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流量测量的应用领域

【论文摘要】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，量是事物所固有的一种规定性，它是事物的规模、程度、速度以及它的构成成份在空间上的排列组合等等可以用数量表示的规定性，因此其测量对象不限于传统意义上的管道流体，凡需掌握量变的地方都有流量测量的问题，例如城市交通的调度，需掌握汽车的车流量的变化，它是现代化城市交通管理需检测的一个参数。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，而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得到*广泛的应用。

（一）为什么在国民经济中如此广泛采用流量测量和仪表？

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，量是事物所固有的一种规定性，它是事物的规模、程度、速度以及它的构成成份在空间上的排列组合等等可以用数量表示的规定性，因此其测量对象不限于传统意义上的管道流体，凡需掌握量变的地方都有流量测量的问题，例如城市交通的调度，需掌握汽车的车流量的变化，它是现代化城市交通管理需检测的一个参数。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，而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得到*广泛的应用。

（二）流量测量技术和仪表的应用领域

1. 工业生产过程

流量仪表是过程自动化仪表与装置中的大类仪表之一，它被广泛应用于冶金、电力、煤炭、化工、石油、交通、建筑、轻纺、食品、医药、农业、环境保护及人民日常生活等国民经济各个领域，它是发展工农业生产、节约能源、改进产品质量、提高经济效益和管理水平的重要工具，在国民经济中占有重要的地位。在过程自动化仪表与装置中，流量仪表有两大功用：作为过程自动化控制系统的检测仪表和测量物料数量的总量表。据统计，流量仪表的产值约占全部过程自动化检测仪表与装置产值的五分之一。

2. 能源计量

能源分为一次能源（煤炭、原油、瓦斯气、石油气、天然气）、二次能源（电力、焦炭、煤气、成品油、液化石油气、蒸汽）及含能工质（压缩空气、氧、氮、氢、水）等。1998年1月1日公布中华人民共和国节约能源法，说明我国的能源政策开发与节约并重，把节约放在优先的地位。由于我国产业结构，产品结构不合理，生产设备和工艺落后，管理不善，能源的利用率只有32%，比国际先进水平平均低10%，每消耗一吨标准煤创造的国内生产总值，只有发达国家的二分之一到四分之一，我国每生产一吨钢综合煤耗为976公斤，而国际先进水平为650公斤。风机、水泵、锅炉等应采用高效节能的先进设备。能耗是考核企业管理水平的一个重要指标，要节能除采用先进设备与工艺外，主要是加强管理的问题，而管理必须配备计量系统才能进行定量的管理。每个企业，对进厂、出厂、自产自用的能源进行计量，对生产过程中的分配、加工、转换、储运和消耗，生活和辅助部门的能耗进行计量。目前我国流量计量系统正常工作的百分率比较低，除仪表质量外，尚有许多复杂原因影响正常运转，这些原因如介质条件恶劣、维修困难、校验问题大等。现分别对几种主要能源的流量计量情况简介如下。

水

我国水资源人均只有世界的四分之一，且分布不均衡，北方严重缺水，国内有100多大中城市缺水，日缺水达1000万立方米以上，21世纪可能发生水危机，如大连从120公里碧流河引水，天津从230公里滦河引水，青岛从240公里黄河引水。近年来黄河下游断流时间不断延长，断流处向上游延伸。北京日高峰时日缺水达30万吨。城市庞大的水管网进行输配，从水厂到用户水表种类繁多，大口径水表的计量精度一直存在问题，水表种类大致有孔板、电磁、超声、插入式流量计等，除孔板外，其它类型大口径水表的校验不断困扰着用户。家用水表是个非常庞大的数目，我国家用水表年产量估计在1000万只以上，家用水表为叶轮式，不但精度低，计量抄表需大量人工亦是个问题。福利型的水价导致水的严重浪费已引起国家的重视，亟需制订合理的水价以促进节约，但水价的提高如计量精度不相应提高亦会产生新的矛盾。故家用水表型式性能的改进已提到议事日程。

