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關(guān)于焦?fàn)t煤氣流量計測量原理及常見誤差分析
點擊次數(shù):2030 發(fā)布時間:2021-01-08 06:02:49
摘要 : 隨著生產(chǎn)及運維對測量精度要求日益提高,蒸汽流量測量方法及誤差分析得到了越來越多的學(xué)者關(guān)注。本文擬對幾種火電廠常用流量測量方法展開對比分析,并就常見儀表誤差進行簡要分析,旨為更好地滿足現(xiàn)場實際測量需要。
1 研究背景
蒸汽,作為火電廠*重要的二次能源之一,其流量測量對于節(jié)能降耗,降低運營成本,提高經(jīng)濟效益具有重要意義--但其測量受到諸多因素限制、影響,如介質(zhì)特性、儀表選型、現(xiàn)場安裝等,大大增加了測量難度。隨著生產(chǎn)及運維對測量精度的要求日益提高,蒸汽流量測量方法的選擇及誤差分析得到了越來越多的學(xué)者關(guān)注。
蒸汽分為過熱蒸汽和飽和蒸汽。飽和狀態(tài)下的液體稱為飽和液體,其對應(yīng)的蒸汽是飽和蒸汽,但*初只是濕飽和蒸汽,待蒸汽中的水分完全蒸發(fā)后才是干飽和蒸汽。蒸汽從不飽和到濕飽和再到干飽和的過程溫度是不增加的,干飽和之后繼續(xù)加熱則溫度會上升,成為過熱蒸汽。蒸汽在不同的溫度、壓力下密度不同,因而測量質(zhì)量流量時要溫壓補償 ;對于飽和蒸汽,其溫度與密度有一一對應(yīng)關(guān)系,一般只需進行壓力補償即可。
2 測量原理及對比分析
選擇蒸汽流量測量儀表應(yīng)考慮 5 個主要因素,即被測流體特性、安裝條件、環(huán)境條件、儀表性能及維護需求。此外,在實際工程應(yīng)用中,儀表的選擇還應(yīng)綜合考慮以下問題 :
(1)測量目的 :如商貿(mào)結(jié)算和儲運測量對準(zhǔn)確度要求較高,而過程控制連續(xù)監(jiān)測一般要求有良好的可靠性及重復(fù)性(精密度);
(2)壓力損失 :尤其是對于大口徑管路測量,壓力損失會直接影響能量消耗。
通過上述分析不難得出,蒸汽流量測量采用孔板流量計或焦?fàn)t煤氣流量計較為理想。
孔板流量計是依據(jù)在已知有關(guān)參數(shù)的條件下,根據(jù)流動連續(xù)性原理和伯努利方程可以推導(dǎo)出差壓與流量之間的關(guān)系而求得流量。它具有如下優(yōu)點 :①應(yīng)用*為廣泛,全部單相流體均可使用 ;②結(jié)構(gòu)易于復(fù)制,簡單、牢固、性能穩(wěn)定可靠,價格低廉 ;③檢測件(特別是標(biāo)準(zhǔn)型)為全**通用,并得到了國際標(biāo)準(zhǔn)化組織和國際計量組織的認可 ;④無需個別校準(zhǔn)即可投用 ;⑤同原理儀表擴展類型廣泛,可替換性強。但其測量同樣具有一定局限性 :①由于眾多因素的影響錯綜復(fù)雜,精確度難于大幅度提高 ;②受限于流量系數(shù)與雷諾數(shù),一般儀表量程比 3 ∶ 1 ~ 4 ∶ 1 ;③有較長的直管段長度要求 ;④壓力損失大 ;⑤長期使用精度難以保證,需要定期維護、檢修維護量大。
