影響管道內蒸汽流量計在蒸汽計量中準確度因素的分析
點擊次數(shù)：2062 發(fā)布時間：2021-01-07 16:01:47
管道內蒸汽流量計的優(yōu)點與缺點：
優(yōu)點1、管道內蒸汽流量計的標準節(jié)流件是全用的，并得到了國際標準組織的認可，無需實流校準，即可投用，在流量傳感器中也是**的；2、結構易于復制，簡單、牢固、性能穩(wěn)定可靠、價格低廉；3、應用范圍廣，包括全部單相流體(液、氣、蒸汽)、部分混相流，一般生產(chǎn)過程的管徑、工作狀態(tài)(溫度、壓力)皆可以測量；4、檢測件和差壓顯示儀表可分開不同廠家生產(chǎn)，便與專業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)。
缺點1、測量的重復性、精確度在流量傳感器中屬于中等水平，由于眾多因素的影響錯綜復雜，精確度難于提高；2、范圍度窄，由于流量系數(shù)與雷諾數(shù)有關,一般范圍度僅3∶1～4∶1；3、有較長的直管段長度要求，一般難于滿足。尤其對較大管徑，問題更加突出；4、壓力損失大；5、孔板以內孔銳角線來保證精度，因此傳感器對腐蝕、磨損、結垢、臟污敏感，長期使用精度難以保證，需每年拆下強檢一次；6、采用法蘭連接，易產(chǎn)生跑、冒、滴、漏問題，大大增加了維護工作量。在燃料乙醇生產(chǎn)工藝過程中，蒸汽計量大多使用管道內蒸汽流量計。本文對影響管道內蒸汽流量計準確度的因素進行了分析論證，并提出了相應的措施。
一、標準管道內蒸汽流量計工作原理及要求工況條件
1.1工作原理
1．1．1基本原理
充滿管道的流體，當它流經(jīng)管道內的節(jié)流件時，流速將在節(jié)流件處形成局部收縮，因而流速增加，靜壓力降低，于是在節(jié)流件前后便產(chǎn)生了壓差。流體流量愈大，產(chǎn)生的壓差愈大，這樣可依據(jù)壓差來衡量流量的大小。
1.1.2流量方程
qv＝qm/ρ
qm——質量流量，kg/s；
qv——體積流量，m3/s；
C——流出系數(shù)；
ε——可膨脹性系數(shù)；
β——直徑比，β=d／D；
d——工作條件下節(jié)流件的孔徑，m
D——工作條件下上游管道內徑，m；
△p——差壓，Pa；
ρ1——上游流體密度，kg／m3。
由上式可見，管道內蒸汽流量計運行過程中對計量精度影響*大的兩個測量量是差壓和密度，密度隨蒸汽溫度壓力的變化而變化。
1.2工況條件
使用標準節(jié)流裝置時，GB/T2624.2-2006流體的性質和狀態(tài)必須滿足下列條件；
（1）流體必須充滿管道和節(jié)流裝置，并連續(xù)地流經(jīng)管道。
（2）流體必須是牛頓流體，即在物理上和熱力學上是均勻的、單相的。
（3）流體流經(jīng)節(jié)流件時不發(fā)生相變。
（4）流體流量不**間變化或變化非常緩慢。
（5）流體在流經(jīng)節(jié)流件以前，流速平行于管道軸線的無旋流。
二、影響差壓信號的因素
2．1直管段對差壓信號的影響
2．1．1直管段長度對差壓信號的影響
直管段的作用就是對管道內流動介質進行整流，使流體在流經(jīng)節(jié)流件以前，流速平行于管道軸線的無旋流。當管道有閥門、彎頭等阻力件時流動狀態(tài)會發(fā)生改變，如產(chǎn)生旋渦等，此時流體流經(jīng)節(jié)流件時產(chǎn)生的差壓信號不能準確反映流量大小。當直管段長度不夠時很難起到整流作用。一般來說，差壓流量計的設計、安裝均參照**規(guī)范和具體的安裝規(guī)定進行的，但在許多情況下，現(xiàn)場條件及工藝情況往往不能滿足安裝要求，儀表安裝位置往往遷就工藝管線走向而縮短上、下游直管段，加上施工時采用工藝管道拼湊直管段，其結果使上、下游直管段與儀表要求的條件相差甚遠，測量不確定度增大，測量精度大大降低。
2．1．2前直管段內徑、園度、平滑度、
與孔板垂直度和安裝條件對差壓信號的影響
