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乙炔(quē)氣流量計在測(cè)量蒸汽時產生誤差的來源及解決

點擊次數:2188 發布時間:2021-01-08 06:44:35
蒸汽是工業生產中重要的能量傳導物,有時(shí)也作為重要的中間介質(zhì),對於蒸汽流量計的測量的(de)流量計的種類有很多種,常見的有孔(kǒng)板流(liú)量計(jì)、乙炔氣流量計,這兩種流量計(jì)在蒸汽流量測量中都(dōu)有著非常廣泛的應用,由於蒸汽(qì)分為飽和蒸汽和過熱蒸汽,並且蒸汽(qì)的傳輸過(guò)程中(zhōng)存在氣液兩相性的特點(diǎn),蒸汽的性質跟溫度(dù)與壓力密切相關,導致對於蒸汽的測量成為並不簡單的(de)事情。本(běn)文就是針對於蒸汽流量測量中容易發生的蒸汽相(xiàng)變、密度不準確、信號傳遞失真引起的測(cè)量誤差,具體分析了產生的來源。並(bìng)根據不同的(de)信號製式(shì),提出了相(xiàng)應的補償運算公式和方法。對解決貿易計量糾紛、提高蒸汽流(liú)量測(cè)量(liàng)準確度,提出了(le)切實可行的探討方案。
1、蒸汽流量測量誤差的來源
乙炔氣流量計流量測量中,蒸汽流量是*容易產(chǎn)生問(wèn)題的一個(gè)流體,特別是在供熱結算計量方麵,常常發生(shēng)供收雙方總量不能相符的矛盾而(ér)難以解決。雖然(rán)可測蒸汽流量的儀表有很多,但本文這裏不談各類流量儀表在測量蒸汽流量時的(de)優缺點,而是想(xiǎng)就蒸(zhēng)汽流量測(cè)量發生誤差的其它來源及解決方(fāng)法(fǎ),談一點本(běn)人的粗淺看法與大家探(tàn)討。
1)蒸汽相變對測量的(de)影響。
2)飽和蒸汽密度失準的問題。
3)測量信號傳遞失真(zhēn)問題。
1.1 蒸汽相變(biàn)對測量的影響
蒸汽相變問題在(zài)實(shí)際使用中時有發生(shēng),所謂蒸汽相變就是:在輸送過程中原本(běn)飽和蒸汽變為(wéi)過熱蒸汽了,或是過熱蒸(zhēng)汽變為飽和蒸汽了。蒸汽產生相變主要發生在管道輸送過(guò)程(chéng)中或使用場合,飽和蒸汽變為過熱蒸汽,一般發生在濕飽和蒸汽被較大幅度快速減壓,溫度隨之也降(jiàng)低,如果相變前的濕飽(bǎo)和蒸汽含水滴較少,則溫度降低後會仍然高於新的壓力(lì)對應的飽和溫度,則蒸汽由原來的飽和狀態變為過熱狀態。而過熱蒸汽變為飽和蒸汽,一般是由於長距離輸送的熱(rè)損使溫(wēn)度降低,當溫度低於或(huò)等於(yú)該壓(yā)力對應(yīng)的飽和溫度時便進入飽和狀(zhuàng)態。蒸汽發生相變對流量測量的影響可分為幾(jǐ)種情況(kuàng).
