塔形流量计是以变流体在管道中心收缩为管道边璧逐渐收缩，即利用同轴安装在管道中的塔形体（节流件），迫使流体逐渐从中心收缩到管道内边壁而流过塔形体，通过测量塔形体前后的压差来得到流体的流量。正是这个边璧收缩的结构，使得塔形流量计具有了一系列其他差压仪表无法相比的优点，彻底克服了以孔板为代表的传统差压仪表的诸多缺点。经过国内外10多年的应用和多次测试，已充分证明它能在极短的直管段条件下，以更宽的量程比对各种流体（包括脏污、低流速）进行更准确更有效的测量。从此揭开了差压式流量仪表划时代的崭新一页。

一、序言

二、塔形流量计的结构

三、测量原理(优越性能机理分析 1、 高精度、高分辨率、较宽的量程比 改善了速度的分布 极强的抗旋涡流能力 1 塔形体抗旋涡流的机理分析 2、 只需要很短的直管段 3、塔形体的节流边不会磨损 4、塔体的自清洁功能---测量孔不易堵塞 5、 在节流件计算上 比孔板准确 6、压力损失小于孔板)

五、生产制造、标定（检定）的依据(1、气体 2、蒸汽 3、液体 4、特殊流体 蒸汽流量 煤气流量 天然气流量)

孔板计量的诸多缺点(历史原因的分析 孔板的 性能／价格比 塔形流量计的节能效果 与弯管的比较 与电磁、涡街流量计的比较与选择 电磁流量计的优缺点 涡街流量计的优缺点 最后的结论)

七、塔形流量计安装注意事项

八、流量计发展

一、序言

以孔板、喷嘴和文丘里管为代表的差压式流量计（统称标准节流装置）已统领流量领域近百年，其优

点是已经标准化、结构简单牢固、易于加工制造、价格低廉、通用性强。近百年来人们从未间断过对它们的研究和改善工作，但是由于先天结构上的缺陷，其本身固有的一些缺点，至今仍然没能得到很好的解决。如：流出系数不稳定、线性差、重复性不高从而影响到准确度也不高。孔板入口锐角这个关键部位易磨损、前部易积污、量程比小、压力损失大，特别是十分苛刻的直管段要求在实际使用中很难满足等。为了克服上述这些不足，人们曾研制出1/4圆孔板、锥形入口孔板、圆缺孔板、偏心孔板、楔形孔板、可更换孔板、弯管等诸多的非标准节流件，试图解决这些问题。但是这些节流件同标准孔板一样，大都没有突破“流体中心突然收缩”这个模式，只是或多或少改善了局部某一个问题，并没有从根本上彻底解决所有问题, 这种改进工作到了80年代中期才有了突破性的发展：塔形流量计出现打破了沿袭近百年的模式结构，使得节流式差压仪表发生了“质的飞跃”。塔形流量计的重大突破在于：变流体在管道中心收缩为管道边璧逐渐收缩，即利用同轴安装在管道中的塔形体（节流件），迫使流体逐渐从中心收缩到管道内边壁而流过塔形体，通过测量塔形体前后的压差来得到流体的流量。正是这个边璧收缩的结构，使得塔形流量计具有了一系列其他差压仪表无法相比的优点，彻底克服了以孔板为代表的传统差压仪表的诸多缺点。经过国内外10多年的应用和多次测试，已充分证明它能在极短的直管段条件下，以更宽的量程比对各种流体（包括脏污、低流速）进行更准确更有效的测量。从此揭开了差压式流量仪表划时代的崭新一页。可以预言，随着人们对它逐渐认识、了解、熟悉和掌握，必将逐渐和完全取代以孔板为代表的传统差压仪表。

二、塔形流量计的结构

塔形流量计国外称为V-CONE,国内的叫法有多种如V形（型）锥、内锥 、环孔流量计、内置文丘里等。尽管名称各异，但原理结构都是一样的。单就节流件来讲，完全是金属件组成，不含任何电子器件。它主要由测量管

2、塔形体6（锥形体）、低压测量管5（兼支架）、正负测压嘴2、3、连接法兰1等组成（详见下图）。

当口径≤N100时，塔体用负压测量管兼作支撑，口径≥DN150时，要在

塔体后部再加支撑管架9，并在支撑管开测量孔8。

当温压一体化型时，需要在后部支撑架前安装测温元件套管10，若采用

多参数变送器，则不再需要压力测量点，该变送器差压、压力同时测量并

能接受温度信号。

三、测量原理

所说的质量守恒定律（连续性方程）和能量守恒定律（伯努利方程），可以

这样去理解：

质量守恒：流体在一个封闭的管道中流动，当遇到节流件时，在节流件前后

它的质量是不变的，用公式表示为：

V1ⅹA1ⅹρ1=V2ⅹA2ⅹρ2（液体为： V1ⅹA1=V2ⅹA2） 能量守恒：管道中流体的压力和流速有如下的关系：

P1+1/2ⅹ(V1)2ⅹρ1=P2+1/2ⅹ(V2)2ⅹρ2 =常数

式中： A1、A2 分别是节流件前后的截面积； V1、V2 分别是A1、A2处的流速； P1、P2 分别是A1、A2处的压力ρ1、ρ2 分别是A1、A2处的流体密度；