焦?fàn)t煤氣流量計是利用卡曼渦街原理,即流體在管道中經(jīng)過渦街流量變送器時,在三角柱的旋渦發(fā)生體后上下交替產(chǎn)生正比于流速的兩列旋渦,旋渦的釋放頻率與流過旋渦發(fā)生體的流體平均速度及旋渦發(fā)生體特征寬度有關(guān)。它具有如下優(yōu)點 :①適用流體種類多,液、氣、蒸汽及部分混相流皆可應(yīng)用 ;②在一定雷諾數(shù)范圍內(nèi),輸出信號不受流體物性及組份影響,可在一種典型介質(zhì)中校準(zhǔn),用于各種介質(zhì) ;③結(jié)構(gòu)簡單牢固、無可動部件,安裝方便,運維可靠 ;④準(zhǔn)確度較高,無零點漂移,量程比較大(10 :1 或 20 :1 更大);⑤壓損?。s為孔板流量計的 1/2~1/4),具有一定節(jié)能意義 ;⑥性價比較高。但其測量也具有一定局限性 :①不適于低雷諾系數(shù)測量 ;②管道內(nèi)流速分布應(yīng)為充分發(fā)展流,被測管道上、下游直管段條件要求較為苛刻 ;③儀表系數(shù)較低,口徑越大越低,適用于中、小口徑測量 ;④不適用于振動大或脈動流工況。
3 常見誤差分析
常見誤差來源主要分為以下幾點。
(1)參數(shù)調(diào)整或量程選擇有誤
如儀表量程小于實際參數(shù),不僅無法正常量,且長時間故障運行可能會導(dǎo)致儀表無法恢復(fù)的機械損傷 ;若儀表量程遠大于實際參數(shù),測量結(jié)果無法滿足精度要求--故合理選擇儀表量程是精準(zhǔn)測量的基礎(chǔ)。
推薦量程選擇 :*大流量不超過滿刻度的 95% ;正常流量為滿刻度的 70% ~ 85% ;*小流量不小于滿刻度的 30%。此外,DCS 側(cè)量程需與儀表量程保持一致。
(2)儀表不具備溫壓補償功能
焦?fàn)t煤氣流量計與測量介質(zhì)無關(guān)是指其體積流量不受溫度、壓力變化影響,但如需計量被測介質(zhì)的質(zhì)量或標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下體積,就需判別蒸汽狀態(tài)并測量實時壓力、溫度等熱工狀態(tài)參數(shù),即在蒸汽工況偏離設(shè)計工況時,將蒸汽的密度對測量結(jié)果的影響予以修正 ;如儀表不具備溫壓補償功能,數(shù)據(jù)處理不當(dāng)將引入不必要的誤差。
(3)安裝條件不滿足儀表要求
流體特性直接影響測量結(jié)果,而流體特性很大程度上受安裝條件影響。安裝條件考慮因素有儀表的流動方向,上下游管道狀況,閥門位置,防護性輔助設(shè)備,非定長流(如脈動流)情況,電氣干擾和維護空間等。參見“DL/T 5182-2004”,孔板流量計直管段要求--上游 :5 ~ 80 倍工藝管道直徑,下游 :2 ~ 8 倍工藝管道直徑 ;焦?fàn)t煤氣流量計直管段要求--上游 :15~50 倍工藝管道直徑(如有束流導(dǎo)直器時,上游直段長度 12D),下游 :5 倍工藝管道直徑。
(4)安裝不當(dāng)或儀表工藝粗糙
儀表安裝需保證測量管道與工藝管道同軸,安裝法蘭墊子時要注意不要凸出管內(nèi)徑 ;安裝時還應(yīng)盡可能的減小因被測介質(zhì)脈動引起的內(nèi)部震動及因動力引起的外部震動。
(5)蒸汽相變產(chǎn)生的附加誤差
隨著工況(壓力、溫度等)的變化,過熱蒸汽可能會因熱量損失從過熱狀態(tài)進入飽和狀態(tài),此時如仍按過熱蒸汽規(guī)律進行密度計算將會帶來附加誤差。而飽和蒸汽在管道傳輸過長中,由于散熱而溫度降低,壓力下降,很難保證蒸汽干度,出現(xiàn)凝結(jié)水的密度遠大于蒸汽 ;同時,當(dāng)管道保溫良好,流動阻力損失很大時(管道上有開度很小的閥門,減壓裝置等),飽和蒸汽很可能會由于壓力急劇降低而變成過熱蒸汽(熱力學(xué)上的絕熱節(jié)流效應(yīng)),上述情況都可能引起蒸汽密度變化,從而產(chǎn)生誤差。