a)飽和蒸汽發生變化後,仍然未脫離飽和狀態,隻是與(yǔ)變化前的壓力、溫度不同而(ér)處於一種(zhǒng)新的飽和狀態。這種情況隻要係統有補償儀表,且飽和蒸汽的幹度較高(gāo),對(duì)測量無影響。
b)飽和蒸汽相變後成為過熱蒸汽。如果設計時就考慮到有可能(néng)會產生相變,測量係統采用的是壓力和(hé)溫度雙補(bǔ)償,而且蒸汽密度是采用IFC1967 公式動(dòng)態計算的,則這個相變對測(cè)量無影響(xiǎng)。如果蒸汽密度采用查表法,這就要求運算儀表內除了裝(zhuāng)有《飽和(hé)蒸汽密度表》外,還應裝有《過熱蒸汽密(mì)度表》及相應的判斷程(chéng)序。采用查表法(fǎ)需要的兩個數表和判(pàn)斷程序,缺少任何一個都會(huì)對流量測量帶來誤差。
c)飽和蒸汽測量係統采用的是單(dān)壓力或單溫(wēn)度補(bǔ)償,相變後對測量就會帶來誤差,現舉例說明。一飽和蒸汽測量(liàng)係統,采用(yòng)單(dān)參數補償,現場(chǎng)實際表壓為0.5MPa,實際溫度170℃。從上述壓力和溫(wēn)度看,目前該蒸汽已(yǐ)經變為“過熱”狀態,其密度為3.0706kg/m3。
如果采用單壓力補償,依據0.5MPa 查飽和蒸汽表得到密度為3.1698 kg/m3,給測量帶來的誤差為:
對脈衝、線性電流信號的儀表 ((3.1698 -3.0706)/3.0706)*100%=3.23%
對方根電(diàn)流信號的儀表(biǎo)((3.1698 -3.0706)/(2*3.0706))*100%=1.62%
如果采用單溫度補償,依據170℃查飽和蒸汽表得到密度為(wéi)4.1229kg/m3,給測量帶來的誤差為:
對脈衝、線(xiàn)性電流信號((4.1229- 3.0706)/3.0706)*100%=34.27%
對方(fāng)根電(diàn)流信號 ((3.1698 -3.0706)/(2*3.0706))*100%=17.14%
從上述可以看出(chū),對於飽和蒸汽采用單參數補償查表法求取密度(dù),當蒸汽發生相變時(shí)會給測(cè)量帶(dài)來誤差,但是采用單壓力補償的誤差(chà)要小於單溫度補償。
d)過熱蒸汽變(biàn)為飽和蒸汽。由於大多數的過熱蒸汽測量係統基本都采用壓力和(hé)溫度雙補(bǔ)償,所以如果積算儀表的蒸汽密度(dù)是(shì)采用IFC1967 公式動態計算的,則這個相變對測量無(wú)影響。如果采用查表法取得蒸氣密度,當過熱蒸汽變為飽和蒸汽後可能(néng)查不到對(duì)應的密度。因為(wéi)在運算儀表內的《過熱蒸(zhēng)氣密度表》,通常隻列出過(guò)熱蒸汽範圍的壓力、溫度數據,處於(yú)飽和狀態下的數據一般不提供。例如(rú)現場實際(jì)表壓0.8MPa、溫度170℃。該表壓0.8MPa 對應的飽和溫度為 =175 s t .36℃,而實際溫(wēn)度170℃< s t 明顯已經處於飽和(hé)狀(zhuàng)態,因該壓力下數表提供的可(kě)查溫度範圍t>175℃,所以無對應的溫度可查。即使儀表內裝有《飽和蒸汽密度表》,但(dàn)是如(rú)果沒有蒸汽狀態判斷程序,儀表是不能自動轉(zhuǎn)查《飽和蒸汽密度表》的,由此測量誤差便(biàn)會產生。
1.2 飽和蒸(zhēng)汽密度失準問題
1.2.1 失準原因分析這裏所說的飽和蒸(zhēng)汽密度不準確,是(shì)指脫離了臨界飽和狀態的蒸汽,也就是常說的濕飽和蒸汽。濕飽和蒸汽是汽液兩相共存的狀態,它是蒸汽和水(shuǐ)的混合物,屬於複雜的單工質氣液兩相流體。由於目前的流量儀表的技術性能都是在單相流狀態下定義的,對於乙炔氣流量計測量氣(qì)液兩相流的儀表(biǎo),多年來盡管人們不斷地進行了研究和探討(tǎo),也提出了一些運算數學模型,但是適用範圍和測量準確度都不夠理想,所以準確測量氣液兩相流的儀表仍是(shì)今(jīn)後需要努力(lì)的方向。