一种典型的孔板流量计故障处理方式

黄光明

(中国轻工业长沙工程有限公司，湖南 长沙 410114)

孔板流量计是一种采用差压测量方法测量流量的元件，常用于测量管道内的蒸汽流量，孔板流量计由标准孔板、导压管路和变送器三部分组成。在使用过程中介质温度、密度以及安装直管段长度和导压管安装方式及节流元件精度都会影响到孔板流量计的流量测量精度。本文通过典型的由导压管引起的孔板流量计测量不准或无法测量蒸汽流量的故障问题，给生产过程带来的影响为例，介绍孔板流量计的测量原理，总结孔板流量计的故障处理方法和日常维护经验。

1 孔板流量计的工作原理

孔板流量计核心测量部件为孔板，当蒸汽流过孔板时，流体速度增大，压力减少，于是在孔板的前后产生差压。使用孔板测量蒸汽流量时，需要孔板前后有足够的直管段长度，孔板前后的差压会随着流量的变化而变化，且差压和流量之间有一定的对应关系，因此可以通过差压得到蒸汽的流量。孔板流量计的体积流量公式为

(1)

式中：C——流出系数；ε——可膨胀系数；β——直径比，β=d/D；d——孔板的开孔直径，m；D——上游管道内径，m；Δp——节流装置输出差压，Pa；ρ——蒸汽的密度，kg/m3。

2 孔板流量计的常见故障

孔板流量计常见的故障主要为节流装置故障，导压管路故障，变送器故障，本文主要讲述一种由导压管路引起的典型孔板测量故障。某项目在试运行期间，主蒸汽流量计经常出现蒸汽流量时有时无，或孔板流量计在运行几个小时后就出现流量从最大值开始变小甚至出现零的情况。

2.1 孔板流量计故障检查

1)选型核对。孔板流量计的测量量程为0～100 t/h，通过检查孔板流量计结构图并和设计人员、制造厂商多次核算，孔板流量计选型无问题。

2)安装情况检查。孔板、差压变送器和导压管安装时，正负压侧冷凝罐高度应一致，冷凝罐溢流口位置稍高于取压口。敷设导压管时应保证水平导压管有1∶12坡度，使得管道里面充满液体，以免引起测量误差。经检查确认导压管和冷凝罐安装方式无问题，孔板流量计安装方式如图1所示。

图1 孔板流量计安装示意

3)孔板前后直管段长度检查。为了保证管道内的流体流动稳定，孔板计算书要求孔板前直管段长度为20D，后直管段长度为8D。但因安装空间受限，前直管段的长度不够，约为18D。孔板前直管段长度稍不满足要求，但通过流量计核算，不会对流量测量有太大影响。

4)取压口和导压管问题检查。在停车期间将孔板取压口至冷凝罐和冷凝罐至三阀组段的高低压侧的导压管全部拆下检查，未发现堵塞问题；取压口处也未出现堵塞情况。在运行期间打开排污阀，蒸汽大量排出，所以导压管和取压孔不存在堵塞问题。在检查导压管过程中，发现低压侧管道出现严重变形和导压管卡套接头垫片破损情况，随后更换了垫片和导压管，但在投入使用后差压变送器还是未能检测到孔板的差压。

5)安装检查。从孔板固定螺栓可以判断孔板方向性及孔板出口显喇叭口状，可以确定孔板安装方向正确。孔板未装反，也未变形。

6)流量变送器回路检查。检查DCS卡件和回路，用信号发生器模拟差压变送器输入信号对应正常，可确定流量回路正常，线路未出现干扰等现象。

2.2 孔板流量计趋势曲线分析

检查孔板流量计测量趋势曲线如图2所示。由图2可看出，孔板流量计大部分时间内无法检测到流量。流量测量值出现缓慢减小至零或者有时突然增加等现象，每次若打开排污阀排出汽水混合物后，流量显示值又会恢复至正常值。在运行1～2 h后，孔板流量计又会重新出现检测不到流量的现象，再次打开排污阀后又能运行，如此循环。

图2 流量计测量趋势曲线示意

2.3 故障问题分析

通过多次检查孔板流量计的三阀组、差压变送器、冷凝罐和导压管及孔板，可以确定上述设备无问题，取压口和导压管未堵塞，孔板方向安装正确，孔板未变形。

经过以上排除法后，再将差压表直接安装到孔板取压口，所测的差压与差压变送器直接安装在取压口所测得的差压一致，再通过蒸汽流量的变化用以确认差压变送器无故障。因此，推断孔板流量计长期检测不到流量的问题可能是取压口的原因。再进一步分析，一般情况下冷凝水是以液体形式充满差压变送器至冷凝罐的导压管内，而孔板取压口至冷凝罐之间的导压管内冷凝水会随着冷凝罐排气而流动。因此导压管内部产生了附加差压，导压管内冷凝水未完全返回蒸汽管道，导致两根导压管的冷凝水量不同，从而产生差压，该差压与孔板产生的差压叠加，使孔板产生的差压值发生增大或者减少的现象。

2.4 故障解决方法

孔板流量计设计思路是取压口至冷凝罐之间的导压管是汽相取压无冷凝水残留，而差压变送器至冷凝罐之间的导压管管内应该充满冷凝水。在运行时室外环境温度远低于导压管内蒸汽温度，因此在取压口与冷凝罐之间的导压管内会不断形成冷凝水。原安装冷凝罐位置比取压口高，所形成的冷凝水能在重力作用下全部回流到管道，但是导压管管内表面张力的影响，会有部分冷凝水不能完全回流至蒸汽管道内，因而产生附加差压。为了解决该问题，避免两导压管产生的冷凝水残余量不同而产生附加差压，将取压口至冷凝罐之间的两根导压管水平安装，使导压管内冷凝水满管，不产生差异附加压差。孔板流量计检测恢复正常，再没出现流量时有时无的现象，检测不到流量的问题迎刃而解。

3 结束语

通过对孔板流量计导压管路引起的测量故障分析，找出了导压管安装问题引起测量不准的原因，因此节流元件取压口至冷凝罐之间的导压管必须水平安装，从而消除附加差压的影响。为仪表技术人员提供参考和借鉴。