4 總結(jié)
通過綜合對比,筆者推薦蒸汽流量測量采用孔板流量計及焦?fàn)t煤氣流量計進行測量,進而又對其適用工況及優(yōu)缺點等展開對比分析,并就常見儀表誤差進行簡要分析,旨為更好地滿足現(xiàn)場實際測量需要。
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1 研究背景
蒸汽,作為火電廠*重要的二次能源之一,其流量測量對于節(jié)能降耗,降低運營成本,提高經(jīng)濟效益具有重要意義--但其測量受到諸多因素限制、影響,如介質(zhì)特性、儀表選型、現(xiàn)場安裝等,大大增加了測量難度。隨著生產(chǎn)及運維對測量精度的要求日益提高,蒸汽流量測量方法的選擇及誤差分析得到了越來越多的學(xué)者關(guān)注。
蒸汽分為過熱蒸汽和飽和蒸汽。飽和狀態(tài)下的液體稱為飽和液體,其對應(yīng)的蒸汽是飽和蒸汽,但*初只是濕飽和蒸汽,待蒸汽中的水分完全蒸發(fā)后才是干飽和蒸汽。蒸汽從不飽和到濕飽和再到干飽和的過程溫度是不增加的,干飽和之后繼續(xù)加熱則溫度會上升,成為過熱蒸汽。蒸汽在不同的溫度、壓力下密度不同,因而測量質(zhì)量流量時要溫壓補償 ;對于飽和蒸汽,其溫度與密度有一一對應(yīng)關(guān)系,一般只需進行壓力補償即可。
2 測量原理及對比分析
選擇蒸汽流量測量儀表應(yīng)考慮 5 個主要因素,即被測流體特性、安裝條件、環(huán)境條件、儀表性能及維護需求。此外,在實際工程應(yīng)用中,儀表的選擇還應(yīng)綜合考慮以下問題 :
(1)測量目的 :如商貿(mào)結(jié)算和儲運測量對準(zhǔn)確度要求較高,而過程控制連續(xù)監(jiān)測一般要求有良好的可靠性及重復(fù)性(精密度);
(2)壓力損失 :尤其是對于大口徑管路測量,壓力損失會直接影響能量消耗。
通過上述分析不難得出,蒸汽流量測量采用孔板流量計或焦?fàn)t煤氣流量計較為理想。
孔板流量計是依據(jù)在已知有關(guān)參數(shù)的條件下,根據(jù)流動連續(xù)性原理和伯努利方程可以推導(dǎo)出差壓與流量之間的關(guān)系而求得流量。它具有如下優(yōu)點 :①應(yīng)用*為廣泛,全部單相流體均可使用 ;②結(jié)構(gòu)易于復(fù)制,簡單、牢固、性能穩(wěn)定可靠,價格低廉 ;③檢測件(特別是標(biāo)準(zhǔn)型)為全**通用,并得到了國際標(biāo)準(zhǔn)化組織和國際計量組織的認可 ;④無需個別校準(zhǔn)即可投用 ;⑤同原理儀表擴展類型廣泛,可替換性強。但其測量同樣具有一定局限性 :①由于眾多因素的影響錯綜復(fù)雜,精確度難于大幅度提高 ;②受限于流量系數(shù)與雷諾數(shù),一般儀表量程比 3 ∶ 1 ~ 4 ∶ 1 ;③有較長的直管段長度要求 ;④壓力損失大 ;⑤長期使用精度難以保證,需要定期維護、檢修維護量大。