鑒於介質兩相流型的複雜多變,本文這(zhè)裏討論的濕飽和蒸汽密度(dù)的計算,其濕度也隻能界定在某一範圍內,並認為氣液是均相流動的狀態為前(qián)提。濕飽和蒸汽的形成(chéng)是在實際(jì)使用中(zhōng)的產(chǎn)生的,例如熱電廠送出的(de)飽和(hé)蒸汽經(jīng)過管道較長距離的(de)輸送,就會(huì)有部(bù)分蒸(zhēng)汽程度不等的變成冷凝水而成為濕飽和蒸汽。濕飽和蒸汽的密(mì)度與臨界(jiè)飽和蒸(zhēng)汽(以(yǐ)下稱為幹飽(bǎo)和蒸汽)的密度是不同的。而目前使用(yòng)的兩個飽和蒸汽密度表(以壓力和溫度為自變量)中(zhōng)提供的蒸(zhēng)汽密度,均為幹飽和蒸汽的密度(dù)值,數表(biǎo)中之所以不列入濕飽和蒸汽密(mì)度的數據,是因該數據還不能準確得到。因為要想準確得到濕飽和蒸汽的密度,就(jiù)必須知道飽和蒸汽的幹度指標x或(huò)者濕度指標y,但是由於技術上的原因(yīn),目前還不能在(zài)線(xiàn)準確獲得,這就是(shì)本文所指出的(de),當飽和蒸汽(qì)脫離(lí)臨界飽和狀態變為濕飽和(hé)蒸汽(qì)後,其密度不準確的原因。例如已知飽和蒸氣工作絕壓為0.48 MPa,若已知濕度y為(wéi)5%(x =0.95),看一下(xià)密(mì)度的差別。
查表得(dé)到飽和蒸(zhēng)氣密度g r =2.5683 kg/m3,濕飽和蒸汽實際密度為H r =2.7034 kg/m3。
查表得到的幹飽和蒸汽的密度與實際濕飽和蒸汽的密度誤差為:
((2.5683- 2.7034)/ 2.7034) *100%» 100 5.0%
如果蒸汽的濕度(dù)y不同,即使(shǐ)仍然處於工作絕壓(yā)為0.48 MPa 狀態下,將會得到不同的密值,可自行驗(yàn)算這裏不再舉例(lì)了。
1.2.2 失準帶來的影響
飽和蒸汽含水所產生(shēng)的乙炔氣流量計流量測量誤差,引起*大的糾紛就是在貿易結算計量上。供(gòng)方和收方在一根管道上裝有同(tóng)樣的流量(liàng)計(jì),在供方(fāng)由於距離(lí)熱源較近,飽和蒸汽(qì)中的的水滴含量可能很少,對測量影響較小。而在收方由於長距離輸送會導致(zhì)部分蒸汽冷凝的水(shuǐ)滴含量增大,對測量的影響必然較大。盡管供、收雙方的流量儀表都是正常的,但是供大於收的計量誤差(chà)是常常發生的(de)。例(lì)如在供收雙方流量儀(yí)表都用(yòng)乙炔氣流量計,在雙方儀表都正常的情況下,供方瞬時(shí)流量(liàng)顯示5.2t/h時,在收(shōu)方可能隻有4.9t/h顯示值,誤差為-5.77%甚至(zhì)示值(zhí)不穩(wěn)定,這就是接收(shōu)方的蒸汽中含水原因(yīn)所(suǒ)造成的。如果收方將管道的積水及時放掉(diào),能使乙炔氣流量計示值恢(huī)複穩定,但上述差量可能會仍然存在。因為在供方測量的幾乎是“蒸汽(qì)的總的(de)質量流(liú)量”,而在收方“有一部分汽體冷凝成液體了”,這些液(yè)體不會被檢測(cè)到或是被排放掉,從而導致質量流量減少,誤差也就產生了,(當然不排除水(shuǐ)滴使少量脈衝漏計造成的部分誤差),這個誤差完全不是雙方(fāng)儀表有問題造成的,而是濕蒸汽密度不能準確得到造成的。由此常常導致供收雙方多(duō)次拆下流量儀表外送校驗(yàn),造成白白耗費時間財力卻無功而返。
舉例說明如下,用脈衝信號的乙炔氣流量計測(cè)量飽和蒸汽流(liú)量,當飽和蒸汽由幹飽和蒸汽(qì)變為濕飽和蒸汽後,計算一下對流量測量帶來的(de)誤差。若已知蒸汽濕度5%,絕壓為0.40 MPa,查表密度g r 為2.1635 kg/m3,濕蒸汽實(shí)際密度為(wéi)H r 為2.2773 kg/m3,儀表係數K =0.3396。
