提高智能渦街蒸汽流量計(jì)計(jì)量精度應(yīng)注意的問題
智能渦街蒸汽流量計(jì)具有安裝方便,測量范圍寬,精度高,重復(fù)性好,維修簡便等特點(diǎn),廣泛應(yīng)用于蒸汽計(jì)量?;跍u街蒸汽流量計(jì)的測量原理和蒸汽的性質(zhì),要實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確計(jì)量,特別是對(duì)于貿(mào)易結(jié)算的表計(jì),實(shí)際使用中還需注意以下問題。
1 流量計(jì)合理選型和安裝是蒸汽準(zhǔn)確計(jì)量的前提
1.1 流量計(jì)選型
原則是以流量選口徑,但要滿足以下兩個(gè)條件。
1.1.1 管道雷諾數(shù)的要求
智能渦街流量計(jì)是通過檢測流體經(jīng)過旋渦發(fā)生體處產(chǎn)生的旋渦數(shù)(即旋渦頻率)而求得一段時(shí)間間隔內(nèi)流過的流體總量,如下式所示。
式中 f ——旋渦頻率,Hz
St ——斯特羅哈常數(shù)
V ——管道中流體的速度,m/s
d ——發(fā)生體柱寬,mm
D——管道內(nèi)徑,mm
當(dāng)雷諾數(shù)Re 在2×104~7×106 之間時(shí),式中斯特羅哈爾數(shù)St 基本為一常數(shù),流量計(jì)獲得的頻率與流體的流速成正比關(guān)系,這是儀表的正常工作范圍,超出這一范圍,流量計(jì)的測量精度就會(huì)降低。當(dāng)Re<5 000 時(shí)為測量死區(qū)。
1.1.2 蒸汽在管道流速的要求
由于智能渦街蒸汽流量計(jì)是通過測量旋渦的釋放頻率達(dá)到測量流量目的的,所以流體的流速應(yīng)有限制,不同的口徑有不同的流速要求。一般型渦街流量計(jì)測量的技術(shù)指標(biāo)是,管道通徑為DN15~300mm 時(shí),測量蒸汽的zui大流速為80 m/s(選型時(shí)常按zui大流速的0.8 選取)。流速過大易產(chǎn)生嘯叫,并容易使渦街的傳感器損壞。流速的下限要求是,保證測量的精度,當(dāng)管道通徑為DN15~100 mm 時(shí),zui小流速一般取3 m/s 或雷諾數(shù)為20 000 時(shí)的流速的較大值;當(dāng)管道通徑為DN150~300 mm 時(shí),一般取3 m/s 或雷諾數(shù)為40 000 時(shí)的流速的較大值。
1.2 流量計(jì)安裝
原則是保證直管段,避開振動(dòng)源及電磁干擾。直管段具有整流的作用,保持一定的直管段就是保持蒸汽的在管道的流動(dòng)狀態(tài)。
1.2.1 測壓口位置的安裝選擇
在貿(mào)易結(jié)算時(shí)一般按蒸汽的質(zhì)量進(jìn)行結(jié)算,要將蒸汽的體積流量換算成質(zhì)量流量,必不可少的是測量出旋渦發(fā)生體處蒸汽靜壓力,此處靜壓力由于流速較高,比渦街流量計(jì)上游管道內(nèi)蒸汽壓力低一些。若在此處準(zhǔn)確地測量靜壓力,由于多種原因有一定困難。但在流量計(jì)下游一定距離的管道上,測量到能與發(fā)生體后面?zhèn)鞲衅魈幍撵o壓相等或接近的靜壓,是一個(gè)可行的方法,也符合GB/T 2624—1993 標(biāo)準(zhǔn)中4.4.1 條規(guī)定“流體的靜壓應(yīng)在上游或下游取壓口平面處測得”。一般合適的距離為從流量計(jì)下游法蘭算起2~7 倍管道內(nèi)徑。
1.2.2 測溫口位置的安裝選擇
