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基于变压器油标准表涡轮流量计的黏度影响分析
点击次数:1142 发布时间:2017-04-11

  油品计量在贸易、节能控制领域起着非常关键的作用。鉴于原油的重要作用,油品流量计量的准确与否直接关系到供需双方的巨大经济利益。
一些新型流量计,如质量流量计、超声波流量计等在石油工业中得到应用,这些仪表的使用,对流量量值的溯源提出了特殊要求。由于油品的黏度大部分都比较高,在计量时不得不考虑油的黏度特性对流量的影响,对仪器仪表计量特性的影响,从而对油流量装置中的标准表的选择提出了更高的要求。涡轮流量计以其精度高、量程范围大等优点被选用在 DN80 mm 以上的管径中应用。下面就以高精度电子秤作为计量标准,涡轮流量计作为标准表,用电子秤来检定涡轮流量计,从油品的黏度上对涡轮流量计仪表系数的特性进行研究。
1、试验方法和测量原理
1. 1 黏度的测量
流体黏度是由于液体内部的速度差,流层间存在切向阻力而引起的,液体的这种性质叫做液体的黏性。而用来表征液体黏性的量称之为黏度,黏度是流体的重要物理性质之一,是区分牛顿流体和非牛顿流体的一个重要参数。在实际应用中,非牛顿流体黏度的测量有其广泛的用途,在工业生产和基础科学研究中具有重要的意义。测定液体黏度的方法和设备将直接决定生产耗费。
黏度数据的及时获得以及黏度测量的误差,都有可能影响企业的利益或科学研究的成败。而我们所研究的油品的速度梯度与剪应力是不符合牛顿黏性定律的流体,称为非牛顿流体,浓稠的悬浮液、乳浊液、泥浆、长链聚合物溶液、生物流体、液体食品、涂料以及混凝土混合物等均为非牛顿流体。在实际中,大约有 90% 的流体都是非牛顿流体,非牛顿性流体的速度梯度与剪应力呈曲线关系,或者呈不过原点的直线关系,如图 1 所示,图中,除①号曲线为牛顿体外,其他曲线都是非牛顿体。而试验用的变压器油也属于非牛顿流体。

旋转测量法作为测量黏度zui直接的方法,其原理是基于流体中的物体旋转或这些物体静止而使周围的流体旋转,这些物体将受到流体的黏性力矩的作用,黏性力矩的大小与流体的黏度成正比,通过测量黏性力矩计旋转体的转速求黏度。
在测量时,把油样品放入到恒温水浴中,然后把测黏度的转子完全没入油样品中,测量在不同温度下样品的黏度值并记录下来,如图 2 所示。
旋转黏度计测量计算公式如式 (1) ~ 式 (3)所示。

式中: ω 为转子角速度,rad/s; R c 为转子中心到护架间的距离,cm; R b 为转子的半径,cm; L 为转子的长度,cm; x 为转子的剪切速率,cm; η 为运动黏度,mm 2 /s; τ 为动力黏度,Pa/s; γ 为转速,r/min; M 为剪切力矩,N·m。
1. 2 密度的测量
油品的密度在称重法流量装置中对仪表的修正也是很重要的量之一,要想取得很好的仪表精度,密度的计量和测量以及代入计算也很重要。
本文采用在线密度计和实验室玻璃密度计测量相结合的原理来测定温度对密度的影响。
实验室采用的玻璃密度计型号为 SY-02,密度范围为 700 ~960 kg/m 3 ,刻度间隔 0. 5 kg/m 3 ,zui大刻度误差 ± 0. 3 kg/m 3 ; 温度计范围 0 ~ 50 ℃,刻度间隔 0. 1 ℃,zui大误差 ±0. 1 ℃。按照规程中的要求对油品进行升温处理,而后得到测量密度,并整理其数据。
在线密度计密度测定按下列公式计算测得

式中: ρ ms 为参比条件下的密度,kg/m 3; ρm 为工况条件下密度计显示值,kg/m 3 ; γ 为液体密度温度系数,℃-1 ; ts 为标准参比温度,℃; t 为液体平均温度,℃; F 为压缩系数,kPa-1 ; Pm 为液体饱和蒸汽压力,kPa; P e 为工况条件下平均压力,kPa; D f为密度系数。
1. 3 涡轮流量计的测量
涡轮流量计以其量程宽、压力损失小、响应快、容易维修等特点广泛应用于石油化工等行业。
计量时,准确度的影响也至关重要,作为标准表其准确度要求更高,因此要考虑多方面的因素来对标准涡轮流量计进行校准。在实验室满足检定条件、安装要求的情况下,对温度、黏度、介质、压力都要有很高的要求。检定示意图如图 3所示。

式中: k 为涡轮流量计仪表系数,1/L; N 为在某一时间内经过流量计的脉冲数,个; ρ 为流经涡轮流量计的密度值,kg/m 3 ; q m 为工作状态下实际的质量流量值,m 3 /h; C p 为压力变化引起的传感其尺寸变化修正系数,kPa-1 ; Ct 为温度变化引起的传感器变化修正系数,℃-1 ; CtV 为温度变化引起的体积变化修正系数,℃-1 。
其中ρ = A + bT(6)
式中: T 为液体介质的温度,℃; A,b 为常数。
2、实验数据分析
采用静态质量法,用Ⅰ级电子秤作为标准器对涡轮流量计进行检定,涡轮流量计的量程范围为 0 ~ 120 m 3 /h,按 规 定 取 5 个 点 (0. 2Q max ,0. 4Q max ,0. 6Q max ,0. 7Q max ,Q max ) 进行检定。在不同的温度下分别检定6 次,并记录数据如表1 所示。

由检定数据可得特性曲线如图 4 所示。

由图 4 所示可知: 随着黏度的增加,该仪表系数越接近出厂标定值,其误差越小,可降低到0. 15 %以内,满足作为标准表的要求。
(1) 质量法电子秤精度高,其准确度高达0. 02%,标定涡轮流量计准确可靠。
(2) 黏度对涡轮流量计的仪表系数影响不大,随着黏度的增加,仪表系数随之变大,但到一定程度其数值增大的不是很明显。
(3) 涡轮流量计仪表系数的变化在 0. 21% ~0. 30%,而对于涡轮流量计作为标准表的精度要求为0. 10 ~0. 15%之间,因此要做适时的修正,从而获得更高的准确度。

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