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影響高溫液體流量計響應速度的常見因（yīn）素及（jí）處（chù）理結果分析
點（diǎn）擊次數：2088 發布時間：2021-01-02 05:48:48
摘要：分（fèn）析影響高溫液（yè）體流量計響應（yīng）速度的常見因（yīn）素，通過實驗（yàn）測試研究分析了某型號高溫液體流量計在+23℃、-30℃和-40℃三種（zhǒng）溫度θ下，出口壓力p2分別在2.1kPa和30kPa時，流量變化（huà）分別從*1階（jiē）梯突變到*5階梯時的響應（yīng）速度。
響應速度是高溫液體流量計性能指標之一，它對於滿（mǎn）足下遊用戶對燃氣的需求起著重要作用。通常情況下，高溫液體流（liú）量計的響應（yīng）速（sù）度由以下幾個因（yīn）素決定，溫度θ的高低，摩擦（cā）力F的大小，潤滑脂（zhī）的黏度μ，以及下遊管道容積V的大小等。在我國北方寒冷的冬季，室外平均溫度在（zài）零下-10℃左右，局部地區達到零下-20℃、-30℃，這對於工（gōng）作在室外的高溫液（yè）體流（liú）量計是一個*大的（de）挑戰（zhàn）。同時，天然氣在（zài）絕熱節流膨脹的傳輸過程中，由於焦（jiāo）耳-湯姆遜效應，隨著壓力（lì）降的增加（jiā），溫度會逐漸降低，這又會加劇高溫液（yè）體流量計工作的惡劣環境。
1、影響高溫液體流量計響應速度的常見因素（sù）
影（yǐng）響高溫液體流量計響應的因素主要從（cóng）以下幾個方麵考慮：
1.1 從設計（jì）方（fāng）麵，高溫液（yè）體流量計的響應速度主要取（qǔ）決於以下幾個（gè）因素
（1）係統摩擦力的大小；
（2）設計（jì）時係統平衡力是趨於（yú）開啟還是趨於關閉；
（3）阻尼器阻力大小；呼吸孔氣體交換的速度；
1.2 從燃氣傳輸係統方麵考慮，取決於下麵兩個因（yīn）素
（1）下遊管線體積越小，越（yuè）不利於係統響（xiǎng）應；
（2）氣體介質密度（dù）越大，其流動性越差，係統響應也越慢。
1.3 從使（shǐ）用環境來看，有以下（xià）2個因素（sù）：
（1）高溫液體流量計工作的環境溫度
（2）工作介質的清潔程度
本文主要從高溫液體流量計使用的環境溫度方麵（miàn）考慮，結合（hé）客戶在（zài）使用中遇到的實際問題，對高溫液體流量計在不同的溫度條件下進行測試（shì）、分析。圖（tú）1所示為北美客戶所使用某型號高溫液體流量計典（diǎn）型（xíng）工作環境，由於該產品工作在戶（hù）外，冬季夜間溫度可達到-30℃到-40℃，工作環境*其惡劣。
2、實驗室模擬測試
2.1 實驗內容
該測試主（zhǔ）要利用實驗室測試條件，模擬客戶現場使用情（qíng）況。其（qí）主要測試內（nèi）容包括：測試高溫液體流量計在+23℃，-30℃和（hé）-40℃三種溫度下，高溫液體流（liú）量計出口壓力分別在2.1kPa和30kPa時，流量分別從*1階梯到*5階梯時的響應速度，客戶所提供的流量階梯如圖2所示。橫軸表示（shì）下遊球閥開啟動作時間，縱軸表示高溫液體（tǐ）流量計下（xià）遊需要（yào）的流（liú）量q。
2.2 實（shí）驗裝置
高溫液體流量計響應測試裝置圖見圖3。實（shí）驗裝置主（zhǔ）要由某型號（hào）高溫液體流量計，恒溫溫控箱，DN40壓力管道，三通，球閥，壓力變送器，流量計和數據采集係統等組成，實驗介質為清潔的壓縮空氣（qì）。
其中被測高溫液體流量計是符合GB 27790-2011《城鎮高（gāo）溫液（yè）體流量計》規（guī）定的“靜特性（xìng）測試裝置”，穩壓精度可達AC5。
恒溫溫控（kòng）箱：控溫範圍（wéi）為-78℃-180℃，精度為+0.1℃。
