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分析哪些因素造成蒸汽流量计量误差
点击次数:782 发布时间:2015-07-01

  引起蒸汽测量误差的原因是多方面的, 除了取压阀、 导压管、 冷凝管、 变送器的安装使用外, 还有许多因素也不可忽略。归纳起来造成齐鲁塑料厂蒸汽测量误差的原因主要有以下几个方面。
1.1 流量计长期处于流量下限运行
基于装置生产的安全考虑,部分装置的蒸汽设计zui大流量远远大于实际用量;另外,由于装置节能降耗措施的实施,各装置的蒸汽实际用量也在逐年降低,也使蒸汽实际用量偏离设计值。表1是齐鲁塑料厂部分装置蒸汽实际用量与设计zui大流量的对比分析。另有2个计量点主要用于冬季伴热和采暖,夏、冬季蒸汽用量差别很大,具体情况列于表2中。

  由表 1、2知,齐鲁塑料厂流量计长期处于流量下限运行是引起流量计量误差的zui大原因。
1.2 实际差压太小易受外界环境影响
  在孔板设计计算时,由于工艺设计的zui大流量明显大于常用流量。同时出于节能考虑,孔板刻度差压选取又偏小,造成流量计的实际使用差压太小,给差压的准确测量带来难度。使用差压小,流量计受引压管铺设、 冷凝管安装、伴热温度等外界因素影响就大。在过热蒸汽测量中正负冷凝罐(包括引压管)液位每相差1mm引起的附加差压约为0.01kPa;正负引压管冷凝液温度的不同带来的测量误差也是不容忽视的。例如:引压管高度5m,由于伴热不均正侧引压管冷凝液温度40℃、负侧引压管冷凝液温度30℃,由此带来的附加差压约0.19kPa。而在实际应用中齐鲁塑料厂近一半的蒸汽流量计量仪表使用差压处于0.1~1.0kPa,由此带来的测量误差可想而知。
1.3 节流件磨损、 脏污、 变形
  齐鲁塑料厂的蒸汽计量除苯乙烯装置的 3.5MPa 蒸汽和 1.5MPa 蒸汽采用喷嘴作为一次测量元件外, 其他12个计量点均采用孔板作为一次元件。孔板的好坏就成了影响蒸汽流量计量准确度的重要因素之一。在实际使用中孔板入口边缘的易磨损、 气蚀、 前端面积污等, 都是不易克服的缺点, 由于节流装置的计算数据是在规定的标准条件下得到的,如果偏离这些规定,必然会带来测量结果的误差,特别是流出系数受孔板入口边缘锐度及积污影响很大。受检修周期的影响,齐鲁塑料厂使用的孔板流量计zui长的达10a以上,短的也有4~。该问题的影响所带来的计量误差是不可忽视的。
1.4 测量管及直管段对流量测量的影响
测量管是节流装置的重要组成部分,其结构尺寸对流体流动状态有重要的影响, 流体流经诸如阀门、渐缩管、渐扩管、弯头、三通等阻流件后,会产生速度畸变、旋转流及非定常流。由于标准节流装置的各项参数是在充分发展管流、 无旋转流以及定常流的参考工作条件下实验得出的, 如果不满足规定的条件, 就会造成流出系数偏离正常值,影响测量准确度。一般情况下,“前10后5"是差压式流量计的zui低要求,为了使流体尽可能满足实验要求从而确保高的测量精度, 必须根据现场阻流件的不同对直管段提出不同的要求。表3是不同阻流件情况的前后直管段的长度要求。