根据伯努利方程：P+1/2V2ρ=常数，在截面A2处流速加快，该处的压力必然降低，因此压力P2的高低随流速V2的大小而变化。而在截面A1处流速V1和压力P1都没有变化，只要测出P1与P2的压力差 P＝P1－P2，就可以求出流速（流量）。节流式差压仪表正式基于了连续性方程和伯努利方程原理，在管道内设置了一个节流

件，测量其前后的压力差而得到了流量。四、塔形流量计优越的性能（优越性能机理分析）　1、±0.5%的测量准确度，（在多数实流标定的塔形流量计中，流出系数的不确定度不超过0.3%）。这样高的精度是孔板等传统差呀仪表所不能比的。

2、重复性±0.1%，并且具有长期的稳定性。

3、在使用安装时，只需要极短的直管段甚至不需要，前面0（1）--3D，后面0—1D。（在调节阀后安装时需要3D的直管段）。

4、具有极高的测量灵敏度（分辨率），负压端2.5毫米水柱（越25Pa）的压力，就可以检测到。因而除了测量大流量外可以测量极小的流量，如烟道气等。

5、塔形体被设计成吹扫型结构，因而具有自清洁功能，因此不会堆积截留流体中挟带的任何赃物、凝固体、固体、气中液。非常适合赃污流体。

6、流体流过具有特殊形状的塔体时，会在其节流边缘处形成边界层效应，因此极大地减少了它被磨损的可能性，也可以说是不磨损型的节流件。因此塔形流量计在投用后，除极特殊条件外，它的节流边是不会被磨损的，也可以说是免拆卸标定的。

7、压力损失小于孔板。

8、无可运动部件，不含任何电子器件，是一个纯机械体，因此具有不怕振动、耐高温、高压、防腐等特点，又有传统差压式仪表所不具备的个项优越性能。

9、可以测量的流体非常广泛，各种气体、液体、蒸汽等都可以有效测量，使用的管径DN15—DN3000。从适用的介质范围和工艺管径、工艺条件来讲，目前还没有一种流量计能与塔形流量计相比。

优越性能机理分析

1、 高精度、高分辨率、较宽的量程比

改善了速度的分布

充满管道的流体在管道中流动时，由于流体粘性存在，流体与管壁之间有摩擦力，使得流体的流速沿管半径方向形成一定的梯度，实际上是这样一种状态，在管道中心部位流速最快，越靠近管壁流速越慢，接触管壁处接近于零。在紊流状态下，速度分布梯度还与雷诺数及管壁粗糙程度有关，雷诺数越大，速度分布梯度越小。当流体的流动已经达到充分发展状态时，它的速度分布也是这样不均匀的。

大多数流量仪表在测量流量时涉及到流体流速时，都假设流体在管道中流动的流速是均等的，而不去考虑实际上流速有快慢的区别，这是受仪表的工作原理限制不得不这样做，因为这种流量仪表无法改变流体在管道中速度分布快慢不均的状态，其结果只能以牺牲测量精度为代价（目前多通道超声波就是试图解决流速不均而开发出来的）。

这种流速不均的情况在塔形流量计上却得到了很好的解决。由于塔形节流件安装在管道中心，它直接把流体从高速流动的中心部位分开，迫使流体沿着塔体与管壁间由宽变窄的狭长环隙通道流动，使流速快的流体分别向四周流速慢的流体靠拢并拉动它们混合一起流动，这种快慢混合的结果就是：使原有的速度分布的剃度越来越小，原本流速快慢的差别消失了，当流体到达靠近塔形节流边缘时，速度分布剃度消失，流体变成了真正的均匀流动。见图

快慢混合后匀速流动

慢的流速

快的流速

慢的流速

流速被均匀化带来的好处很多，由于塔形流量计使流体的流速实现了真正的均匀流动而不是假设的，所以测量准确度和量程比都得到了提高。大家知道孔板的量程比只有3:1～4:1，而塔形可达10:1～15:1，因此它 完全可以测量低压力、低流速的微小流量。在实际生产中常常遇到低压力和低流速流量的测量问题而难以解决。象烟道气、低压力、低流速的煤气等，由于塔形流量计特有的均速作用，都可以准确的测量，而孔板等标准流装置对于这样的流量是无能为力的。

极强的抗旋涡流能力

我们都知道流体流动遇到阻挡物时会产生“旋涡流”，这就是著名的“卡尔曼旋涡”现象，涡街流量计就是基于这个原理工作的。同样道理象孔板、塔形体等节流件在管道中也是阻挡物，在其后部除了产生静压力差外必然也会产生旋涡流。然而这个旋涡流对于涡街来讲是有用的信号，对于节流式差压计来讲却是有害的干扰。这个干扰在节流件下游会产生“信号跳动”现象，它会严重干扰正常信号的测量。经过大量的试验和科学检测证明：孔板等突然节流式节流件下游产生的是“高幅度低频率跳动”，而塔形体下游产生的是“低幅度高频率跳动”。

从下图中可以明显看出，孔板负压端波动远远大于塔形流量计。如果定量来分析：二者在某一工况流量下都应该产生1kPa的压差，孔板的高幅干扰波动可达0.5kP，而塔形仅有0.1kPa的低幅干扰波动。孔板的有效信号有50％被干扰所淹没，塔形仅淹没10％，这说明塔形流量计的信号噪声远远低于孔板，孔板在这种情况下是不能正常工作的，而塔形流却可以照常工作。因此正如前所述塔形流量计非常适合低密度、低流速的气体测量，并能保持较高的准确度