壓力變送器：進口壓力端（duān）量程0-100Psi，出口壓力（lì）端0-250英寸水柱，精度均為±0.025%。
流量計：采用精度為±0.35%的質量流量計。
球（qiú）閥（fá）：響應速度為150ms
數據采集係統（tǒng）：NI Labview采（cǎi）集係統，數（shù）據采集頻率為50次/s。
2.3 實驗步驟
將（jiāng）某型號高溫液體流量計安裝在如圖（tú）3所示的測試管線上分別將高溫（wēn）液體（tǐ）流量（liàng）計的出口壓力p2設定在2.1kPa和30kPa，其響應速度測試實驗步（bù）驟（zhòu）如下：
開啟1號球閥，同時關閉2，3，4號球（qiú）閥，使係統流量q維（wéi）持在8.5m3/h，將溫控箱溫度設定在-30℃，並維持24h，使高溫液體流量計所有零部件均達到相同溫度。
打開數（shù）據采集係統，並將采（cǎi）樣頻（pín）率設定在50次（cì）/s，采集時間t為（wéi）120s的數據。
打開2號球閥（fá），使測試係統流量q由8.5m3/h增加到51m3/h。
采集120s的數據。
同時打開3，4號球閥，使係統（tǒng）流量q由51m3/h增加到164m3/h。
采集120s的數據。
關閉（bì）4號球閥，使係統流量（liàng）q由（yóu）164m3/h降低至119m3/h。
采集120s的數據。
同時關閉2，3號球閥，使係統流量q 由119m3/h降低至8.5m3/h。
采集120s的數據（jù）。
關閉數據采集係統。
將溫控（kòng）箱溫（wēn）度重新設定至-40℃，和+23℃，重複步（bù）驟a）到l）。
3、實驗數（shù）據處理及結果分析
3.1 實（shí）驗數據處理
通過實驗室（shì）的模擬測試，對於2.1kPa和30kPa出口設定（dìng）壓力，分別得（dé）到的6條曲線，3條（tiáo）不同溫度下的壓力曲線和3條（tiáo）不同溫（wēn）度下的流（liú）量曲線，如圖4和圖5所示。在（zài）*120s、240s和360s時，由於流量突然（rán）增（zēng）加，造成（chéng）出（chū）口壓力瞬時降低。在*480s時，由於流量突然減小，造成出（chū）口壓力（lì）瞬時升高（gāo）。圖中的橫軸表示（shì）球閥的動作響應時間，*一（yī）縱軸對應高溫液體流量計出口壓力p2，*二縱軸表示高溫液體流量計對（duì）應（yīng）該出口壓力下流量q。
3.2 實驗（yàn）結（jié）果分析（xī）
為了深入研究溫度（dù）及流量突變對高溫液體流量計響應速度的影響趨勢，把每個流量突變點前（qián）後（hòu）的出（chū）口壓力p2，流（liú）量q列表如表1所示。
從*1階梯到*2階（jiē）梯（tī），以及從*2階梯到*3階梯，下（xià）遊用戶需求量突然增大，流量陡增，高溫液體流量（liàng）計不能及時打開，造成（chéng）出口壓力p2在流量陡增的瞬間下降，然後逐漸恢複平衡。相應的從*3階（jiē）梯到（dào）*4階梯，以（yǐ）及從*4階梯到*5階梯（tī），下（xià）遊用戶需求量突然減小，流量陡降，高溫液體流（liú）量計不能（néng）及時關閉，造成出口壓力p2在（zài）流量陡降的瞬間（jiān）突然升高（gāo），然後逐漸恢複平衡。
為了（le）更直觀嚴謹（jǐn）的對比每個階段（duàn）響應速度的不同，對原始數據進行處理，得到如下表格2和表（biǎo）格3。將△p2%/△q%作為響應速度的直（zhí）觀量化表達，若△p2%/△q%的值大，說明單位流量變化照成（chéng）的出（chū）口壓力變化大，即說明高（gāo）溫液體流量（liàng）計響應相對較慢（màn），反之亦然。
4、結束語
在相同條件下，工（gōng）作環境溫度越低，高溫液體流量計響應（yīng）速度越慢。在流量陡降瞬間，-40℃溫度條件下，高溫液體流量計的響應（yīng）速度*慢。
