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涡街流量计

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提高智能涡街流量计蒸汽计量精度应注意的问题

来源:作者:发表时间:2018-11-20 10:43:03

         摘 要: 论述了智能涡街流量计用于蒸汽计量时选型、安装应注意的问题。对采用温度、压力补偿的方法进行了讨论。对温度、管径变化引起仪表常数变化所造成的测量误差进行了分析,指出了修正方法,并就有关蒸汽实际测量中的一些具体问题提出了讨论。

智能涡街流量计具有安装方便,测量范围宽,精度高,重复性好,维修简便等特点,广泛应用于蒸汽计量。基于涡街流量计的测量原理和蒸汽的特有性质,要实现准确计量,特别是对于贸易结算的表计,实际使用中还需注意以下问题。

1 流量计合理选型和安装是蒸汽准确计量的前提

1.1 流量计选型

原则是以流量选口径,但要满足以下两个条件。

1.1.1 管道雷诺数的要求

智能涡街流量计是通过检测流体经过旋涡发生体处产生的旋涡数(即旋涡频率)而求得一段时间间隔内流过的流体总量,如下式所示。

 20181120102626.jpg

式中 f ——旋涡频率,Hz

St ——斯特罗哈常数

V ——管道中流体的速度,m/s

d ——发生体柱宽,mm

D——管道内径,mm

当雷诺数Re 2×104~7×106 之间时,式中斯特罗哈尔数St 基本为一常数,流量计获得的频率与流体的流速成正比关系,这是仪表的正常工作范围,超出这一范围,流量计的测量精度就会降低。当Re5 000 时为测量死区。

 

1.1.2 蒸汽在管道流速的要求

由于智能涡街流量计是通过测量旋涡的释放频率达到测量流量目的的,所以流体的流速应有限制,不同的口径有不同的流速要求。一般型涡街流量计测量的技术指标是,管道通径为DN15300mm 时,测量蒸汽的最大流速为80 m/s(选型时常按最大流速的0.8 选取)。流速过大易产生啸叫,并容易使涡街的传感器损坏。流速的下限要求是,保证测量的精度,当管道通径为DN15~100 mm 时,最小流速一般取3 m/s 或雷诺数为20 000 时的流速的较大值;当管道通径为DN150~300 mm 时,一般取3 m/s 或雷诺数为40 000 时的流速的较大值。

 

1.2 流量计安装

原则是保证直管段,避开振动源及电磁干扰。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动状态。

 

1.2.1 测压口位置的安装选择

在贸易结算时一般按蒸汽的质量进行结算,要将蒸汽的体积流量换算成质量流量,必不可少的是测量出旋涡发生体处蒸汽静压力,此处静压力由于流速较高,比涡街流量计上游管道内蒸汽压力低一些。若在此处准确地测量静压力,由于多种原因有一定困难。但在流量计下游一定距离的管道上,测量到能与发生体后面传感器处的静压相等或接近的静压,是一个可行的方法,也符合GB/T 2624—1993 标准中4.4.1 条规定流体的静压应在上游或下游取压口平面处测得。一般合适的距离为从流量计下游法兰算起2~7 倍管道内径。

 

1.2.2 测温口位置的安装选择

GB/T2624—1993 标准中规定流体温度最好在节流件下游测得如温度计插孔或套管位于下游,它与节流件之间的距离等于或大于5D”。测温口一般位于测压口下游的1~2 倍管道内径处。

 

2 温度、压力自动补偿是蒸汽准确计量的保证

贸易结算中,蒸汽是按质量流量m Q 计量的。对于涡街流量计来说,实际测得是体积流量v Q ,再经过计算而得到质量流量,即:

 20181120102647.jpg 

式中 Q mi——单位时间的蒸汽质量流量,kg

    Qvi——单位时间的蒸汽体积流量,m3

    ρi——单位时间的蒸汽密度,kg/m3,与蒸汽的温度、压力有关其累计总量为:

20181120102705.jpg 

2.1 饱和蒸汽的温度、压力补偿

    饱和蒸汽采用温度补偿或压力补偿,在本质上是一样的。其原因在于饱和状态的蒸汽,其压力和温度之间呈单值函数关系,从蒸汽温度查出的密度同与此温度对应的压力查出的密度是一致的,即ρ = f (p) ρ = f (t)因此,采用温度补偿和压力补偿在原理上都是可行的。

 