1 塔形体抗旋涡流的机理分析

从前面试验数据得出的图形对比上我们知道了塔形流量计对旋涡流的抑制性能远远强于孔板，同样都是节流件为什么会产生不同的两种结果？下面我们通过对二者工作机理的进一步分析和了解就能明了

这个问题。（见图6、图7）。

控板干扰流方向 塔形干扰流放向

由于孔板是基于中心突然收缩式节流工作原理，流体经过中心孔后是向四周扩展，产生的干扰旋涡流方向均从中心指向四周管壁，它的测压点恰好也在管壁上，因此干扰直接作用在测压点上，对静压的测量会产生很大的影响。

塔形体是基于边壁逐渐收缩式节流工作原理，流体流过边壁与塔体四周间的环隙后都是由边壁向中心扩展，产生的干扰旋涡流方向是从四周方向指向中心，因上下左右相反而互相抵消，虽然它的测压点也在中心，但是能到达测压点上干扰的力度经相互自行抵消已经变得很弱了，对静压的测量影响就变得很小了。由于塔形流量计使流体的流速实现了真正的均匀流动而不是假设的；同时它对节流式差压仪表所共有的旋涡干扰流有独独特的抵抗消除功能，从而使得它的测量准确度和量程比都得到了很大提高。

大家知道孔板的测量精度一般是1.5～2.5％，量程比只有3:1～4:1，而塔形流量计测量精度可达0.5％，量程比10:1～15:1。因此它除了可测高速大流量的流体外，完全可以测量低流速、低压力的微小流量。在实际生产中常常遇到低压力和低流速流量的测量问题而难解决。象烟道气、低压力、低流速的煤气等，由于塔形流量计特有的均速作用和极强的抗干扰能力，都可以准确的测量，而孔板等标准流装置对于这样的流量是无能为力的。

2、 只需要很短的直管段

孔板等流量计直管段的困扰，从事仪表行业的人们都知道，孔板等传统差压式仪表在上游处必须 要加上长长的直管段（约20D到50D)，目的就是为了使流体流动状态成为充分发展管流，以复现实验室条件下的流动状态。然而这种苛刻的要求常常由于现场情况的复杂而不能满足，所带来的结果必然是精度降低误差增大（通常这种误差总是引不起人们的注意）。因此象孔板这类流量计不可能在不满足直管段条件下获得准确测量值。特别是2003年3月国际标准化组织公布了新修订的ISO5167新标准，其中最主要的一条变化就是对孔板等节流装置上游最小直管段提出了全新的和加长的要求。例如如果将一个β值＝0.6的孔板安装在单个90。弯头之后，按照旧标准前直管段最小18D，而新标准为42D。如果现场没有那末长的位置，又不想降低测量精度，唯一的办法就是加一个流动整流器。象这个例子需要在上游13D处加一个19管束的整流器才行。因直管段长度不符合要求而造成附加误差的情况几乎到处可见。这种误差的偏差方向需视具体情况分析，但量值的大小有资料可查约在±0.5～±5%甚至更大。

对流体特有的整流的功能，孔板等传统差压仪表所需直管段太长，多年来一直是仪表人员最头痛的问题。 直管段太长这个困扰流量测量领域多年的问题，在塔形流量计上的到了很好的解决。

我们从塔体结构上可以看到，流体遇到塔形体时（实际上未遇到塔体之前就已经受到塔体的作用力了）被强迫压缩至四周逐渐变窄的狭长通道，相当流体被强行规范流动（偏流、二次流、旋涡流等各种畸变流因被强行规范而消除），这不就是一个很形象的整流过程吗。见图8、图9

塔形流量计对流体的整流功能是孔板等传统流量仪表无法相比的，正是有了这个特殊的功能，所以它只需极短的直管段甚至不要直管段也能正常工作。

有了塔形流量计我们再也不用因找不到合适的安装流量计位置而犯难了，也不用担心因直管段问题而影响测量准确度了。

3、塔形体的节流边不会磨损

节流式差压流量计的检测部分是纯机械结构型仪表，因此它的测量精度是靠几何尺寸来保证的。以孔板为例其上游边缘（通常称为孔板前锐角）就是一个极为重要的几何尺寸（它决定节流件的β值），按照国标规定该边缘半径不大于0.0004d（d:孔径）才可以认为是尖锐的，否则测量精度就很难保证。这个0.0004d要求具体是个什么概念，例如DN250管道使用d=135.36mm的一块孔板，其边缘半径允许误差0.054mm（还不到一根头发丝的直径）。这样严格的尺寸要求，即使加工能做到，在实际使用中能始终保持不变吗？回答是否定的。

孔板尖锐角易磨损是由它的结构原理决定的（即先天不足）。实际上孔板从投入运行的第一天开始，其锐角就开始被磨损，只不过是这个过程人们不易发觉到。随着锐角的一天天磨损导致流出系数一天天变大。在流体较脏流速较高的场合，这种变化往往是很惊人的。据有关资料介绍：有人做过专门调查，一个新制造的符合标准要求的孔板，在使用一年时间拆下来检查发现原来尖锐的边缘被磨钝了；在标准中对平面度、表面粗糙度要求很高的前端面积结了许多赃物，经过检定，原来流出系数不确定度由±0.6％增大了百分之几。另据国外专业杂志报导，在流体脏、流速高的现场条件下，发生流出系数增大百分之十几的也不足为奇。