高溫液體流量計在流量陡降時（*3階梯到*4階梯，*4階梯到*5階梯）比流量陡增時（*1階梯到*2階梯，*2階梯（tī）到*3階梯）響應速度慢。即高溫液（yè）體流量計在關閉時的（de）響應速度比（bǐ）打（dǎ）開時的響應速度慢。
在相同工況下，高溫液體流量計出口壓力p2的設定值越低，其（qí）響應速度相對（duì）越慢。
響應速度是高溫液體流量計性能指標之一，它對於滿（mǎn）足下遊用戶對燃氣的需求起著重要作用。通常情況下，高溫液體流（liú）量計的響應（yīng）速（sù）度由以下幾個因（yīn）素決定，溫度θ的高低，摩擦（cā）力F的大小，潤滑脂（zhī）的黏度μ，以及下遊管道容積V的大小等。在我國北方寒冷的冬季，室外平均溫度在（zài）零下-10℃左右，局部地區達到零下-20℃、-30℃，這對於工（gōng）作在室外的高溫液（yè）體流（liú）量計是一個*大的（de）挑戰（zhàn）。同時，天然氣在（zài）絕熱節流膨脹的傳輸過程中，由於焦（jiāo）耳-湯姆遜效應，隨著壓力（lì）降的增加（jiā），溫度會逐漸降低，這又會加劇高溫液（yè）體流量計工作的惡劣環境。
1、影響高溫液體流量計響應速度的常見因素（sù）
影（yǐng）響高溫液體流量計響應的因素主要從（cóng）以下幾個方麵考慮：
1.1 從設計（jì）方（fāng）麵，高溫液（yè）體流量計的響應速度主要取（qǔ）決於以下幾個（gè）因素
（1）係統摩擦力的大小；
（2）設計（jì）時係統平衡力是趨於（yú）開啟還是趨於關閉；
（3）阻尼器阻力大小；呼吸孔氣體交換的速度；
1.2 從燃氣傳輸係統方麵考慮，取決於下麵兩個因（yīn）素
（1）下遊管線體積越小，越（yuè）不利於係統響（xiǎng）應；
（2）氣體介質密度（dù）越大，其流動性越差，係統響應也越慢。
1.3 從使（shǐ）用環境來看，有以下（xià）2個因素（sù）：
（1）高溫液體流量計工作的環境溫度
（2）工作介質的清潔程度
本文主要從高溫液體流量計使用的環境溫度方麵（miàn）考慮，結合（hé）客戶在（zài）使用中遇到的實際問題，對高溫液體流量計在不同的溫度條件下進行測試（shì）、分析。圖（tú）1所示為北美客戶所使用某型號高溫液體流量計典（diǎn）型（xíng）工作環境，由於該產品工作在戶（hù）外，冬季夜間溫度可達到-30℃到-40℃，工作環境*其惡劣。
2、實驗室模擬測試
2.1 實驗內容
該測試主（zhǔ）要利用實驗室測試條件，模擬客戶現場使用情（qíng）況。其（qí）主要測試內（nèi）容包括：測試高溫液體流量計在+23℃，-30℃和（hé）-40℃三種溫度下，高溫液體流（liú）量計出口壓力分別在2.1kPa和30kPa時，流量分別從*1階梯到*5階梯時的響應速度，客戶所提供的流量階梯如圖2所示。橫軸表示（shì）下遊球閥開啟動作時間，縱軸表示高溫液體（tǐ）流量計下（xià）遊需要（yào）的流（liú）量q。
2.2 實（shí）驗裝置
高溫液體流量計響應測試裝置圖見圖3。實（shí）驗裝置主（zhǔ）要由某型號（hào）高溫液體流量計，恒溫溫控箱，DN40壓力管道，三通，球閥，壓力變送器，流量計和數據采集係統等組成，實驗介質為清潔的壓縮空氣（qì）。
其中被測高溫液體流量計是符合GB 27790-2011《城鎮高（gāo）溫液（yè）體流量計》規（guī）定的“靜特性（xìng）測試裝置”，穩壓精度可達AC5。
恒溫溫控（kòng）箱：控溫範圍（wéi）為-78℃-180℃，精度為+0.1℃。
壓力變送器：進口壓力端（duān）量程0-100Psi，出口壓力（lì）端0-250英寸水柱，精度均為±0.025%。
流量計：采用精度為±0.35%的質量流量計。
球（qiú）閥（fá）：響應速度為150ms
數據采集係統（tǒng）：NI Labview采（cǎi）集係統，數（shù）據采集頻率為50次/s。
2.3 實驗步驟
