無論是制造工廠還是建筑業主都在努力設法使其設施更節能，對環境的影響更小。

在當今的商業環境中，控制能源成本從未像現在這樣重要。能源已成為企業、機構和消費者的熱門話題。對于許多人來說，尋找新的、更好的方法來減少能源使用并提高能源效率，是一個高度優先的事項。因此，能源管理越來越受到重視。

測量是能源管理的基礎，因為要控制它，首先必須準確測量它。本文重點介紹了流量測量技術，因為它們主要用于天然氣。根據需要，也會涉及蒸汽和水的主題，用于比較和提供背景信息。此外，還討論了一些主要的流量計類型以及優點和缺點，以幫助工程師在應用時更好地進行選型。

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流量測量基礎

質量流率可以根據被測物質的密度、物質流過的橫截面積以及物質相對于目標區域的速度來計算。如果密度恒定，這相當簡單。流量測量是對通過管道的液體或氣體量的量化。流量可以量化為體積流量（如gal/min）或質量流量（如lb/hr）。速率始終是某個時間單位內對某個單位的度量。

當溫度、壓力或成分發生變化時，某些流體的密度可能會發生變化。一些流體也可能具有組合相或夾帶氣泡。密度變化使質量流量測量更復雜，但氣體測量比液體測量更復雜。

有許多用于測量流量的技術和設計，但并非每種流量測量技術都適用于能源監測應用。為了成為能源監測應用中的候選技術，流量測量必須具有成本效益、無創性、易于安裝且成本低廉。該技術還必須具有適合于應用的可靠性和準確性。

在制造業中，流量測量對于使用原材料制造產品或為產品增加價值的運營至關重要。對精確流量測量儀表的需求，是由業務需求或環境限制驅動的，例如需要更嚴格的過程控制，以減少排放和提高效率。

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流量計類型

每種流量傳感技術和每種流量計都有優缺點。在市場上廣泛使用的流量計中，所用的流量傳感技術主要包括：差壓（DP）、容積式、科里奧利（或質量流）、渦街和渦輪。

差壓裝置包括節流孔、文丘里管、流量噴嘴、皮托管、均速皮托管和V形錐。容積式裝置包括旋轉凸輪、隔膜和渦輪機。請注意，市場上還有更多類型的流量計。不過，本文討論的重點不包括主要用于流體的設備。

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差壓流量計

差壓流量計的運行需要在液體、氣體或蒸汽流道中放置節流裝置，如孔板、流量噴嘴、皮托管或文丘里管，并測量其上的壓差?？装迨鞘褂米顝V泛的節流裝置，通常會產生最大的壓力損失。蒸汽流速隨通過該節流孔的壓降的平方根而變化。差壓變送器測量通過節流孔的壓降。

盡管孔板式差壓流量計通常具有較低的初始成本，沒有移動部件，并且安裝成本也較低，但它們具有壓力損失高、量程低的缺點，并且隨著時間的推移測量準確性降低?？装遄罱K可能因磨損而導致影響流量計的校準。

現在安裝的許多流量測量儀表，都基于差壓傳感技術。在每年發貨的所有流量測量變送器中，差壓變送器約占一半。智能多變量壓力變送器在測量范圍、精度、重復性和進行多次測量的能力方面的改進，為這項成熟但仍然可行的技術增添了生命力。

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容積式流量計

容積式流量計通過機械移動流量計中的移動部件來測量流量，然后計算單位時間內的位移數量。用每個計數表示流體的體積量。每次計數時，流體都會通過流量計。流量計運動部件，由被計量的流體壓力驅動。

旋葉式流量計（rotary lobe flowmeters）。該流量計可直接測量在實際工作壓力下通過它的流體的實際體積。兩個反向旋轉的葉輪在殼體內旋轉。流經流量計的氣體或液體驅動葉輪，葉輪將已知體積的氣體困在空隙中。流量與旋轉速度成比例。

通過計算轉數并將計數乘以每轉所置換的已知體積來測量體積。計數可以通過機械或電子方式完成。最常見的布置是在葉輪中嵌入磁鐵。由安裝在儀表外殼中的接近開關感應。由磁鐵驅動的開關，激活就地數字顯示器，或輸入到一個完整的電子系統，用于處理、校正和遠程通信。

旋葉式流量計主要用于商業和工業客戶的天然氣計費：負荷超過每小時1000立方英尺。它們主要用于工業和油氣生產中的氣體和液體。它們還被用于能源管理的工業分項計量應用中。使用它們的主要原因是高精度和堅固性，且維護成本低。ANSI/ASC B 109.3批準這些計量表可用于監護轉移。

在使用旋葉式流量計時需要注意，在校準范圍外的流體溫度和壓力下工作時，必須將體積流量校正到標準條件。當計量表用于計費時，此功能可以自動完成。如果出現機械故障，建議使用配置手動隔離閥的旁路。

隔膜流量計（diaphragm flowmeters）。它包括一個充滿天然氣（或其他氣體）的外殼，并包含兩個氣體波紋管（隔膜）。每個隔膜都有一個滑閥，可以交替打開和關閉每個隔膜的進口閥和出口閥。當氣體流入流量計時，波紋管通過滑閥交替充滿和排空，滑閥充當計數器。

當每個閥門關閉后打開時，計算一個已知體積的氣體。機械連桿將每個閥門連接到一個計數器，該計數器記錄計數，并在表盤上顯示計數。氣體被排放到儀表外殼和儀表出口。兩組波紋管和閥門交替運行，以提供連續的氣流。該機構由波紋管上的氣體壓力驅動，其結果是儀表上的壓降很小。