流出系数变大的后果就是流量显示的偏低（实际的流出系数已经变大，然而仪表仍然按照原来小的系数进行计算，必然造成显示值偏低）。由此可见孔板流量计的准确度是使用时间的函数，也就是说越用越不准，如果把它用于贸易结算上，何谈公平公正的原则。因此非常有必要用更先进的节流装置来取代它。

塔体节流边耐磨损的特性 塔形流量 计与孔板一样同属于节流式流量仪表，它的测量精度也是靠几何尺寸来保证的。那末它是否与孔板有着共同的缺点呢？下面来分析一

下。

塔形节流件决定测量精度的几何尺寸（β值）也是节流边缘，然而它的节流边缘与孔板确有着本质的不同。孔板的节流锐角在节流件前面直接迎着流体方向，塔形体节流边缘是处在节流件后面顺着流体方向，而且是一个钝角。当流体进入塔形表体时，流体被迫按照由宽逐渐变窄的流线路径高速流动，加之该路径与管内壁相互作用，一个二次形成的边界层会沿着塔体周围的区域被重新分布，该边界层效应 （附面层效应）会使流体离开节流边缘一个微小的距离，正是这个微小的距离保护了节流边缘不会被磨

损，即使高速脏污的流体也不会磨损节流边缘。因此决定塔形体测量精度的β值就能长期保持不变，所以塔形流量计投用后不用再标定也能长期稳定工作。

（注：关于边界层效应理论可参见李诗久主编的《工程流体力学》一书。）

4、塔体的自清洁功能---测量孔不易堵塞

自清洁功能 节流件不积污 如前面所述，流体在管道中流动靠近管壁处的流速会变慢，这样就会使一些脏污物或颗粒沉积在管壁上，或者如果遇到象孔板这样的节流件，便会在其前方沉积，并堵塞取压孔，严重影响测量精度。

流体在流过塔形体两侧时，由于它能迫使管壁与塔体间通道的流速加快从而形成了对管壁处和塔体表面的冲刷作用，所以根本不会产生脏污的积垢。再加上塔体近似流线的形状，更不存在孔板那样的积垢死角。塔形流量计这一独特的吹扫式设计决定了它具有自洁功能，因此它可以用来测量脏污流体、湿流体而不会被堵塞（象焦油煤气等）。

另外当流体流过塔形体时，由于流体流经支撑管时，在其前部会产生一个高压分布区（根据伯努利定律原理：在支撑管前部的流体速度变慢甚至为零，该处的压力会高于其周边处）它造成该分布区的压力稍高于其周围区，因而阻止了颗粒等进入该区，从而不会堵塞正压取压孔。（负压孔在塔体后部开孔很大不会堵塞）。

飞龙公司特有的防堵技术 前面介绍的塔形流量计原有的自洁功能（防堵），但是当被测流体太脏或含有大量杂质颗粒时 ，McCRMETER公司常规的V-CONE的防堵功能将失去应有的作用。为此我公司成功研制设计了一种专用于高炉煤气等带有大量颗粒、粉尘介质、焦油的塔形流量计传感器，具有极强的防堵性能，该产品目前在国内是唯一的，该产品随时能满足用户的实际需要。

5、 在节流件计算上 比孔板准确

节流件计算“不准”带来的附加误差 这个题目听起来好像有点不可思议，因为现在的节流件设计都采用计算机软件来计算，怎么会不准之说？其实这个问题在我们每个人身边都可能发生过，只是没引起我们的注意而已。下面以计算孔板为例来说明这个问题。

在孔板计算中用户必须把管道直径“D”参数提供给设计部门或生产厂家，D参数是设计孔板的一个重要数据，因此标准中对它有严格的规定。标准要求“在节流件前（0～0.5）D长度上，至少测量3个截面取出12个直径测量值，然后取其平均值作为设计值”来计算孔板，然而这个规定在实际中很难做到（除非连同直管段一道购买加工）。大多数情况都是在原有的工艺管道上后加流量计，不可能为了测量D值而停车割开管道，大多数习惯上都是以公称值报给设计部门或生产厂家。我们知道管道的尺寸通常是以公称值来标注，而钢管产品是按外径和壁厚系列组织生产的。如219的钢管标称为DN200，但壁厚从几个毫米到十几毫米不等，直径相差最大达10mm,以这样不准确D值计算节流件，其结果就是“假值真算”，再高级的计算软件算出来孔板也不会太准确。

例如DN200系列的管道，以D=200计算(Fmax＝20t/h ΔP=40kPa d20=121.99mm)

若实际的D=206，40kPa时Fmax=19.82t/h 仪表将偏高0.9%;

若实际的D=195， 40kPa时Fmax=20.178t/h 仪表将偏低0.89%

计算的D与实际值相差越大带来的误差就越大，这即怪不得计算，也不能说用户提供的不准，实际上用孔板测量流量这是很难避免的问题。

壳体是精密测量管 精密测量管式塔形流量计如下图。它是把要求严格的测量管和连接法兰整体焊接在一起的一个组 件，虽然D值的要求也很严格，但是这个工作是由仪表制造厂家来做的。测量管是在制造厂进行准确测量或者进行机械加工来达到所要求数值，根本不需要用户再为管道的D值是否精确而为难。（但是用户要把管道的壁厚系列提供给仪表厂以便选配同系列的测量管）由于塔形流量计能把管径D值控制的十分精确，从而完全避免了象孔板等因D值难于控制而带来的误差。

