[导读] 针对传统节流装置存在着永久压力损失过大、噪声易引起取压点信号波动和直管段要求过长等现状，详细分析和阐述了平衡流量计（平衡差压节流装置）的性能优势，并通过实例证明了平衡流量计的永久压力损失、流动噪声、最小直管段要求、测量精度等性能优越于传统节流装置。平衡流量计能极大限度地将流场平衡调整成理想状态，从而将差压式流量计的优势发挥到极至。
1 引言
差压式流量计[1]应用非常广泛，标准节流装置是流量计选用优先考虑的仪表。目前，节流式差压流量计可选用的节流元件通常为孔板、喷嘴、文丘里管、均速管、机翼等。其中，孔板和喷嘴的节流原理是边缘节流；文丘里管的节流原理是缩管节流；均速管的节流原理是双腔节流；机翼的节流原理是机翼式节流。每一种节流元件都有其优势和弊端，设计人员要根据需要选择一种更加适合工况的节流元件。随着技术的进步，节流元件的不断改进，一种平衡差压节流装置已经通过试验并逐步应用到石化装置中。采用这种节流元件的流量计被称为平衡流量计，该技术是由美国国家航空航天局马歇尔航空飞行中心设计发明，2004年获得产品发明系列专利，并于2006年获得总统颁发的发明大奖。
2 平衡流量计的性能优势
平衡流量计是一种革命性的差压式流量仪表[2]，其传感器是一个多孔的圆盘节流整流器，安装在管道的截面上，每个孔的尺寸和分布基于独特的公式和测试数据定制，称为函数孔。当流体穿过圆盘的函数孔时，流体将被平衡调整，涡流被最小化，形成近似理想流体，通过取压装置，可获得稳定的差压信号，根据伯努利方程计算出体积流量、质量流量。下面将详细阐述平衡流量计的性能特点。
2.1 平衡流场和减少涡流
现今大量使用的标准节流装置，由于只有一个流通孔，孔两边的死区产生大量的涡流，消耗流体的动能，会导致很大的永久压力损失；随机和杂乱涡流所形成的噪声引起取压点信号波动，使测量线性度和重复性降低；一个孔的结构，需要很长的直管段来整理流场和恢复压力。
平衡流量计通过多孔圆盘节流整流器，能巧妙实现流体平衡测量，明显减少涡流的形成、降低死区效应、减少流体动能的损失，降低涡流带来的取压点信号波动，如图1所示。
2.2 减少永久压力损失
平衡流量计多孔对称的平衡设计，减少了涡流的形成和紊流摩擦，降低了动能损失，在同样的测量工况不降低差压值的情况下，可比传统节流装置减少2.5倍的永久压力损失，从而降低了较大的运行能量成本，是一种节能型仪表。
2.3 直管段要求低、方便测量双向流
平衡流量计能将流场平衡调整稳定，且压力恢复比传统节流装置快两倍，大大缩短了对直管段的要求。大多数情况下直管段可以小至0.5D，采用平衡流量计可以省去大量直管段，尤其是特殊昂贵材料的管道。另外，平衡流量计左右完全对称，因此可以十分方便地测量双向流。
2.4 其他性能优势
a）测量精度高、范围宽。由于平衡流量计具有对称多孔结构特点，能对流场进行平衡，降低了涡流、振动和信号噪声，流场稳定性大大提高，表体采用特制精密管道和专用取压装置，使线性度比传统节流装置提升了5～10倍。经过实流标定，精度可达±0.3%～±0.5%，适用于贸易计量场合；几何尺寸检验，精度可达±0.5%～±1.0%，适用于过程控制场合。
根据实验结果，通过平衡流量计的流速可达到音速；其最小雷诺数可低于200，最大雷诺数大于107；β值可选0.25～0.90。
b）量程比宽、重复性和长期稳定性好。与传统节流装置相比，平衡流量计极大地提高了测量量程比。美国研究结果显示：雷诺数大于5×104时，选择合适的孔径参数，平衡差压节流装置量程比无上限。根据工业测量实际应用需要，常规测量量程比为10∶1，选择合适的参数，可以做到30∶1，50∶1或更高。
平衡流量计能将流场平衡稳定，使重复性大大提高，可达0.1%。平衡差压节流装置多个流通孔分散受力，无锐角磨损，其β值可长期保持不变，长期稳定性非常好；整个仪表无可动部件，使用寿命比传统节流装置延长5～10倍。
c）耐脏污不易堵、适用范围广。平衡流量计的多孔对称的平衡设计，减少紊流剪切力和涡流的形成，从而大大降低了滞留死区的形成，保证脏污介质顺利通过多个孔，减少了流体孔被堵塞的机会。
平衡流量计工作温度、压力取决于管道和法兰的材质和等级，分别可达850℃，42MPa。适合气液两相、浆料，甚至固体颗粒测量。
3 平衡流量计与其他差压节流装置的对比
结合以上介绍的性能特点，可以对平衡流量计和其他差压节流装置进行一下比较，具体可见表1所列。
4 平衡流量计的应用及结论
2007年8月在广石化5Mt/a常减压装置改造中，采用了美国A+K平衡流量计用于进出装置的气体计量，经过几个月的使用证明，该产品读数稳定，精度高，量程比大，压损小，与其他传统的差压式流量计相比，性能有显著提高。
通过对平衡流量计的性能分析，可以看出平衡流量计是一种新型流量计。这种流量计的测量精度是传统节流装置的5～10倍，流动噪声降低到1/5，永久压力损失约为1/3，压力恢复快2倍，最小直管段可以小至0.5D，没有活动部件，安装和使用非常方便简单，可省去大量直管段，大大减少流体运动的能量消耗，是一种具有广泛应用前景的节能仪表。现在，平衡流量计已经广泛应用到美国天然气、炼油、气体行业、化工厂、钢铁厂、发电厂和制药厂。2006年底，A+K平衡流量计导入中国市场，进行大规模推广。