焦?fàn)t煤氣流量計是利用卡曼渦街原理,即流體在管道中經(jīng)過渦街流量變送器時,在三角柱的旋渦發(fā)生體后上下交替產(chǎn)生正比于流速的兩列旋渦,旋渦的釋放頻率與流過旋渦發(fā)生體的流體平均速度及旋渦發(fā)生體特征寬度有關(guān)。它具有如下優(yōu)點 :①適用流體種類多,液、氣、蒸汽及部分混相流皆可應(yīng)用 ;②在一定雷諾數(shù)范圍內(nèi),輸出信號不受流體物性及組份影響,可在一種典型介質(zhì)中校準(zhǔn),用于各種介質(zhì) ;③結(jié)構(gòu)簡單牢固、無可動部件,安裝方便,運維可靠 ;④準(zhǔn)確度較高,無零點漂移,量程比較大(10 :1 或 20 :1 更大);⑤壓損?。s為孔板流量計的 1/2~1/4),具有一定節(jié)能意義 ;⑥性價比較高。但其測量也具有一定局限性 :①不適于低雷諾系數(shù)測量 ;②管道內(nèi)流速分布應(yīng)為充分發(fā)展流,被測管道上、下游直管段條件要求較為苛刻 ;③儀表系數(shù)較低,口徑越大越低,適用于中、小口徑測量 ;④不適用于振動大或脈動流工況。
3 常見誤差分析
常見誤差來源主要分為以下幾點。
(1)參數(shù)調(diào)整或量程選擇有誤
如儀表量程小于實際參數(shù),不僅無法正常量,且長時間故障運行可能會導(dǎo)致儀表無法恢復(fù)的機械損傷 ;若儀表量程遠大于實際參數(shù),測量結(jié)果無法滿足精度要求--故合理選擇儀表量程是精準(zhǔn)測量的基礎(chǔ)。
推薦量程選擇 :*大流量不超過滿刻度的 95% ;正常流量為滿刻度的 70% ~ 85% ;*小流量不小于滿刻度的 30%。此外,DCS 側(cè)量程需與儀表量程保持一致。
(2)儀表不具備溫壓補償功能
焦?fàn)t煤氣流量計與測量介質(zhì)無關(guān)是指其體積流量不受溫度、壓力變化影響,但如需計量被測介質(zhì)的質(zhì)量或標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下體積,就需判別蒸汽狀態(tài)并測量實時壓力、溫度等熱工狀態(tài)參數(shù),即在蒸汽工況偏離設(shè)計工況時,將蒸汽的密度對測量結(jié)果的影響予以修正 ;如儀表不具備溫壓補償功能,數(shù)據(jù)處理不當(dāng)將引入不必要的誤差。
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(4)安裝不當(dāng)或儀表工藝粗糙
儀表安裝需保證測量管道與工藝管道同軸,安裝法蘭墊子時要注意不要凸出管內(nèi)徑 ;安裝時還應(yīng)盡可能的減小因被測介質(zhì)脈動引起的內(nèi)部震動及因動力引起的外部震動。
(5)蒸汽相變產(chǎn)生的附加誤差
隨著工況(壓力、溫度等)的變化,過熱蒸汽可能會因熱量損失從過熱狀態(tài)進入飽和狀態(tài),此時如仍按過熱蒸汽規(guī)律進行密度計算將會帶來附加誤差。而飽和蒸汽在管道傳輸過長中,由于散熱而溫度降低,壓力下降,很難保證蒸汽干度,出現(xiàn)凝結(jié)水的密度遠大于蒸汽 ;同時,當(dāng)管道保溫良好,流動阻力損失很大時(管道上有開度很小的閥門,減壓裝置等),飽和蒸汽很可能會由于壓力急劇降低而變成過熱蒸汽(熱力學(xué)上的絕熱節(jié)流效應(yīng)),上述情況都可能引起蒸汽密度變化,從而產(chǎn)生誤差。
4 總結(jié)
通過綜合對比,筆者推薦蒸汽流量測量采用孔板流量計及焦?fàn)t煤氣流量計進行測量,進而又對其適用工況及優(yōu)缺點等展開對比分析,并就常見儀表誤差進行簡要分析,旨為更好地滿足現(xiàn)場實際測量需要。
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