6、压力损失小于孔板

塔形流量计的结构特点是流线型节流件，采用“逐渐节流方式”工作，完全不同于孔板等传统差压式仪表“突然节流”的工作方式，所以它的压力损失小。因此非常适应那些“大流量低压力”流体流量的测量。

塔形流量计的不足之处

1 、如果要求塔形流量计具有高于±0.5%的测量精度，对每一台流量计要求尽可能与使用条件相近

（或采取等雷诺数的原则）的标准装置上进行实流标定它的流出系数C，因而使它的制作成本相应的增加。

2 、由于其结构上的原因，只能单方向测量流量，不能用一台表测量两个方向的流量

塔形流量计没有缺点吗？

回答是：有！

1 对每一台流量计都要实流标定它的流出系数，增加制造

成本。

2 不能测量双向流量。

3 塔形流量计目前在尚没有统一国家标准，各生产厂执行

自己的企业标准。

五、生产制造、标定（检定）的依据

塔形流量计在生产制造上，参照执行国标GB/T2624 -1993 “流量测量节流装置用孔板、喷嘴和文丘里管测量充满圆管的流体流量”和Q/BFL003-2004企业标准。

在实流标定中，完全执行JJG640-1994“差压式流量计检定规程”。

技术指标

准确度：±0.5％

重复性：±0.1％

量程比：10：1 ～ 15：1 （～20：1）

所需直管段：上游1～3D ,下游0～1D

雷诺数：8（5）ⅹ103～1ⅹ107

管道通径：DN15～DN2000 (DN3000)

公称压力：0～20MPa

介质温度：550℃ （可以更高）

应用范围

1、气体

煤气（焦炉煤气、高炉煤气、发生炉煤气）

天然气，包括含湿量5%以上的天然气

各种碳氢化合物气体，包括含湿的HC气体

各种稀有气体，如氢、氦、氩、氧、氮等

湿的氯化物气体

空气，包括含水，含其它尘埃的空气

烟道气

2、蒸汽

饱和蒸气

过热蒸汽

3、液体

油类，包括原油（在一定的粘度下）、燃料油、含水乳化油等

水，包括净水、污水

各种水溶液，包括盐、碱水溶液

含蜡、含有水

含油、含沙的水

甲苯

甲醇、乙二醇等

4、特殊流体

油＋HC气＋沙

加气的水，如H2＋N2＋空气；H2O＋CO2等六、塔形流量计与其他流量计的比较（这里以能源三气为例）

蒸汽流量

对于蒸汽，标准节流装置孔板等由于其结构简单、价格便宜、牢固结实、通用性较强，再加上百余年应用的历史等，所以至今在流量领域仍然占有较大的份额，特别是在较大口径（DN1000以下）、高温、高压等介质上，人们心里总是先想到用孔板。在塔形流量计问世前这样的选择是有一定道理的。对于蒸汽来讲，电磁流量计、科里奥利（质量流量计）、涡轮、超声波、容积式、都不能测量；涡街、旋进旋涡流量计虽然可以测量，但是温度不能超过300℃而且口径不能太大；均速管、弯管流量计也能测量，然而不但精度差量程比小，也需要较长的直管段……在这种情况下，尽管孔板存在诸多的缺点和不足，也只能靠孔板、喷嘴这个传统的计量手段了。

煤气流量

对于煤气（焦炉煤气、高炉煤气、发生炉煤气、水煤气等）流量的测量，由于煤气中含有萘、铵的水化合物和焦油，这些组分很容易从煤气中分离出来从而在管道内壁及流量计表体和测量元件表面上凝聚起来，造成多数流量仪表不能正常工作。可以说煤气的输送和计量的难点一直没能很好地得到解决。在塔形流量计问世前，只能凑合着使用孔板。由此带来大量的附加工作，例如要对孔板前的积污、取压孔堵塞进行定期拆下检查清理、因孔板的锐角磨损而定期拆下标定，这样一来孔板的准确度就很难保证和正确的评估了。

天然气流量

对于干净的天然气的流量测量，应该没有什么难点，对此我国2004年重新修订发布了：中化人民共和国石油天然气行业标准SY/T6143-2004(代替SY/6143-1996)。标准中对用孔板测量天然气进行了详细的规定。但是如果在天然气的开发、处理上存在技术欠佳，在输送过程中管道里面没有处理干净。由此就会造成天然气中可能含有水分、杂质、泥沙、其他污物等，由此就会给使用孔板计量天然气带来难以应付的困难，同时测量精度也难以保证标准中的规定（因为流体的条件已超出了标准规定的要求）。因此用何种流量仪表来测量不干净的天然气也是我们必须面对的一个问题。目前我国对天然气的计量主要还是孔板为主，多通道超声波在大口径管道上已经使用，但是因为价格昂贵还不能普及。气体涡轮也在干净的气体上有所应用，但是对于含有污物的气体以及涡轮的使用寿命还存在很多问题没有解决和期待解决。

孔板计量的诸多缺点

就目前常用的十余种流量仪表来讲，对于蒸汽、煤气、天然气等的计量手段，孔板还是占有较大的份额，其中的原因上面已经初步进行了分析。对于孔板计量所存在的诸多的弊病，这已是仪表业内人所共知的问题。为了提高计量技术的科技水平，使计量技术更好更快的向前发展，也为了使大家对新型流量仪表的优越性能有所认识，在此有必要对孔板存在的缺点旧话重提。

