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如何保证差压流量计蒸汽测量的准确度
点击次数:740 发布时间:2015-11-03

  我国蒸汽是按其质量进行结算的,而用来测量蒸汽质量流量的仪表,zui主要的就是差压式流量计(本文只讨论标准节流型),下面我们将对这种计量仪表从设计、选型、安装调试以及应用分别展开论述。
1、测量原理和计算方法
1.1测量原理
充满管道的流体流经管道内的节流装置,流束将在节流件处形成局部收缩,从而使流速增加,静压力降低,于是在节流件前后差生了静压力差(或称差压)。流体的流速愈大,在节流件前后所产生的差压也愈大,所以可以通过测量差压来衡量流体通过节流装置时的流量大小,这种测量方法是以能量守恒定律和流动连续性方程为基础的。
流过节流装置的质量流量,可由式(1)计算获得。

式中:q为质量流量,kg/s;C为流出因数,无量纲;s为节流件正端取压口平面上的可膨胀性因数;d为工作条件下节流件的开孔直径,m;卸为差压,Pa;P为节流件正端取压口平面上的流体密度,kg/m;/3为直径比,/3=d/D;D为管道内径,m;R为管道雷诺数。
1.2适用条件
(1)流体必须是充满圆管和节流装置,在通过节流装置时没有相变。
(2)流体通过测量段的流速必须是保持亚音速的、稳定的或仅随时间缓慢变化的。
(3)流体必须是单相流体或可认为是单相流体。
(4)工艺管径在50mm~1200mm之间,雷诺数满足GB/T2624--93所规定要求。
2怎样保证计量准确度
以上无论是测量原理、适用条件还是计算公式,是通过大量实验总结出来并经过实践检验的,我们在应用差压流量计进行蒸汽测量时必须严格遵守。
2.1现场工艺条件
(1)流量保持基本稳定,短时间内不会产生大的波动。
(2)管道内的压力和温度状态要保证介质为单相,即蒸汽为过热蒸汽。
(3)管道内蒸汽通过节流装置在静压力改变的同时,不能产生状态的改变。
2.2节流装置中的节流件设计
以下为采用计算机软件(经国家认证的)进行计算的步骤。
(1)管道内径(D∞)输入
管道内径可以根据原始工艺管线设计资料查出。
如果原始资料缺失或为了更加,需要现场测量(测量方法依据GB/T2624--93),这时一定要同时测出现场温度,并根据现场温度将管道测量值修正到200=时的数值。
修正公式:
D=D20[1+AD(t一20)](2)
式中:D为管道内径现场测量值,mm;D加为20o【=时管道内径,mm;A。为管道材料的热膨胀系数;mmmm·o【=;t为现场温度,o【=。
(2)工作条件(温度、压力)压力输入值为压力值,单位MPa;温度输入摄氏温度,o【=。对于采用q=k△p·P数学模型来实时补偿的流量积算仪,所输入的压力、温度值偏离实际情况越远,所带来的误差就越大。
(3)zui大流量、常用流量、zui小流量zui大流量为在正常情况下不可能超出的上限值;常用流量是正常工作条件下的流量值,一般为zui大流量的70%;zui小流量为在正常情况下不可能超出的下限值。
(4)zui大差压值和压损
zui大差压值选在4O~60kPa之间,对应的/3值在0.5左右,这时流出系数C的不确定度是zui小的,差压值造成的*压损也不会很大,一般能满足工艺要求。
压损计算公式:孔板△=(1—0.24fl—0.5Z一0.1)△lp(3)
喷嘴△=(1+0.014fl一2.+1.18)△p(4)
选取zui大差压值时还要同时考虑差压变送器量程比,是否满足所需要测量的流量量程比。例如:我们选择EJA11OADM型(测量范围1~100kPa),zui大差压值选择40kPa,那么所能测量的流量量程比是:~i-=6.32:1。
(5)流体密度、粘度、等熵指数、压缩系数一般情况下,这些参数可由计算软件自动计算,无须用户干预。
2.3差压式流量计组成
节流式差压蒸汽流量计由节流装置、差压变送器、流量显示装置(流量计算机)等部分组成。如果要测量蒸汽流量,还必须进行实时温压补偿,即还要增加压力和温度测量仪表。按国家《用能单位能源计量器具配备和管理通则》要求,蒸汽计量仪表准确度要求不低于2.5%,以上各部分应按如下准确度要求配置。
温度仪表准确度等级:0.5-0.2(通则要求1.O)压力仪表准确度等级:0.2~0.1(通则要求1.O)流量计算机准确度等级:0.2按通则要求压力1.0级,zui大会给流量带来0.5%左右的误差;温度1.0级,zui大会给流量带来0.3~0.5%的误差;节流件本身给流量带来的误差在1%左右。
综合误差=~/1+o.5+o.5+o.22%=1.24%,满足要求。
2.4检定与校验
(1)节流装置
在节流装置使用安装以前,为保证zui后流量测量的准确度,必须按照国家标准或检定规程对其进行检定。
节流装置检定有两种方法,即几何检验法和系数检验法。几何检验法又称干式检定,它是基于对节流装置的几何尺寸和安装条件进行机械检验来确定其流出系数的,是长期理论与实践经验的总结,我国目前采用的检定标准:GB/T262493《流量测量节流装置》,或国家检定规程:JJG640---94《差压式流量计检定规程》。系数检验法又称湿式检定,它是把节流装置安装于流量标准装置上,用实际流体通过流量,对照标准流量来确定其流出系数的方法,该种检定方法程序复杂,检定成本较高,特别是对大口径,因此实际用户一般不建议采取这种检定方法。
(2)压力(差压)变送器
压力(差压)变送器的检定依据国家检定规程JJG882--2004《压力变送器》进行。值得注意的是在检定差压变送器时,如果采用低压室是通大气,这时一定要对压力标准源的相对起始零点进行校准,即相对零点为当地大气压力(因为大气压力是随气象和海拔高度等条件变化的)。
(3)温度仪表
温度仪表的检定按国家检定规程JJG229--1998《工业用铂一铜热电阻》或JJG829~1993《电动温度变送器》进行。值得一提的是:在现场一次表距离二次仪表较远时,温度的采集采用温度变送器,因为如果采用热电阻,即使是三线制(补偿),如果回路电阻不一致,也会带来附加测量误差。
(4)流量积算仪(尽量选用带流出系数c和热膨胀系数s实时补偿的)流量积算仪的检定按国家检定规程JJG1003—2005《流量积算仪》进行。针对温度回路,建议增加一项检验内容:模拟现场条件,在回路中加一定阻值的电阻,来测试其补偿功能是否有效。
2.5安装
节流装置的安装是否满足要求,是保证几何相似和动力学相似的重要条件,直接关系到差压式流量计计量准确度的高低。节流装置的安装要求不光包括对节流件的要求,还包括管道条件、管道连接情况、取压口结构、上下游直管段长度、差压信号管路敷设等。
(1)节流件
①节流件应垂直于管道轴线,其偏差不能超过1。。
②节流件应与管道、夹持件(采用时)同轴。对于孔板在设计时尽量保证孔板外径与夹持件或环室内径接近,但注意要保证一定量的空隙,以防由于热膨胀产生孔板变形现象。该公差量可根据e(节流件轴线与上下游管道轴线之间的距离)与工作温度下节流件与夹持件或环室的热膨胀差量预留。