在天然氣計費應用中，隔膜流量計的上游安裝有壓力調節器，可以保持恒定壓力。這樣就不需要壓力校正變送器。溫度變化可能會導致偏差。然而，在實踐中，當通過地下管道供氣時，溫度變化很小。

隔膜流量計的優點包括：價格便宜且準確，適用于小型能源管理項目。具備脈沖輸出和通信能力。它的缺點包括：只能用于清潔氣體；大尺寸、重且昂貴。

渦輪流量計（turbine flowmeters）。渦輪流量計有各種尺寸、類型和價格。適用于很多工業應用，以及水和天然氣公用事業公司的計費項目。用于計量氣體和水的公用事業型渦輪機，被批準用于監管轉移。它們通常具有經校正的質量流量讀數電子輸出和通信能力。渦輪流量計的一個突出用途是對大量客戶進行計量和計費。

工業渦輪流量計也有在線式和插入式兩種。插入式渦輪流量計的尺寸和材料范圍很廣，從0.5英寸到36英寸甚至更大。由于其能夠測量大型管道流量，因此通常用于煙囪氣體監測。在工業領域，它廣泛應用于測量蒸汽、水、空氣和其它氣體的流量。工業渦輪流量計直接測量流體或氣流的速度。在流量計上需要一個流量計算機或多變量智能變送器。

帶有附加葉片的轉子懸浮在自由運行軸承的流體或氣流中。轉子的轉速（RPM）與液體或氣體速度成正比。有幾種方法可以計算渦輪機的旋轉，包括嵌入到轉子或葉片中的磁性和電氣傳感器。這些傳感器產生微弱的脈沖或正弦波電子輸出，通過電子方式將其轉換為流速，然后在變送器中將其轉換為4-20 mA輸出信號。通過將體積流量乘以流體密度來計算質量流量。質量流量等于流速乘以密度乘以管道面積。

校正后的質量流量需要額外的輸入，包括壓力和溫度。在線式工業渦輪流量計適用于能源管理，因為其直徑范圍廣泛，成本較低。

在線式工業渦輪流量計的優勢包括：良好的準確性和重復性；尺寸范圍廣；管道所需上游直線長度最小；以及成本相對較低。其缺點主要是安裝成本較高，以及運動部件易受污染物的影響。

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科里奧利流量計

科里奧利流量計技術提供直接質量流量測量，不受壓力、溫度、密度和流體粘度變化的影響?？评飱W利流量計有多種配置，包括U形管、雙U形管、彎管和直管設計，所有這些流量計都根據以下原理工作：

■?待測量的液體或氣體進入流量管的一端，流量管受到外部振蕩驅動，機電振蕩器根據管設計和液體或氣體密度以管的固有頻率（約10 kHz）振動。流量管通常由316不銹鋼或其它金屬（如鈦）制成，具體取決于應用。

■?當液體或氣體流經流量管時，它會受到外部振蕩驅動器引起的向上或向下的力。科里奧利力與驅動力相反，從流入側向上推動管子，從流出側向下推動管子，導致管子扭曲。

■?位于流量管各支腿上的傳感器檢測管道扭曲時的位置和頻率。隨著質量流量的變化，兩個傳感器之間存在相移。該相移與液體或氣體的質量流量成正比。

■?科里奧利流量計配備了基于微處理器的信號處理系統，該系統解釋來自傳感器的原始信號和正在測量的頻移，將其轉換為可由標準儀表和數據系統使用的信號，如4-20 mA、脈沖和電壓輸出。

科里奧利流量計有著廣泛的應用。最初的應用是在石油和化學工業中測量多種液體，主要用于過程控制目的。由于精度高，它還用于石油和天然氣行業的監管轉移。科里奧利流量計已用于測量高粘度流體、泥漿和混合相流體，如油和水、帶氣泡的水、空氣中的煤粉等。

最近，設計改進和精度提高使科里奧利流量計成為計量氣體的候選流量計。它們能夠計量工業氣體，并已用于天然氣大客戶的監管轉移。它們也可用于低溫氣態或液態氧、氮和二氧化碳。

科里奧利質量流量計有很多優點：直接質量流量讀數，無需校正壓力或溫度；高調節比：標準為20:1，需要時可達100:1；無需在上游和下游鋪設直管；能夠計量多種液體、氣體、泥漿和混合相流；不銹鋼流管是標準配置；某些型號可以計量低溫氣體；非常高的精度和重復性；低維護和監管轉移批準。它的一個缺點是與大多數其它計量表相比，成本相對較高。

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渦街流量計

渦街流量計的運行，是基于一種被稱為“馮卡門效應”的原理。馮卡門效應利用：在通過放置在流體中的非流線型或“鈍”體時，流體會產生在體后部脫落的漩渦。這些渦流可以被檢測、計數和顯示。漩渦的頻率與液體或氣體的流速成正比。在理想條件下，脫落頻率和流體速度呈近似線性關系。

典型的渦街流量計應用包括鍋爐和用戶處的直接蒸汽測量，以及作為鍋爐燃料的天然氣測量。蒸汽是最難測量的流體，因為涉及高溫高壓，并且測量參數因蒸汽類型而異。渦街流量計是蒸汽流量測量的首選，因為它能夠承受高壓和高溫。

渦街流量計非常可靠。它們還具有廣泛的測量范圍，這意味著它們可以測量不同速度下的蒸汽流量。渦街流量計的其它優點包括易于安裝、維護成本低、安裝成本適中和精度高。然而，它們對振動和進口流量有些敏感。

多變量渦街流量計包括壓力和溫度傳感器。除了流速、溫度和壓力外，流量計還使用這些傳感器來確定體積流量、流體密度和質量流量。多變量渦街流量計無需單獨的流量計算機即可執行必要的質量流量補償。

編輯：黃飛

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