1、孔板存在着不能避免的：“锐角磨损”的问题，使它的测量精度随着使用时间而越来越低（详细见前面所述）。

2、孔板的量程比太小（只有3～4：1）、线性差这些缺点极大制约了孔板适应流量变化的的能力。我们都知道在实际测量中流量大小的变化范围大多数都很大，特别是在供气、供热的计量上，由于用量波动很大，流量上限与下限常常超过20：1，远远不止孔板的3～4：1这样小。对于孔板这类流量计，当下限流量进入到雷诺数Re＜1ⅹ104范围内，流量系数对Re变化是非常敏感的（进入了非线性区），

注：Re=354ⅹM/(Dⅹμ)

例如一个β＝0.73的角接取压孔板，假设因流量减小导致Re由5ⅹ104降到Re＝104时，这相当于流量从额定工况下降到20％额定工况下工作，而这时流出系数（或流量系数）将不会保持设计时的数值，其变化会增大2.2％，如此大的负向误差实在令人吃惊。而在实际测量中流量在20％额定负 荷下工作是常有的情况，由此可见孔板量程比太小、线性差对流量测量精度的影响是多么大。

3 孔板等传统差压仪表对直管段要求太长更是令广大的使用者最感头痛的问题，孔板对直管段的要求大多数是很难满足要求的，所以由此而引起测量误差有时是相当大的（±0.5～5％）。这个问题在前面已经进行了介绍，这里就不多讲。

4 孔板是不适应在脏污、含湿流体条件下工作的，因为这些会 在孔板前面的管道及端面上堆积、附着，严重影响测量准确度

历史原因的分析

标准节流装置孔板、喷嘴、文丘里管三大节流件，由于孔板结构简单、价格便宜、通用性较强，再加上百余年应用的历史等，所以至今在流量领域仍然占有较大的份额，特别是在较大口径（DN1000以下）、高温、高压等介质上，由于历史的原因人们心里总是感到用孔板放心。在塔形流量计问世前这样的选择是有一定道理的。

80年代末期塔形流量计（V-CONE)的研制成功，终于使上述这种情况发生了质的变化。无论是结构原理、测量精度、量程范围、使用条件、适用范围、使用寿命等等方面，它的优越性都是孔板等其他节流件不能相比的。

有人可能会讲：既然塔形流量计这样好，为什么在流量领域没有大规模应

用？主要原因是：

1 塔形流量计时间短，在国内正式推出只有4～5年的时间，人们还不太 了解它。对一个不熟悉的仪表当然不敢贸然使用。

2 一个新型仪表的从问世到大规模应用，不管时间是长是短总要一个过 程。但是只要是好的仪表，这个过渡的时间是会很短的。

3 由于设计计算等原因，国内真正能独立生产的厂家太少，所以在宣传 和推广力度上不够，致使很多用户对它不了解，从而在一定程度上影 响了塔形流量计的使用。

通过今天的简单介绍，也只能是使大家对该仪表有了一个初步的认识。

我们相信随着对塔形流量计的优越性能的逐步了解和熟悉，它取代孔板的

趋势是不可置疑的。

孔板的 性能／价格比

与其它投资一样，计量仪表的选择也是资金的投入，那末一套流量仪表怎样才能为你创造最大的效益？下面以一个例子来说明。

1、 以上我们把孔板与塔形量计进行了较全面的对比分析，二者性能的优劣大家心里基本有了初步的认识。但是可能有人要说：以中等管径来比，塔形流量计要比孔板价格高出近万元，还是孔板便宜。这里仅仅只是作了一次性投资的对比，没有计算今后长期运行的效益的对比，是不全面的。

这里以一套外供蒸汽的计量仪表为例，年供汽30万吨计算，70元／吨。若用孔板计量，这里仅以因孔板锐角磨损引起的误差比原来增大1.5%计算（负误差，流量偏低）。

300,000吨/年ⅹ1.5％ⅹ70元／吨＝31.5万元

每年30多万元的损失与投资时多花1万多元就可以把这30万元找回来相比，应该选用孔板还是选用塔形流量计，答案不是很简单吗。这仅仅是一年的损失，这个误差是随着时间一点点在增大的，几年算下来，百十万元就会无声无息地流失掉了。

2、上面举了引起孔板偏低的一个例子，引起孔板误差增大的因素诸多，其方向（也就是常说的流量偏低还是偏高）确定，因实际情况复杂还有许多不能确定，有些甚至流量界上还有争论。下面再举一个引起孔板偏高的一个例子。下面给出一组已有定论的由直管段不够所带来的误差数据，表中凡是负值的，对测量的影响都是使流量偏高。

从表中可以看出，仪表最大偏高达到了7.5％，平均值也在1.5％左右。作为蒸汽的用户，可以用上面的计算方法算一下因孔板偏高的因素一年给你带来多大的损失。

在《流量测量方法和仪表的选用》中明确列出了31项引起孔板、喷嘴偏

低、偏高的各种因素，大家可以查阅。

塔形流量计的节能效果

由于塔形流量计的相对压力损失小于孔板，这是因为塔形表的负压端非常稳定（前面讲述的抗旋涡流能力），所以在正常情况下可以选择较大β值（较小的塔体），从而使差压量程在较低的范围内（零点几千帕的量程都可以正常工作）。而孔板因为没有抗旋涡流的能力，它的负压端受旋涡流干扰波动太大，所以差压量程不能选择的太小，正常流量最小也需要十几千帕的差压量程。因此孔板压力损失很大，大的压力损失必然就要消耗能源。下面请看一个实例：