GB/T2624—1993 標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定“流體溫度zui好在節(jié)流件下游測得”,“如溫度計(jì)插孔或套管位于下游,它與節(jié)流件之間的距離等于或大于5D”。測溫口一般位于測壓口下游的1~2 倍管道內(nèi)徑處。
2 溫度、壓力自動(dòng)補(bǔ)償是蒸汽準(zhǔn)確計(jì)量的保證
貿(mào)易結(jié)算中,蒸汽是按質(zhì)量流量m Q 計(jì)量的。對(duì)于渦街流量計(jì)來說,實(shí)際測得是體積流量v Q ,再經(jīng)過計(jì)算而獲得質(zhì)量流量,即:
式中 Q mi——單位時(shí)間的蒸汽質(zhì)量流量,kg
Qvi——單位時(shí)間的蒸汽體積流量,m3
ρi——單位時(shí)間的蒸汽密度,kg/m3,與蒸汽的溫度、壓力有關(guān)其累計(jì)總量為:
2.1 飽和蒸汽的溫度、壓力補(bǔ)償
飽和蒸汽采用溫度補(bǔ)償或壓力補(bǔ)償,在本質(zhì)上是一樣的。其原因在于飽和狀態(tài)的蒸汽,其壓力和溫度之間呈單值函數(shù)關(guān)系,從蒸汽溫度查出的密度同與此溫度對(duì)應(yīng)的壓力查出的密度是一致的,即ρ = f (p) 或ρ = f (t)。因此,采用溫度補(bǔ)償和壓力補(bǔ)償在原理上都是可行的。
2.1.1 飽和蒸汽采用溫度補(bǔ)償和壓力補(bǔ)償?shù)谋容^
顯然,壓力補(bǔ)償獲得的補(bǔ)償精確度比溫度補(bǔ)償高。由于上述原因,使得在測量飽和蒸汽質(zhì)量流量時(shí),僅僅測量壓力,并據(jù)此查蒸汽密度表,進(jìn)而計(jì)算質(zhì)量流量,在實(shí)踐中應(yīng)用的較多。
2.1.2 飽和蒸汽的濕度問題
飽和蒸汽易凝結(jié),在傳輸過程中如有熱量損失,蒸汽中便有液滴或液霧形成。另外鍋爐在正常工作中,鍋爐汽包中的水處于沸騰狀態(tài),汽液之間不容易分離。蒸汽中含有液相水珠的飽和蒸汽稱為濕飽和蒸汽。表征濕飽和蒸汽的主要參數(shù)有壓力(p)、溫度(t)、密度(ρ)、比焓(h)、干度(x)或濕度(y),且有如下關(guān)系:
式中 m1 ——濕蒸汽中汽的質(zhì)量
M2 ——濕蒸汽中水珠的質(zhì)量
m——濕蒸汽中汽液的總質(zhì)量
準(zhǔn)確計(jì)量飽和蒸汽質(zhì)量流量比較困難,因?yàn)轱柡驼羝母啥入y以保證,蒸汽干度的波動(dòng)也會(huì)引起流量計(jì)示值產(chǎn)生附加誤差。必要時(shí)還應(yīng)采取補(bǔ)償措施,選用帶有濕度補(bǔ)償?shù)牧髁糠e算儀,以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的計(jì)量。
2.2 過熱蒸汽的補(bǔ)償
過熱蒸汽是單相流體(x=100%)。過熱蒸汽的溫度和壓力是兩個(gè)互不相關(guān)的獨(dú)立變量,過熱蒸汽的密度由這兩個(gè)參數(shù)決定,即ρ = f(t,p) ,因此須采用溫度、壓力的自動(dòng)補(bǔ)償。
例如某公司一用戶流經(jīng)流量計(jì)蒸汽參數(shù)為:壓力0.55 MPa、溫度165 ℃,為過熱蒸汽,查表此時(shí)對(duì)應(yīng)蒸汽的密度為2.842 kg/m3。而在0.55 MPa 壓力下對(duì)應(yīng)飽和蒸汽的密度查表為2.918 kg/m3,在165 ℃溫度下對(duì)應(yīng)飽和蒸汽的密度查表為3.671 kg/m3。