  关于测量管内表面粗糙度对测量的影响是zui为复杂的,也zui易被忽略,特别是投用时间比较长的情况下,管内的结垢、磨蚀等都会使粗糙度恶化于新投用时的情况。即使是新安装的管道,如果粗糙度达不到要求,都应该进行加工以达到规定的要求。即使是管流已达到充分发展管流时, 粗糙度对流体仍是有影响的。
齐鲁塑料厂的蒸汽管线大部分已投用20余年,而在以前的几次仪表更新中也并未对仪表前后直管段进行处理。多年的磨蚀使管道内径明显偏离设计值, 管道粗糙度难以达到设计要求, 由此带来测量误差在所难免。
1.5 流出系数C和可膨胀系数ε变化对流量测量的影响
由差压式流量计一般表达式 可知, 质量流量与差压和密度的平方根成正比是在假设C、ε为常数的情况下得出的。实际上C只在规定的雷诺数Re范围内才可视为常数,实际使用时当Re不在这个范围时,C就不能视为常数。特别是当小流量时,随着 Re 变小,C将有较大的变化,C与Re的变化关系如图1所示。

从图1中可以看出,当Re小于10时,随着Re的变化,C会发生很大变化。在实际测量中,由于流量变化而使Re小于界限值的情况时有发生。在这种情况下,如果不对C实时补偿,会对流量测量带来不可接受的误差。
  齐鲁塑料厂在用的 EN6000B5 等传统流量积算仪没有对 C 的修正功能, 当实际流量低于孔板流量设计下限时, 系统附加误差的存在是引起蒸汽流量测量误差的又一主要原因。
1. 6 密度对流量测量的影响
在蒸汽流量测量中, 需要进行温度和压力补偿, 但在实际操作中往往只重视差压信号的准确与否, 并肯花大力气尽量使用高精度的差压变送器, 而忽略了密度在测量中的重要地位。通过差压式流量计流量方程[1 ]便可发现,其实差压和密度在流量测量中处于同等重要的地位。密度补偿正确与否直接影响蒸汽流量测量的准确性。密度对流量测量的影响需从以下 2 方面进行分析。
(1)不同的密度补偿方式对流量测量的影响对于过热蒸汽计量而言, 密度求取目前常用的有 IFC1967 公式法和查表法 2 种 。IFC1967公式在 0~16.55MPa 覆盖饱和蒸汽和过热蒸汽, 对密度的计算是可靠的, 允差为确定的。
关于查表法, 就是根据用户使用的范围, 把该范围的水蒸气密度装入仪表中, 再根据测得的压力温度从表中查出对应的密度, 这也是一种比较准确的方法。
长期以来, 齐鲁塑料厂一直采用传统的流量积算仪进行蒸汽流量积算, 大部分积算仪采用补偿公式如下:
M=[(P+101.325)/(Pb+101.325)×(Tb+273.15)/(T+273.15)]1/2×G
式中:M— — —温度、 压力补偿后的质量流量, kg/h;
G— — —设计温度、 压力下的质量流量, kg/h;
P— — —仪表的补偿压力, MPa;
T— — —仪表的补偿温度, ℃;
P b — — —孔板的设计压力, MPa;
T b — — —孔板的设计温度, ℃。
在工艺条件偏离设计条件时, 式(1)仍以过热蒸汽满足通用气体的气态方程, 从而造成了密度计算的不准确, 因此对流量测量的影响不亚于用1台精度差的差压变送器所带来的后果。
(2)温度、 压力测量失真带来密度计算误差,影响流量测量精度
无论是采用何种密度补偿方式, 过热蒸汽的密度都直接来自于温度、 压力测量。介质温度、 压力测量准确与否直接影响密度计算误差。由此可见温度、 压力测量在流量测量中占有极其重要的地位。
温度测量误差由低精度的温度测量元件和错误的测量方法等引起。齐鲁塑料厂的实际应用中, 存在热电阻插入深度不够、 热电阻与流量积算仪之间采用两线制连接代替三线制连接、 使用屏蔽线代替导线组成三线制连接等问题, 这是造成温度测量误差的主要原因。
1. 7 引压管铺设不合理引起差压测量信号失真
引压管铺设不合理引起测量信号失真问题是蒸汽测量误差的主要来源之一。差压测量信号失真可能引起的部位和原因有导压管引向不合理、切断阀设置不当、 冷凝罐高度不相等、隔离液液位高度不相等、 正负引压管坡度不合理、 伴热不均致使凝液汽化或管内介质密度不相等等 。

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