假设永久损失孔板比塔形仅仅大4KPa，蒸汽流量为：50 t / h，密度为:10kg/m3，换算到体积流量为5000m3/h。计算一下因压力损失的原因采用塔形流量计比孔板运行一年节约多少资金？

功耗损失＝体积流量ⅹ压损

＝5000（m3/h）ⅹ4(KPa)

＝1.388(m3/s)ⅹ4000(Pa) 体积流量化为m3/s

＝1.388(m3/s)ⅹ4000(N/m2) ( 1Pa＝1N/m2 )

＝5552（Nm/s)

＝5552（Nm/s)÷9.8Nm

＝567（Kgf.m/s) (1 Kgf.m/s＝9.8Nm)

＝5560（w) (1 Kgf.m/s＝9.80665w)

如果工业用电0.5元／度，运行一年（365天）

5560（w）ⅹ24小时ⅹ365天÷1000（Kw.h)ⅹ0.5元／度＝24,353(元)即采用塔形流量计比孔板一年可以节约电费2.4万元之多，运行4年就可节约10万元。

与弯管的比较

弯管流量计虽然距今已有90多年的历史，但是只是近十余年来在我国才有了应用。其优点是：无压力损失，可测气体、液体和蒸汽，无可动部件，坚固结实，耐压耐温也较高。但是对于测量的准确度及可用性，我想提出几点看法。

1、提到弯管流量计我们要说的是，弯管的可用性（保证精度下）目前在流量界还是有相当大的分歧的，因此弯管流量计在保证精度下的可用性可以说还有很大的不确定性。但是有一点是肯定的，无论从测量原理的成熟性还是仪表结构特点上，它的各项性能、可用性及准确度是远低于塔形流量计的。

2、另据相关资料中讲到，弯管在测量蒸汽时，要求蒸汽的流速不能低于7m／S，否则会引起较大误差。这个7m／s的概念，可用流速与流量的关系式来表明对流量测量的影响多大。

根据 V=（354ⅹQ）÷D2

则 Q=(Vⅹ D2 )÷354

式中 V: m／s Q: m3/h D: m m

若是DN100的管径，流量低于198m3/h时，弯管就不能测量。

若是DN200的管径，流量低于791m3/h时，弯管就不能测量。

假如蒸气密度10kg/m3,上述流量下限分别是：1.98t/h和7.91t/h，对应的雷诺数Re为4.7ⅹ105和9.4ⅹ105。若密度为4.510kg/m3,对应的下限雷诺数Re是2.1ⅹ105和4.2ⅹ105,也相当高（塔形流量计的下限雷诺数Re是8ⅹ103）。这表明弯管只能工作在高雷诺数区域内，从而说明弯管流量计测量的范围较窄，测量小流量的能力差。

3、在国际、国内所有的著书立学中（除了弯管的生产厂外），凡是提到弯管流量计时都一致指出它的测量精度太低，如《流量测量节流装置设计手册》中明确指出：在R/D≥1.25,Re＞104时弯管流量计的流出系数相对不确定度为±4％（169页）。对此我们也查了大量的资料，得到的结果是：几乎所有国内、国外的专家、学者在所推荐的弯管流量计在其可以保证测量精度上几乎不能为使用者所接受。

面对流量界关于弯管流量计上的技术分歧，还有待于广大用户和实践来检验和判断。

4、弯管流量计在对其测量原理的分析中，把流体在管道中流动认定为是齐头并进流动的（认为是均速流动），实际上流体在管道中流动的速度是沿着管半径方向形成一定的梯度的。管中心流速最快，越接近管壁速度越慢，接触管壁处速度接近零。把不是平均流速的流体当成平均流速的流体来进行理论分析，对流量计的测量精度肯定要带来一定的影响。具体影响的大小还缺少相关的数据。

5、弯管处于管道的拐弯处，等同于一个胀力弯，管道冬、夏的热胀冷缩对弯管的弯径比R/D肯定有影响，而R/D又是决定测量精度极为重要的参数，因此对R/D应当严格控制，若不能严格对应，则会产生大于5％的误差。那末胀力对弯管的R/D影响到底有多大。同样也缺少相关的数据。

6、在描述弯管流量计时，有人认为“并且弯管流量计可以近似看作是一种整流装置”，并依据这个理论确认弯管流量计对前后直管段长度要求可以降低，对于这一点也缺乏可靠的数据。因为流体流经弯头后必将产生干扰流，因此必须要加长直管段来消除这个干扰。如果弯头能起到对流体的整流作用，那末国际ISO5167标准、国家GB/T2624-1993标准的相关规定就不好解释了。(关于流体流经弯管时产生干扰流的详细分析及图示说明，可查阅《流量测量节流装置设计手册》第66页。

7、弯管流量计早在1911年就已开始在流量领域使用，这样长时间之所以没有得到大量应用，是否因为它除了压力损失极小的优点外，再没有其他的什么优点有关呢？

与电磁、涡街流量计的比较与选择

电磁流量计的优缺点

优点：无压损失;可测含有固体颗粒或纤维的液固两相流体,如纸浆矿浆等不易堵塞;可

测含有腐蚀性流体;量程比大(20～50：1;直管段 要求较 低;口径范围大(几毫米～3m);

