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孔板流量计测量蒸汽流量时引起误差案例

发布时间:2014-06-14  浏览:1232次  字号:  

1.1.1存在问题
    浙江某热力公司提问,有两热力公司联合对丫个大用户供汽,在两个供方和一个需方的管道上各装有一套相同规格的孔板式蒸汽流量计,测量范围均为0~100t/h.系统图如图2.5所示。

图中q1对q3单独供汽,两台表示值基本相符.q2对q3单独供汽,两台表示值也基本相符,但两个供方联合对q3供汽时,q1和q2之和比q3小1.5%~3%。
1.1.2分析与诊断
    ①由q1单独向q3供汽或由q2单独向q3供汽时,两套表均工作在较理想的区间,约为满量程流量的60%-80%。而且两套表又是相同规格,两套表之间示值基本相符是应该的。
    ②在q1和q2联合对q3供汽时,q3仍然运行在较理想的区间,偏离常用流量不远,但q1和q2,实际使用区间比常用流量低得多。其对应的差压值只有常用流量的1/4。此时,流出系数C的非线性约引起仪表示值偏低0.1%,可膨胀性系数非线性约引起仪表示值偏低1.5%。
    ③从提问者所介绍的情况分析,差压变送器的选型也有问题。合理的设计应是选用高低压室各有两个排放口的差压变送器,这时,将上方的一个口用作排气,可以将高低室内的空气排净,如图2.6(c)所示。而实际安装的是只有一个排放口的差压变送器,如图2.6(a)所示。这样,高低压室内最高点气体不能排净,为流量示值带来不确定因素。
1.1.3建议
    ①3套差压式流量计均引入流出系数非线性校正和可膨胀性系数非线性补偿,保证全量程的准确度。
    ②改选用高低室各有两个排放口的差压变送器,或将现有的差压变送器按图2.6 (b)进行改装,使高低室内的气体,自行沿流路上升到冷凝罐。
1.1.4讨论
(1)差压式流量计的一般关系式
节流式差压流量计的一般表达式为

式中 qm—质量流量,kg/s;
     C—流出系数;
     β—直径比,β=d/D;
     D—管道内径,m;
    ε1—节流件正端取压口平面上的可膨胀性系数;
     d—工作条件下节流件的开孔直径,m;
    △P—差压,pa;
    ρ1—节流件正端取压口平面上的流体密度,kg/m3。
    在式中,β和d为常数,△P和ρ为测量值,C随雷诺数的变化而显著地变化,ε1随着△p的变化有较大的变化。
    (2)流出系数的在线补偿
    由雷诺数的表达式可知,管道内流动的流体的雷诺数与流体的流量成正比:

式中 ReD—与D有关的雷诺数;
      qm—质量流量,kg/s;
      μ—流体的动力黏度,Pa·s;
      D—管道内径,m;
    所以,流体流量在广阔的范围内变化时,雷诺数也在较大的范围内变化。而差压式流量计的流出系数又是雷诺数的函数,因此需对流出系数进行在线补偿,才能保证全量程的测量精确度。
    流出系数在线补偿就是按照流出系数表达式在线计算当前的流出系数C,然后与差压装置计算书中的流出系数设计值Cd进行比较,得到补偿系数kc。
    GB/T2624-2006中分别给出了标准孔板、ISA 1932喷嘴和长径喷嘴等流出系数随雷诺数变化的关系,其中式(2.3)所示为ISA 1932喷嘴流出系数C表达式:
式中 C—流出系数;
     β—直径比;
    ReD—与D有关的雷诺数。

如式所示的关系如图2.7所示,更加直观和形象。
  在图2.7中,随着雷诺数ReD的减小,流出系数C逐渐增大.在差压流量计的量程低段
往往就处于曲线的迅速升高段,如果不进行补偿,必将导致流量示值明显偏低。
  实现流出系数在线补偿的方法有在线计算法和折线补偿法。在线计算法是先设C为某值(标准孔板设C=0.6, ISA 1932喷嘴设C=0.9900,长径喷嘴设C=0.9965)
按(2.1)计算Qm,再由式(2.2)计算ReD,再由式(2.3)、式(2.4)或式(2.5)计算C,迭代到精度足够时得Cf,再由式(2-6)计算补偿系数kc:
kc=Cf/Cd
式中  kc—流出系数补偿系数;
      Cf—使用状态流出系数;
      Cd—设计状态流出系数。
    折线补偿法是将差压装置计算书中C=f(qf)线表写入流量计算装置,程序运行后就可用查表和线性内插的方法计算Cf,然后按式(2.6)计算kc。程序框图如图2.8所示。
    (3)差压式流量计可膨胀性系数的定义
    差压式流量计(孔板、喷嘴、文丘里管等)在用来测气体和蒸汽流量时,流体流过差压装置,在节流件两边都要产生一定的压差,节流件的下游静压降低,因而出现流束膨胀,流束的这种膨胀使得差压装置的输出(差压)-输入(流量)关系同不可压缩流体之间存在一定的偏差,如果不对这种偏差进行校正,将会导致流量示值偏高千分之几到百分之几,在β和△P/P1均较大的情况下甚至可达10%的误差。可膨胀性系数ε就是为修正此偏差而引入的变量。

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