將（jiāng）某型號高溫液體流量計安裝在如圖（tú）3所示的測試管線上分別將高溫（wēn）液體（tǐ）流量（liàng）計的出口壓力p2設定在2.1kPa和30kPa，其響應速度測試實驗步（bù）驟（zhòu）如下：
開啟1號球閥，同時關閉2，3，4號球（qiú）閥，使係統流量q維（wéi）持在8.5m3/h，將溫控箱溫度設定在-30℃，並維持24h，使高溫液體流量計所有零部件均達到相同溫度。
打開數（shù）據采集係統，並將采（cǎi）樣頻（pín）率設定在50次（cì）/s，采集時間t為（wéi）120s的數據。
打開2號球閥（fá），使測試係統流量q由8.5m3/h增加到51m3/h。
采集120s的數據。
同時打開3，4號球閥，使係統（tǒng）流量q由51m3/h增加到164m3/h。
采集120s的數據。
關閉（bì）4號球閥，使係統流量（liàng）q由（yóu）164m3/h降低至119m3/h。
采集120s的數據。
同時關閉2，3號球閥，使係統流量q 由119m3/h降低至8.5m3/h。
采集120s的數據（jù）。
關閉數據采集係統。
將溫控（kòng）箱溫（wēn）度重新設定至-40℃，和+23℃，重複步（bù）驟a）到l）。
3、實驗數（shù）據處理及結果分析
3.1 實（shí）驗數據處理
通過實驗室（shì）的模擬測試，對於2.1kPa和30kPa出口設定（dìng）壓力，分別得（dé）到的6條曲線，3條（tiáo）不同溫度下的壓力曲線和3條（tiáo）不同溫（wēn）度下的流（liú）量曲線，如圖4和圖5所示。在（zài）*120s、240s和360s時，由於流量突然（rán）增（zēng）加，造成（chéng）出（chū）口壓力瞬時降低。在*480s時，由於流量突然減小，造成出（chū）口壓力（lì）瞬時升高（gāo）。圖中的橫軸表示（shì）球閥的動作響應時間，*一（yī）縱軸對應高溫液體流量計出口壓力p2，*二縱軸表示高溫液體流量計對（duì）應（yīng）該出口壓力下流量q。
3.2 實驗（yàn）結（jié）果分析（xī）
為了深入研究溫度（dù）及流量突變對高溫液體流量計響應速度的影響趨勢，把每個流量突變點前（qián）後（hòu）的出（chū）口壓力p2，流（liú）量q列表如表1所示。
從*1階梯到*2階（jiē）梯（tī），以及從*2階梯到*3階梯，下（xià）遊用戶需求量突然增大，流量陡增，高溫液體流量（liàng）計不能及時打開，造成（chéng）出口壓力p2在流量陡增的瞬間下降，然後逐漸恢複平衡。相應的從*3階（jiē）梯到（dào）*4階梯，以（yǐ）及從*4階梯到*5階梯（tī），下（xià）遊用戶需求量突然減小，流量陡降，高溫液體流（liú）量計不能（néng）及時關閉，造成出口壓力p2在（zài）流量陡降的瞬間（jiān）突然升高（gāo），然後逐漸恢複平衡。
為了（le）更直觀嚴謹（jǐn）的對比每個階段（duàn）響應速度的不同，對原始數據進行處理，得到如下表格2和表（biǎo）格3。將△p2%/△q%作為響應速度的直（zhí）觀量化表達，若△p2%/△q%的值大，說明單位流量變化照成（chéng）的出（chū）口壓力變化大，即說明高（gāo）溫液體流量（liàng）計響應相對較慢（màn），反之亦然。
4、結束語
在相同條件下，工（gōng）作環境溫度越低，高溫液體流量計響應（yīng）速度越慢。在流量陡降瞬間，-40℃溫度條件下，高溫液體流量計的響應（yīng）速度*慢。
高溫液體流量計在流量陡降時（*3階梯到*4階梯，*4階梯到*5階梯）比流量陡增時（*1階梯到*2階梯，*2階梯（tī）到*3階梯）響應速度慢。即高溫液（yè）體流量計在關閉時的（de）響應速度比（bǐ）打（dǎ）開時的響應速度慢。
在相同工況下，高溫液體流量計出口壓力p2的設定值越低，其（qí）響應速度相對（duì）越慢。