使用孔板流量計(jì)對蒸汽流量測量的準(zhǔn)確度分析

在工業(yè)生產(chǎn)中的蒸汽流量測量中，蒸汽作為一種重要的中間助劑和生產(chǎn)原料在生產(chǎn)中起到了非常重要的作用，不過由于蒸汽的性質(zhì)特殊，經(jīng)常出現(xiàn)測量不準(zhǔn)的問題。如何有效地提高蒸汽流量測量的準(zhǔn)確度，一直是人們追求的目標(biāo)。生產(chǎn)中用于測量蒸汽的儀表和標(biāo)準(zhǔn)孔板和渦街流量計(jì)、彎管流量計(jì)等產(chǎn)品，不過使用量最多的還是標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)，本文就蒸汽流量測量中準(zhǔn)確度不高的原因進(jìn)行分析，根據(jù)我公司蒸汽流量測量中的具體情況，并主要針對孔板流量計(jì)，從一次節(jié)流元件、導(dǎo)壓管、到密度補(bǔ)償和相關(guān)系數(shù)的影響等方面進(jìn)行分析，提出了提高測量準(zhǔn)確度的方法。



一、一次測量元件引起的誤差
　　孔板流量計(jì)中的節(jié)流元件是尖銳的直角邊緣，流體在節(jié)流元件的入口收縮，根據(jù)伯努力方程，流速增加，壓力減小，孔板的測量原理就是根據(jù)孔板入口和出口的壓差進(jìn)行測量的。孔板平鈍后流出系數(shù)增大，產(chǎn)生測量誤差。流出系數(shù)對蒸汽流量測量的影響是普遍存在的。
　　測量管也是節(jié)流裝置的組成部分，其結(jié)構(gòu)尺寸對流體流動狀態(tài)有重要的影響，測量管除滿足前10D后5D的要求外，還對內(nèi)表面的光滑度有要求。粗糙管的流速分布與光滑管是有區(qū)別的，流出系數(shù)也不相同，管道結(jié)垢、腐蝕，流出系數(shù)發(fā)生變化，產(chǎn)生測量誤差。
　　對于孔板入口邊緣磨損的問題，我們可以選用標(biāo)準(zhǔn)噴嘴，由于噴嘴入口是一個光滑的曲面，它的抗磨損，抗積污，抗變形程度遠(yuǎn)好于孔板，流出系數(shù)穩(wěn)定性也比孔板好，壓力損失也比孔板小得多，而且它的檢定周期為4年，大大減少了維護(hù)費(fèi)用。
　　對于測量管的問題，在管道安裝時就盡量選用光滑度高，質(zhì)量好的管道，必要時請專業(yè)廠家定制測量管道、連接法蘭，冷凝器等，補(bǔ)償用的溫度和壓力測量點(diǎn)也可以統(tǒng)一開工獲取。雖說一次性投資高些，但由于投入使用后沒有特別原因，一般不進(jìn)行更換，還是使用周期越長越好，這樣綜合經(jīng)濟(jì)效益還是高些。

二、測量信號的傳遞失真
　　測量信號傳遞是孔板前后的差壓信號經(jīng)導(dǎo)壓管傳遞到差壓變送器，由于結(jié)構(gòu)的不同，孔板流量計(jì)不同于渦街流量計(jì)那樣直接裝在管道上，它需要進(jìn)行信號傳遞。對于蒸汽流量測量而言，傳遞部分可由閥門，導(dǎo)壓管，冷凝器等部件組成。對于信號傳遞部件來講，應(yīng)保證傳遞信號不失真。實(shí)際使用中的大部分故障，往往是信號傳遞失真引起的。差壓信號產(chǎn)生的傳遞失真比作為補(bǔ)償用的溫度和壓力信號失真影響更大，必須引起注意。冷凝器在信號傳遞中處于關(guān)鍵位置，冷凝器中的液面保持一定高度，多余的冷凝液要回流到蒸汽管道，既要保證冷凝器中蒸汽很好地冷凝，又要使冷凝液回流暢通無阻。
　　氣相導(dǎo)壓管的一次根部閥門應(yīng)保證蒸汽氣相進(jìn)入冷凝器，冷凝器里面多余的冷凝液回流到蒸汽管道，否則兩只冷凝器液面不能保持相平，會對差壓信號產(chǎn)生附加誤差。一次根部閥門盡量選用閘閥，保證壓力信號傳遞通暢無阻，減少測量誤差。
　　測量用的導(dǎo)壓管要加保溫伴熱，否則冬季不能正常工作。不管采用電伴熱還是蒸汽伴熱，一定要保證兩只導(dǎo)壓管受熱均等，不然會因?qū)汗苤械囊后w的密度不同而產(chǎn)生附加差壓誤差。
　　作為壓力補(bǔ)償用的變送器一般和壓力取壓口不在同一高度上，如果變送器比取壓口低，所測出的壓力為管道中蒸汽的壓力加上導(dǎo)壓管中冷凝液產(chǎn)生的壓力，可在變送器中進(jìn)行正遷移將這部分壓力遷移掉。使變送器測出的壓力為管道中實(shí)際蒸汽壓力。