當測(cè)量頻率為f =135.8Hz 時,采(cǎi)用不同(tóng)的密度(dù)得到的測量結果。依據脈衝(chōng)渦街質(zhì)量流量運(yùn)算式 q m =( 3.6 f / K)* ρ1
查表密度流量為qm=((3.6*135.8)/0.3396)*2.1635=3114.523kg/h
實際(jì)密度流量為qm=((3.6*135.8)/0.3396)*2.2773=3278.346kg/h
誤差qm=((3114.523-3278.346)/3278.346)*100%=-4.997%
從計算結果看飽和蒸汽(qì)濕度在5%的情況采用查表密度測量,將會造成約-5%的流量誤差。
1.2.3 濕飽和蒸汽密度的計算
如前所述,下麵介紹的濕飽和蒸汽密(mì)度的計算,是界定在一定範(fàn)圍的基(jī)礎上進行的,其界定的範圍如下。當蒸汽濕度y≤5%時(幹度x在99%~95%間),可認為氣液是均相流動,氣(qì)液速度基本相等,即速度比K≈1,可用下式(1)或(2)計算密度(dù),其準確度(dù)是可(kě)信的。當濕蒸汽濕度6%≤ y≤10%左右時(shí)(幹度x在94%~90%間),流動狀況會從“均相流動”狀態,依據水平管道或垂直管道(dào)流(liú)向的不同,逐漸變成複雜的流動狀態。如果對計算(suàn)準確(què)度要求(qiú)不高的話,也可用式(1)或(2)嚐試計(jì)算,但是密度誤差會大於y≤5%時的狀態,具(jù)體數值不能確定。當濕蒸汽濕度y>10%後(幹度x<90%),不能用下式求取濕蒸汽實際(jì)密度,因為流動狀態已經不是均相流動(dòng)狀態,其速度(dù)比(bǐ)K≠1 了。
2、蒸汽問題的解(jiě)決方案
2.1 蒸汽相變問題的解決方法
a)一是對可能產(chǎn)生相變的乙炔氣流量計測量係統有一(yī)個事(shì)先(xiān)預防措施,就是在設(shè)計時無論是測(cè)量飽和蒸汽還是過熱蒸汽,一律采用壓力和溫度(dù)雙補償。這樣雖然一次性成本(běn)費用有所(suǒ)增大,但是從長遠利(lì)益來看,無疑是(shì)減少矛盾、增加效益的良方。二是*好采用具有“IFC1967 公式動態計算蒸汽密度”的積算儀,它(tā)能根據測量的(de)壓力溫度識(shí)別蒸汽的狀態,及時計算出過熱狀態、飽和狀態下的蒸汽密度。目前市場上已經有了具有(yǒu)此功能(néng)的智能流量積算儀如FLC-2800。當然也可采用同時裝有(yǒu)《飽和蒸汽密度表》和(hé)《過熱蒸汽密度表》、且具(jù)有判斷蒸汽狀(zhuàng)態功能的(de)積算儀。以便可以根據蒸汽的實際狀態及時查找不同的數表,從而得到蒸汽的密度(dù)值。
b)對於飽和蒸汽單(dān)參數補償的係統,盡量采用壓力補償,這樣即使發(fā)生了相(xiàng)變,也會使(shǐ)誤差遠小於單溫度補償的係統。
c)流量計安裝地點應妥善考慮,應選擇(zé)不容易導致蒸汽發生相變的位置,如避開經常有減壓操作的設(shè)備和減壓閥門後麵(miàn),輸送蒸汽的管道和乙炔氣流量計測量傳感(gǎn)器加強保溫措(cuò)施等。
2.2 飽和蒸汽密度不準的(de)解決(jué)方法(fǎ)
對於(yú)濕飽和蒸汽密(mì)度需要知道(dào)蒸汽的幹度或濕度,而這個數據目前又難以在線得到的問題,筆(bǐ)者提出了(le)一個解決方案供大家討論。
供收雙方在確認了雙方流量儀表都處於正常良好的工作狀態前提下(xià),可以根據長期存在的差量和(hé)現場的實際工況,根據經(jīng)驗確定出不同時間段濕蒸汽的含水程度,然後在積算儀表內設置(zhì)相(xiàng)應的(de)濕度補償運算公(gōng)式(shì),通(tōng)過人工輸(shū)入蒸汽幹度x或濕度y數值,就(jiù)可以對濕飽和蒸汽進行濕度補償運算。隻要濕度指標估算基本正確,雙方差量的矛盾(dùn)就可以大大緩解。

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