2.1.1 饱和蒸汽采用温度补偿和压力补偿的比较

 饱和蒸汽采用温度补偿和压力补偿的比较

显然,压力补偿得到的补偿精确度比温度补偿高。由于上述原因,使得在测量饱和蒸汽质量流量时,仅仅测量压力,并据此查蒸汽密度表,进而计算质量流量,在实践中应用的较多。

 

2.1.2 饱和蒸汽的湿度问题

饱和蒸汽易凝结,在传输过程中如有热量损失,蒸汽中便有液滴或液雾形成。另外锅炉在正常工作中,锅炉汽包中的水处于沸腾状态,汽液之间不容易彻底分离。蒸汽中含有液相水珠的饱和蒸汽称为湿饱和蒸汽。表征湿饱和蒸汽的主要参数有压力(p)、温度(t)、密度(ρ)、比焓(h)、干度(x)或湿度(y),且有如下关系:

 20181120102742.jpg

式中  m1 ——湿蒸汽中汽的质量

M2 ——湿蒸汽中水珠的质量

m——湿蒸汽中汽液的总质量

准确计量饱和蒸汽质量流量比较困难,因为饱和蒸汽的干度难以保证,蒸汽干度的波动也会引起流量计示值产生附加误差。必要时还应采取补偿措施,选用带有湿度补偿的流量积算仪,以实现准确的计量。

 

2.2 过热蒸汽的补偿

过热蒸汽是单相流体(x=100%)。过热蒸汽的温度和压力是两个互不相关的独立变量,过热蒸汽的密度由这两个参数决定,即ρ = f(t,p) ,因此必须采用温度、压力的自动补偿。

例如某公司一用户流经流量计蒸汽参数为:压力0.55 MPa、温度165 ,为过热蒸汽,查表此时对应蒸汽的密度为2.842 kg/m3。而在0.55 MPa 压力下对应饱和蒸汽的密度查表为2.918 kg/m3,在165 温度下对应饱和蒸汽的密度查表为3.671 kg/m3

   20181120102806.jpg

可以看出,如果涡街流量计不采用温度、压力自动补偿,又不能实时地检测蒸汽的密度,设定为饱和蒸汽补偿或只按密度不变的原则将密度定为常数,而在实际情况下,密度变化很大,致使蒸汽质量流量计量不准,一般误差高达10%~30%

 

3 提高蒸汽计量精度不可忽视的几个问题

3.1 温度变化的影响

涡街流量计及其旋涡发生体一般都为金属材料制作。金属固体在高温下具有热膨胀的特性。当温度变化较大时,发生体的柱体宽度和流量计的本体通径将随之变化,这将引起测量误差。K 系数可用下式进行修正。 

20181120102814.jpg 

式中 Kt ——流体温度为t 时的流量系数,P/L

Km ——流体温度为0 t 时的平均流量系数,P/L

t——工作温度,

t0 ——校准温度,常取15

 

3.2 管道内径引入的误差

与涡街流量计连接的管道,其内径与涡街流量计管内径完全一致的情况并不很多。当管道内径等于或略大于涡街流量计测量管内径时,流量示值稳定,流量系数正常。但当管道内径小于测量管内径时,流量示值出现强烈的噪声,这是因为流体流过截面积突变的管段时产生的二次流所致。在管径大于测量管内径时,也有二次流产生,只因二次流存在的部位在测量管之外,对仪表示值影响不明显。当管道内径小于测量管内径(3%以内)时虽然不会对仪表本身所固有的流量系数产生影响,但因截面积突变引起表观流速变化而可能产生附加测量误差。这时可通过修正流量系数时可通过修正流量系数Km 来补偿,其修正后流量系数Km为:

 20181120102820.jpg

式中 FD 修正系数

         D1 ——流量计测量管实际内径

D2 管道实际内径

 

3.3 对流量积算仪的要求

3.3.1 流量积算仪时钟对流量累积的影响

从公式20181120102839.jpg    可以看出,流量积算仪的时钟对累积流量有较大的影响,在贸易结算中要进行必要的修正。

 

3.3.2 作为贸易结算的流量积算仪应具备的功能

为减少蒸汽计量贸易纠纷,流量积算仪可增加以下功能:

断电记忆功能,以此检查流量计断、送电时间;

用汽判断功能,由于涡街流量计易受振动的影响,可以根据温度、压力参数值可以判断管道内是否有蒸汽流动和阀门是否内漏,消除用户在不用蒸汽时振动的影响。

小流量补足记录功能,当瞬时流量小于涡街流量计可测流量时,实现用户协议保底量的自动累积。

超流量加倍记录功能,当瞬时流量超过协议最大用汽量时,根据规定实现加倍计量的自动累积。