可以看出,如果渦街流量計(jì)不采用溫度、壓力自動(dòng)補(bǔ)償,又不能實(shí)時(shí)地檢測蒸汽的密度,設(shè)定為飽和蒸汽補(bǔ)償或只按密度不變的原則將密度定為常數(shù),而在實(shí)際情況下,密度變化很大,致使蒸汽質(zhì)量流量計(jì)量不準(zhǔn),一般誤差高達(dá)10%~30%。
3 提高蒸汽計(jì)量精度不可忽視的幾個(gè)問題
3.1 溫度變化的影響
渦街流量計(jì)及其旋渦發(fā)生體一般都為金屬材料制作。金屬固體在高溫下具有熱膨脹的特性。當(dāng)溫度變化較大時(shí),發(fā)生體的柱體寬度和流量計(jì)的本體通徑將隨之變化,這將引起測量誤差。K 系數(shù)可用下式進(jìn)行修正。
式中 Kt ——流體溫度為t 時(shí)的流量系數(shù),P/L
Km ——流體溫度為0 t 時(shí)的平均流量系數(shù),P/L
t——工作溫度,℃
t0 ——校準(zhǔn)溫度,常取15 ℃
3.2 管道內(nèi)徑引入的誤差
與渦街流量計(jì)連接的管道,其內(nèi)徑與渦街流量計(jì)管內(nèi)徑一致的情況并不很多。當(dāng)管道內(nèi)徑等于或略大于渦街流量計(jì)測量管內(nèi)徑時(shí),流量示值穩(wěn)定,流量系數(shù)正常。但當(dāng)管道內(nèi)徑小于測量管內(nèi)徑時(shí),流量示值出現(xiàn)強(qiáng)烈的噪聲,這是因?yàn)榱黧w流過截面積突變的管段時(shí)產(chǎn)生的二次流所致。在管徑大于測量管內(nèi)徑時(shí),也有二次流產(chǎn)生,只因二次流存在的部位在測量管之外,對(duì)儀表示值影響不明顯。當(dāng)管道內(nèi)徑小于測量管內(nèi)徑(3%以內(nèi))時(shí)雖然不會(huì)對(duì)儀表本身所固有的流量系數(shù)產(chǎn)生影響,但因截面積突變引起表觀流速變化而可能產(chǎn)生附加測量誤差。這時(shí)可通過修正流量系數(shù)時(shí)可通過修正流量系數(shù)Km 來補(bǔ)償,其修正后流量系數(shù)Km′為:
式中 FD —修正系數(shù)
D1 ——流量計(jì)測量管實(shí)際內(nèi)徑
D2 —管道實(shí)際內(nèi)徑
3.3 對(duì)流量積算儀的要求
3.3.1 流量積算儀時(shí)鐘對(duì)流量累積的影響
從公式 可以看出,流量積算儀的時(shí)鐘對(duì)累積流量有較大的影響,在貿(mào)易結(jié)算中要進(jìn)行必要的修正。
3.3.2 作為貿(mào)易結(jié)算的流量積算儀應(yīng)具備的功能
為減少蒸汽計(jì)量貿(mào)易糾紛,流量積算儀可增加以下功能:
① 斷電記憶功能,以此檢查流量計(jì)斷、送電時(shí)間;
② 用汽判斷功能,由于渦街流量計(jì)易受振動(dòng)的影響,可以根據(jù)溫度、壓力參數(shù)值可以判斷管道內(nèi)是否有蒸汽流動(dòng)和閥門是否內(nèi)漏,消除用戶在不用蒸汽時(shí)振動(dòng)的影響。
③ 小流量補(bǔ)足記錄功能,當(dāng)瞬時(shí)流量小于渦街流量計(jì)可測流量時(shí),實(shí)現(xiàn)用戶協(xié)議保底量的自動(dòng)累積。
④ 超流量加倍記錄功能,當(dāng)瞬時(shí)流量超過協(xié)議zui大用汽量時(shí),根據(jù)規(guī)定實(shí)現(xiàn)加倍計(jì)量的自動(dòng)累積。
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