③垫片。无论是环室与法兰还是环室与孔板之间的垫片,其内径尺寸小于管道内径2~3mm,以防垫片突人管道而影响介质流动状态。
(2)管道条件、管道连接情况、上下游直管段①节流件上游管道的相对粗糙度上限值应符合表1的规定。

Re为偏离被测轮廓平均线的算术平均偏差。
式中:K为等效粗糙度,以长度单位表示。
②孔板、喷嘴前后直管段要求见GB/T2624--93相关章节。
(3)取压口
取压口位置一般设置在法兰、环室或夹持件上,取压口大小要符合GB/T2624--93要求。在进行蒸汽测量时取在图1所示位置或略偏下。
(4)差压信号管路敷设

①取压管形状应为圆筒形,且直径7mm~13mm之间,其长度不能超过90m。其要求见表3。

②冷凝器、沉降器
冷凝器排气孔之上应设截断阀,为使正负导压管中冷凝液面有相同的高度,正负导压管冷凝罐的安装高度应保持一致。
沉降器安装在导压管zui低点,以便收集和定期排放导压管中的污物,在沉降器下端安装截断阀。
③伴热管
为防止冬季导压管上冻,必须沿着导压管的走向进行敷设伴热管。伴热管加在两根导压管中间,伴热管和导压管封在保温材料中。
2.6现场投用调试
(1)差压式流量计各部分安装到位以后,在差压(压力)变送器接通之前,首先打开节流件处的一次阀门,再打开沉降罐下阀门,用来自输送管道的蒸汽吹洗导压管(注意:此时要关闭变送器上的阀门),确认干净后关闭一次阀门和沉降罐下阀门。开启变送器三阀组的阀门、排气孔和冷凝罐上阀门,从其中一个缓慢注入冷凝液,直至在另一个有冷凝液冒出为止,关闭平衡阀和冷凝罐上阀门,然后同时缓缓打开导压管一次阀门。
(2)在现场用信号发生器对差压、压力、温度回路进行测试,给zui小和zui大量程信号,观察控制室内二次仪表显示值是否正确。
(3)回路测试完毕合格后,将各回路仪表电源、信号接线到位,对差压(压力)变送器进行现场迁零之后即可投入使用。
2.7维护
(1)定期地对差压(压力)信号管路和仪表进行清洗,清除一切杂物,同时检查和调整仪表零位。
(2)若发现仪表示值与工况被测值有明显差异时,应立即进行全面检查,必要时对其中部分甚至全部仪表进行重新检定。
(3)按周期对组成仪表进行检定。
本文初衷是想让大家在目前理论基础上,对蒸汽质量计量有一个初浅的认识,并结合了个人在实践中的一些经验,拿出来和大家共同探讨。限于水平,难免有偏颇之处,衷心希望大家批评指正。

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