煤气、天然气

城市气化率是现代化城市的标志之一，1985年国内城市煤气工作会议确定直辖市、省会、重点旅游城市、沿海开放城市及环保重点城市1990年气化率为40%，2000年气化率为70%，煤气的流量计量由于介质脏、含湿高、大口径、低流速、宽范围度等为困难的测量问题，几十年来一直未能很好的解决，去年制订的煤气主管道流量测量国家标准可望为解决此问题提供一些可能性。由于环保的原因国家不鼓励更多地发展煤气而尽量用天然气。

天然气是高效、清洁的燃料，上等的化工原料，并有望成为城市汽车的清洁燃料。发展天然气是我国今后能源发展的重点。我国天然气蕴藏量丰富，但目前产量很低，每年仅约200亿立方米，不及西欧小国荷兰的产量，美俄两国天然气年产量皆在5000亿立方米左右。急剧增加产量以适应国民经济的需要已经势在必行。国家制订计划到廿一世纪初天然气产量要比90年代初翻两番。目前我国陆上已探明储量约1.3万亿立方米，主要分布在重庆、四川、陕甘宁、新疆等地。1998年5月28日我国发表《中国海洋事业的发展》白皮书，其中关于石油资源内容如下：我国海域有30多个沉积盆地，面积近70万平方公里，石油资源量约250亿吨，天然气蕴藏量约为8.4万亿立方米。天然气从气井开采经处理（脱硫、脱水）集输到城市要经过许多复杂的工艺过程，从计量角度对被测介质可分为三种类型：**种类型：气井到集气站、脱硫厂及脱水厂称为原料气，具有多相、高压、腐蚀、中小口径等特点；**种类型：处理厂出来后称为净化气，经长输管线送到城市，具有单相、中压、大口径、要求高精度计量的特点；第三种类型：城市广大用户使用的天然气，具有单相、低压或常压、中小口径、计量精度适中等。

一般气田纵横数百公里，几百口井，几十个集气站及处理厂用管网连在一起，输送到城市更是庞大的管网覆盖广大地区，这些管网中的气量分配，调度、经济核算皆需设置天然气计量站，装备大量的流量测量系统。目前**种类型尚无合适流量计可用，**种类型采用孔板、涡轮、超声等，第三种类型除上述仪表外还有涡街、腰轮、膜式气量计（家用煤气表）等。我国城市家用煤气表年产量在百万只以上。

蒸汽

蒸汽分过热蒸汽和饱和蒸汽。前者为单相介质，在火力发电厂中过热蒸汽做为推动汽轮机带动发电机发电，蒸汽流量测量对于电厂的生产质量及**极为重要，现代火力发电厂机组为高压高温状态，过热蒸汽流量采用喷嘴测量，有国际标准或国家标准做为依据。饱和蒸汽是由工业锅炉生产的一般为低压中温状态，它是汽水混合物，锅炉出口处为饱和蒸汽，但输送到用户处，由于管道热散耗含水量大的汽水混合物，它的流动为两相流，对于测量混相流是个困难的测量问题，至今尚无成熟的仪表可用．据估计我国煤产量１／３～１／４用于工业锅炉燃料，国内有几十万台工业锅炉，需配备数量巨大的蒸汽流量计，目前常用的仪表为孔板、涡街、均速管及分流旋翼式流量计，这些流量计在低干度下使用都不能令人满意，是急待解决的问题。

油品

燃料油从炼油厂生产后经油库到发油站供给汽车、船舶、飞机等交通工具使用油品计量涉及巨大经济利益，国内有数十万个计量站在工作着，油流量计更是一个极为庞大的数目。目前大量使用的类型为容积式和涡轮流量计，容积式流量计类型很多，如椭圆齿轮、腰轮、刮板、旋转活塞、螺杆双转子，圆盘等等。

3．环保工程

人口剧增，工业生产迅猛发展使得环境严重恶化，已经达到危险的程度，国家把可持续发展列为国策，它将是二十一世纪的的*大课题。空气污染、水污染要得到控制必须加强管理，而管理的基础是污染量的定量控制。我国是以煤为主要能源的国家，国内有上百万的烟囱日夜不停地向大气排放浓烟，烟气排放控制成为根治污染的重要项目。美国已经立法规定烟废气排放标准，每个烟囱必须安装烟气分析仪和流量计，组成连续排放监视系统（CEMS）。烟废气流量测量属于困难的测量问题，它的难度有：

