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蒸汽流量计标准装置初探
点击次数:468 发布时间:2014-12-05

一、引言
蒸汽是测量难度比较大的流体,其流体状态随温度的变化,经常呈汽液两相流状态。蒸汽这种特性使蒸汽流量计成为工业计量的一个难题。蒸汽流量计常规的检定装置采用水或空气作为流量计的流体介质对蒸汽流量计进行检定,水或空气的流体状态与蒸汽实际的工况相差太多,如果蒸汽测量仪表能够在实流状态进行检定,就能够保证蒸汽流量计的准确性。因此,建立实流蒸汽流量标准装置是蒸汽流量仪表准确检定的基础。
二、蒸汽流量标准装置现状
国内蒸汽流量标准装置采用蒸汽实流进行标定的装置比较少,实流检定时高温、高压的蒸汽消耗量大,负荷不稳定,导致装置的运行成本高,因此气源的选择是蒸汽实流检定装置首先要考虑的问题。
  据现有文献资料介绍的几套蒸汽流量实流计量标准装置,这些装置的基本情况如下:
(1)国家蒸汽流量计量烟台检定站蒸汽实流标准装置,检定站在发电厂主蒸汽管道附近,蒸汽气源满足检定时对气源的要求, 设计口径为DN25~DN150,流量范围为(0.04~10)t/h,该装置为冷凝称重法蒸汽流量标准。该检定站还配置了一套音速喷嘴法气体流量标准装置。
(2)国家蒸汽流量计质量监督检验中心(福建)在建项目,由国电福州发电有限公司提供高品质的蒸汽作为汽源,蒸汽流量达到200t/h,压力为2.1MPa,温度为300℃。该标准装置为冷凝称重法和标准表法相结合的配置,项目预计2014年年底建成。
(3)平顶山元丰电力实业有限公司蒸汽流量检定站标准装置是电厂自建的蒸汽流量检定装置,蒸汽气源有保证。但设计口径偏小,管道保温不理想,蒸汽容易相变,检定效果不佳。
(4)天津石化的蒸汽与空气双介质流量标准装置,蒸汽和空气两种介质可以用于不同流量计的标定需要。装置设计口径为DN25~DN80,流量范围为(0.04~4)t/h,蒸汽压力为0.8MPa。气源由企业自己提供,同样存在蒸汽保温效果不好,蒸汽容易相变的问题。
(5)钱江热电公司蒸汽实流检定装置是电厂自建的检定装置,该装置可进行DN25~DN100口径范围内蒸汽流量计的实流试验检定。热电厂蒸汽低压管道提供300℃、1.0MPa左右的过热蒸汽气源。
三、蒸汽流量标准装置的选择
  蒸汽流量量值传递过程的工作条件,制约了标准装置的准确度, 因此蒸汽流量标准装置量值传递方式,首要考虑是如何保持动态量值传递的过程。
蒸汽实流检定装置投资大,无论是建立原始标准或者传递标准, 保持动态量值传递的成本都很高,国家蒸汽流量计质量监督检验中心(福建)在建项目期投资约4000万元。从前面介绍的几套蒸汽流量实流计量标准装置来看,质量法是检定准确度与成本综合考虑的一个较好选择。容积法因蒸汽的高温、高压特点,蒸汽标准装置显然不适合,冷凝称重法是多数蒸汽流量标准装置的实际选择方案。
  标准表法从标准设备的投资成本看比较节约,标定过程简单快捷, 但标准装置维持动态量值传递过程,其相关附属设施的投资费用与质量法差距不会太大。标准表法需要对蒸汽流量标准表定期量值溯源,冷凝称重法的称量装置溯源相对简单。
四、企业蒸汽实流标准装置的建立
1.蒸汽实流标准装置建立的基本思路从国家蒸汽流量计产品质量监督检验中心和钱江热电公司蒸汽实流检定装置的建设情况, 综合考虑蒸汽实流标准装置的可行性和合理性, 采用冷凝称重法和标准表法相结合的技术方案是准确度高、成本较低、检校可以根据不同准确度要求灵活选择的可行方案。
 在检定准确度要求较高的情况下采用称重法,在检定准确度满足要求的情况下采用标准表法,同时亦可采用称重法对标准表进行自检,既提高了检定准确度,又提高了检定效率。
企业建立流量标准装置可参考的主要技术指标:
①标准装置测量流量范围:(2.5~30000)kg/h;
②检定介质:过热蒸汽(2.1MPa、300℃);
③检定管线:DN25、DN40、DN50、DN80、DN100、
及DN100以上管线;
④标准装置不确定度:0.2%(k=2);
⑤标准装置稳定度:0.5%~1.0%;
⑥压力范围:(0.1~1.6)MPa;
⑦流量稳定性:0.2%。
2.冷凝称重法蒸汽标准装置的基本构成
该标准装置由电子秤、冷凝水箱、换向器、换热器、调节阀、标准流量计、温度变送器、压力变送器、稳压器、数据采集控制系统等组成。
过热蒸汽经稳压器稳压调节后, 流经被检流量表、标准流量计进入换热器,蒸汽经换热器后得到的冷凝水进入冷凝水箱称重,经计算得出流经流量表的体积流量。
  冷凝称重法蒸汽标准装置从结构组成上可以分为蒸汽过热系统、调压稳压系统、干度调节系统、流量调节系统、检定管路系统、管线拌热保温系统、相变监视系统、蒸汽标准表、冷凝系统、称重系统、数据采集控制系统等部分。
3.冷凝称重法实流标准装置的特点
(1)蒸汽气源的稳定性要求高。气源温度、压力、流量的稳定是标准装置正常工作的基础条件。标准装置必须有克服企业蒸汽管网上的负荷变化对气源的稳定供应扰动的能力。蒸汽过热系统、调压稳压系统、干度调节系统、相变监视系统、数据采集控制系统起到控制气源稳定的作用。
(2)蒸汽管路及相关设备保温措施要得当。蒸汽管路及相关设备保温措施要尽量达到zui佳效果,减少蒸汽气源流体特性变化对检定准确性的影响。检定管路系统、管线拌热保温系统要满足设计条件的要求。
(3)蒸汽气源介质的状态可以调控。标准装置能够对蒸汽气源介质的状态进行调节控制, 满足蒸汽流量计标定过程,对蒸汽温度、压力、流量及相应的蒸汽实流状态(包括蒸汽干度)变化的需求。蒸汽过热系统、调压稳压系统、干度调节系统、流量调节系统、相变监视系统、数据采集控制系统起到控制流体状态的作用。
(4)冷凝称量系统计量准确度要求高。
4.流量标准装置的控制系统
  标准装置的控制系统由PLC及上位机组成,PLC的主要功能是完成检定流程的控制,温度、压力、流量的调节,阀门、换向器的控制等。上位机主要完成数据的采集、过程的监控、检定数据的处理等。

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