三、蒸汽密度問題產(chǎn)生的誤差
　　測量蒸汽質(zhì)量流量時要根據(jù)蒸汽的密度進(jìn)行計(jì)算，因蒸汽的密度計(jì)算不準(zhǔn)確產(chǎn)生測量誤差。我公司蒸汽流量測量儀表中渦街流量計(jì)是用工藝車間提供的蒸汽密度值為參考值，不是實(shí)際的密度值，得出的蒸汽流量會和實(shí)際流量有誤差。選用渦街流量計(jì)時，最好選用能進(jìn)行溫度和壓力補(bǔ)償?shù)男吞枺⑶野惭b測溫和測壓元件取得溫度和壓力數(shù)值。我公司用的孔板式流量計(jì)作為蒸汽流量計(jì)時，測出的流量由DCS系統(tǒng)顯示，沒有進(jìn)行溫度壓力補(bǔ)償。為了提高測量的準(zhǔn)確度，必須進(jìn)行溫度壓力補(bǔ)償。對于孔板流量計(jì)，取得差壓信號的同時，還需測得溫度和壓力信號，通過DCS中的專用軟件進(jìn)行溫度和壓力補(bǔ)償。

四、相關(guān)系數(shù)的影響
　　流出系數(shù)C和可膨脹系數(shù)ε在一定范圍內(nèi)可看作常數(shù)，但是，當(dāng)蒸汽的狀況偏離設(shè)計(jì)狀態(tài)時，其流出系數(shù)C和可膨脹系數(shù)ε就會發(fā)生變化，就不能視為常數(shù)。測量小流量時，隨著雷諾數(shù)變小，流出系數(shù)C將產(chǎn)生較大的變化。測量高壓時，則必須考慮氣體的可膨脹系數(shù)ε的影響，如果我們只補(bǔ)償密度變化的影響，即使實(shí)現(xiàn)了對密度的完全補(bǔ)償，其它各參數(shù)變化累加后的最大誤差仍達(dá)6%左右，其中，可膨脹系數(shù)ε引入的誤差最大。所以，要想提高儀表的測量精度，除補(bǔ)償密度外還應(yīng)考慮整個補(bǔ)償方程中其它參數(shù)變化的補(bǔ)償問題。DCS中的蒸汽測量模塊中，不僅有密度補(bǔ)償方式，還有流出系數(shù)C和可膨脹系數(shù)ε的修正辦法，只要我們選用合適的流量測量模塊，就能提高蒸汽流量的測量準(zhǔn)確度。
　　一般認(rèn)為，蒸汽干度X較高（X≥95%）時流體可視為單相流體。溫度壓力補(bǔ)償可按通常方法進(jìn)行。但出現(xiàn)一定誤差。干度越低密度越大。在蒸汽干度較低（X<95%）時，管道中的流體處于二相流狀態(tài)。情況嚴(yán)重時，流體分層流動，產(chǎn)生誤差更大。目前還沒有在線的干度測量儀表測量蒸汽的干度，最好的辦法就是加強(qiáng)蒸汽傳輸管道的保溫，提高蒸汽的過熱度，使蒸汽的干度較高，測量也比較準(zhǔn)確。

　五、結(jié)論
　　由于目前使用的流量儀表測量蒸汽，由于被測介質(zhì)的特殊性，存在測量不準(zhǔn)確的情況，我們只有對可能產(chǎn)生的誤差原因進(jìn)行認(rèn)真分析，從一次檢測元件的安裝，到閥門、導(dǎo)壓管、冷凝器及差壓變送器的安裝，再對蒸汽密度的溫度壓力補(bǔ)償和相關(guān)參數(shù)的修正，都采取適當(dāng)措施加以防止可能出現(xiàn)的問題，才能提高蒸汽流量測量的準(zhǔn)確度。找到一條成功的蒸汽流量測量之路