口径大，如烟囱不规则形状，几米周长；
气体组分变化不定；
流速范围大，从极低速到高速；
脏污、灰尘、腐蚀；
流道为非圆截面，无相似性，通道内流速分布复杂；
无直管段，阻流件形状复杂，速度畸变与旋转流；
无法个别标定确定流量计仪表系数；
静压，要求仪表低压损；
高温（200℃以上）；

废液、污水排放已严重污染江河湖泊，使本来已经严重缺乏的水资源遭到破坏，已很紧张的水资源更是雪上加霜。废液、污水排放的管理控制已是刻不容缓的任务。但是废液污水流量计由于被测介质脏污、口径大、形状特殊、压头低、流速范围宽、不满管流等亦是流量测量的困难问题。工厂企业及人民生活需要的流量计数量极为庞大，种类需多样化才能适应广泛需求。

环保工程所需的流量计随着工程的深入发展将不断提出新的要求，如大规模的废水再生设备、城市垃圾处理设备、工矿企业的水循环利用系统等都需种类繁多的流量计。

4．交通运输

交通运输有五种方式：铁路、公路、航空、水运和管道输送。在五种方式中管道输送虽早已有之，但应用尚不普遍。随着环保问题的突出，管道输送的特点引起人们的重视。例如煤炭一直由铁路水运输送，装卸及敞开运输污染环境不容忽视，采用管道水力输送，不但迅速高效，密闭卫生是很大优点。管道输送的物料有：原油、天然气、水、压缩空气、煤炭、谷物、水泥、矿物……。世界管道运输主干线已达230万公里，我国1996年底仅为1.9万公里，处于落后状态。管道运输必须装备流量计，它是控制、分配调度的眼睛，亦是**性（监视物流堵塞）的监测系统。管道运输流量计除传统的流量计如孔板、电磁、容积式外，近年出现的相关流量计是**潜力的的新型流量计，国内已有用于混相流测量的实例。

5．生物技术

据说二十一世纪是生命科学的世纪，以生物技术为特征的产业将获得迅速发展，生物技术中需监测的物质很多，如血液、尿液、药液、营养液等等，其被监测对象很多为混相流、脉动流、非牛顿流体，亦是流量测量的难点。

6．科研实验

科研实验需要的流量计不但数量多，品种极为繁杂，据统计流量计有100多种，其中很大一部分是应科研实验之需，它们并不批量生产在市面出售。我国有很多科研单位或大型企业有专门小组研制自己需要的流量计，特别是国防部门更是常事。

■ 化工中间试验工厂

它是化工生产的一个中间环节，一种化工产品从实验室研制到大批量生产必须经中间试验，这种实验工厂可以说是生产实验数据的工厂，数据的准确可靠是**位，这里流量计是必备的仪表，它是监测物料数量的仪表，由于规模小，大都是小、微流量的测量。

■ 发动机效率试验

发动机种类繁多，泵、风机、压缩机、动力机械等，发动机效率试验必须检测三个参数：温度、压力和流量。一般认为流量测量比较困难，原因是其使用条件特殊，测量对象阻流件复杂，无直管段安装条件，流体组分变化，流动为脉动流等。

7．海洋气象，江河湖泊

这些领域为敞开流道，一般需检测流速，然后推算流量。流速（流量）计一般所依据的物理原理及流体力学基础理论与密封管道虽有共通之处，但仪表原理及结构以及使用条件有很大差别，国际标准化组织（ISO）有专门技术委员会制订此类流量计的国际标准。国际流量学术会议一般皆包括此部分内容。

我们列举了七类应用领域，它遍及国民经济各部门，ISO、IEC及OIML等国际标准化组织设有众多技术委员会制订有关国际标准。

国际标准化组织（ISO）有9个技术委员会涉及流量或流速的测量，它们是：TC（技术委员会）30（封闭管道）、TC113（明渠）、TC28（石油产品）、TC115（泵）、TC117（工业风机）、TC118（压缩机）、TC131（液压）、TC112（真空技术）、TC116（采暖）。国际电工委员会（IEC）有3个委员会：TC4（水轮机）、TC5（汽轮机）、TC65（流程测控）。国际法制计量组织（OIML）有十余个国际建议或国际文件涉及流量测量。(

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