4 ～ 12 mA/12 ～ 20 mA。其电流信号在正或反向中，一个方向测量时有一半的信号未能使用，使用范围缩小，使精度降低。因此，建议制造厂推出新型的智能变送器，以适应工程应用的要求。不仅差压能从-ΔpmaxN(kPa)/0/+ΔpmaxP(kPa)，而且其对应的差压电流信号能从正向4 ～ 20 mA/0/反向4 ～ 20 mA，变送器能带有专门用于测量双向流的判别功能和相应HART信号输出，则可以只配用一台A+K平衡流量计，和一台差压变送器，而不必用一台A+K平衡流量计配两台差压变送器，既可节省一台差压变送器，又可简化安装。

6 双向流测量对DCS的要求

采用一台差压变送器和分离点的方法检测双向流流量时，DCS需要设置判别式，用于判别流体流向，并根据判别式确定显示流量是正向或反向，HART信息仍可用于设备管理等应用，并不受双向流测量的影响。

采用两台变送器时，不需要设置判别式，可同时显示双向流的流量，也可组态，根据判别流体流向，显示正或反向流的流量，并显示其流向信息。由于采用两台变送器，因此，各自的HART信息可同时送DCS，双向流量测量的信息同时显示。

附表：

为便于工程应用参考，根据最新资料，将标准孔板直管段附表于下（根据中华人民共和国化工行业标准自控安装图册HG/T 21581-2010）。

表 无流动调整器情况下孔板与管件之间所需的直管段