可测双向流;精度高(0.5%)；安装使用较为简单等。

缺点：不能测量气体、蒸汽和含有较大气泡的液体;只能测量液体而且对液体的电导

率有要求;流体的温度不能太高（<120℃）；易受电磁场干扰等。

涡街流量计的优缺点

优点：可测种类多如液体、气体、蒸汽和部分混相流；量程比较高10～20：1；压力

损失小（约为孔板的1/4)；安装维护方便；精度较高1.0%（与孔板、浮子式比）；在

一定的雷诺数范围内输出信号不受流体的物性（密度、粘度）影响，因此可以在一种

介质中标定系数而用于其他介质；安装使用较为简单等。

缺点：不适用低雷诺数测量，所以高粘度、低流速流体受限；口径不能太大<DN300～

400；测蒸汽温度不能高于300℃；直管段要求较长；受震动影响大等。

通过以上对电磁和涡街流量计性能优劣的简单介绍，在这里我们建议：在口径

≤DN100液体测量时，选择电磁流量计较好。在口径≤DN100气体测量时，选择涡街流

量计较好，特别是要求就地显示的情况下，涡街流量计是首选。除此之外，塔形流量

计是最好的选择。

由于工作原理所决定，孔板系统的温度、压力测量点安装是有规定的，位置只能如图所示。因此需要三台仪表才能完成，相应的辅助件也多。不仅增加了密封点也增加了日常的维护工作量。

塔形流量计它的测量原理决定了它允许测温元件直接安装在塔体上，又选用了多参数变送器，差压、压力、温度在一台变送器上测量运算，直接输出补偿后的信号。大大减少了密封点和日常的维护工作量

最后的结论

凡是要求测量任何气体、液体、蒸汽的场合都可以使用塔形流量计，在要求稳定性很高的过程控制中，塔形流量计更是能胜任。如果某场合要求有更高的耐用性、坚固和有长期的使用寿命，塔形流量计应该是首选的仪表。从本质上讲塔形流量计是免维护的，因为它不需要进行定期的重新校准。只有在极端的工作条件下时，才有必要对它进行定期检查。同其它任何一次节流装置一样，必须配套使用较高质量的差压变送器以及二次仪

表后才能获得整体的优异的系统性能。因此应该按照厂家的要求，定期对差压变送器及二次仪表进行校准。

塔形流量计虽然同属于节流式差压流量计，但是它独特的结构、原理使得它不但测量准确度高，而且不存在孔板的磨损与积污问题。实流标定出来的流出系数不但可以在现场准确复现（孔板计算出的流出系数很难在现场准确复现），而且可以长期保持不变。再脏的气体也不会使取压孔堵塞，因此可以测量煤气等脏污的流体。它的量程比可以做到15：1。对安装直管段要求只有1到3D（在调节阀后3D）。它的压损小，可以在低静压、低流速的流体中有效的进行测量。塔形流量计的优良性能使得它适宜用作其他仪表不宜的环境监测中的流量仪表，如监测烟道气的流量、监测各种污染物的排放量等。

就测量精度而言，它与多声道超声波、精密气体涡轮、电磁（液体）等可属于同一档次的仪表，其次为涡街、旋进旋涡、均速管等。因此在天然气、供热蒸汽、污水等的计量上完全可以用于贸易结算。但就抗脏污能力和工作稳定性而言，唯有塔形流量计性能最佳。就量程比而言，虽然不及超声波、电磁那样宽，但是15：1用于工业测量已足够。特别是塔形可以测小雷诺数（低流速）的特性，比一般的量程比宽更有实用意义。塔形流量计是基于非常成熟的原理工作的，它为差压式流量计揭开了崭新的一页。

七、塔形流量计安装注意事项

节流式差压流量仪表的安装要求包括管件条件、管道连接情况、取压口结构以及差压信号管路的敷设情况等。

安装要求必须按照规范施工，偏离要求产生的测量误差，虽然有可能可以修正，但大部分无法定量确定的，因此现场的安装应严格按照标准的规定执行，否则产生的测量误差甚至无法定性确定。

八、流量计发展

流量测量的发展可追溯到古代的水利工程和城市供水系统。古罗马凯撒时代已采用孔板测量居民的饮用水水量。公元前1000年左右古埃及用堰法测量尼罗河的流量。我国著名的都江堰水利工程应用宝瓶口的水位观测水量大小等等。17世纪托里拆利奠定差压式流量计的理论基础，这是流量测量的里程碑。自那以后，18、19世纪流量测量的许多类型仪表的雏形开始形成，如堰、示踪法、皮托管、文丘里管、容积、涡轮及靶式流量计等。20世纪由于过程工业、能量计量、城市公用事业对流量测量的需求急剧增长，才促使仪表迅速发展，微电子技术和计算机技术的飞跃发展极大地推动仪表更新换代，新型流量计如雨后春笋般涌现出来。至今，据称已有上百种流量计投向市场，现场使用中许多棘手的难题可望获得解决。

我国开展近代流量测量技术的工作比较晚，早期所需的流量仪表均从国外进口。

流量测量是研究物质量变的科学，质量互变规律是事物联系发展的基本规律，因此其测量对象已不限于传统意义上的管道液体，凡需掌握量变的地方都有流量测量的问题。流量和压力、温度并列为三大检测参数。对于一定的流体，只要知道这三个参数就可计算其具有的能量，在能量转换的测量中必须检测此三个参数。能量转换是一切生产过程和科学实验的基础，因此流量和压力、温度仪表一样得到最广泛的应用。