直管段整流不僅與直管段長度有關，還與直管段園度、平滑度、與孔板垂直度有關，如果直管段園度、平滑度、與孔板垂直度達不到要求，不僅起不到整流作用，還會引起流態(tài)發(fā)生變化從而引起差壓信號不能準確測量。因直管段都是借用現(xiàn)場的管道，對前后直管段的內徑D、園度、平滑度都沒有實測，至于直管段是否腐蝕、變形、結垢一概不知。另外，管道內蒸汽流量計對安裝要求嚴格，需要專業(yè)的安裝隊伍，但現(xiàn)在的安裝隊伍經(jīng)過層層轉包，大檢修時間很緊，加上施工人員素質、疏忽等原因，很難保證安裝質量。例如為了不讓焊滴在管道內突起引起流態(tài)發(fā)生變化，夾持件與管道焊接要求先用氬弧焊打底，再電焊焊接。據(jù)了解，施工中很少有施工隊這樣做。更不會有時間去考慮節(jié)流元件的前端面與管道軸線垂直度不超過±1º，從而保證節(jié)流元件的中心管線與管道軸線重合的技術要求。以上這些情況都會對介質流動狀態(tài)產(chǎn)生影響，從而影響差壓信號
的準確測量。
2．2孔板反裝對差壓信號的影響
孔板方向裝反是很容易犯的錯誤，并且不易發(fā)現(xiàn)。孔板裝反雖然也有差壓信號，但此時差壓信號不能準確反映實際流量。例如我們安裝現(xiàn)場一臺測汽表，運行一年計量值一直與工藝估算量相差達15％左右，原因很難查清，在一次檢修中才發(fā)現(xiàn)孔板方向裝反。造成孔板方向裝反主要原因是施工人員對介質流向不十分清楚或安裝疏忽等。使用過程中很難想到計量不準是因為孔板方向裝反造成的。
三、溫度壓力變化對蒸汽密度的影響
在實際生產(chǎn)中，隨著生產(chǎn)工藝調整和蒸汽長距離輸送，蒸汽溫度、壓力波動較大，蒸汽密度隨著變化。理論公式中差壓和密度都是動態(tài)值，但儀表中流量計算公式中的密度值都是設計固定值，公式中密度值并不是蒸汽實際密度值，不隨蒸汽溫度壓力的變化而變化。所以，需要對蒸汽流量進行溫度壓力補償。
四、措施
4．1加強技術培訓，提高質量意識
流量儀表不同于其它一般管道設備，特別是管道內蒸汽流量計對安裝條件有著更為特殊的要求，在生產(chǎn)中往往由于對計量表原理、性能、影響因素認識不足，對安裝要求、使用要求重視不夠，造成使用過程中出現(xiàn)這樣那樣問題。因此必須加強對安裝、維護、使用人員的流量儀表知識方面的培訓，提高誤差意識，盡量避免或減少因施工安裝原因給孔板計量準確度帶來影響。
4．2孔板前加裝整流器
由于前直管段對計量準確度影響很大，而且不容易滿足要求，因此加裝整流器不僅是一個很好的辦法，既解決了整套購買計量設備成本較高的問題，又解決差壓信號不準問題。
4．3借用現(xiàn)有設備引入溫壓補償
直接對蒸汽密度進行測量目前還沒有這樣高準確的計量設備，在利用管道內蒸汽流量計對蒸汽進行計量雖然不能對密度進行直接測量，但可通過溫壓補償?shù)霓k法對蒸汽密度進行修正，使其接近實際密度，從而提高蒸汽計量準確度。生產(chǎn)中除了裝置外圍管道內蒸汽流量計附近沒有壓力和溫度表外，裝置內管道內蒸汽流量計附近基本上都有壓力表和溫度表，把現(xiàn)有的溫度壓力信號借用過來組態(tài)到管道內蒸汽流量計計算公式中對密度進行補償修正，既節(jié)約了資金又提高了管道內蒸汽流量計計量精度。
五、結論
管道內蒸汽流量計使用條件要求較高，在實際中很難達到，其計量精度就會受到一定影響。因此，在設計、安裝、使用過程中要充分考慮各種影響因素，盡量避免這些影響因素的發(fā)生，提高管道內蒸汽流量計在蒸汽計量中的準確度。
優(yōu)點1、管道內蒸汽流量計的標準節(jié)流件是全用的，并得到了國際標準組織的認可，無需實流校準，即可投用，在流量傳感器中也是**的；2、結構易于復制，簡單、牢固、性能穩(wěn)定可靠、價格低廉；3、應用范圍廣，包括全部單相流體(液、氣、蒸汽)、部分混相流，一般生產(chǎn)過程的管徑、工作狀態(tài)(溫度、壓力)皆可以測量；4、檢測件和差壓顯示儀表可分開不同廠家生產(chǎn)，便與專業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)。
缺點1、測量的重復性、精確度在流量傳感器中屬于中等水平，由于眾多因素的影響錯綜復雜，精確度難于提高；2、范圍度窄，由于流量系數(shù)與雷諾數(shù)有關,一般范圍度僅3∶1～4∶1；3、有較長的直管段長度要求，一般難于滿足。尤其對較大管徑，問題更加突出；4、壓力損失大；5、孔板以內孔銳角線來保證精度，因此傳感器對腐蝕、磨損、結垢、臟污敏感，長期使用精度難以保證，需每年拆下強檢一次；6、采用法蘭連接，易產(chǎn)生跑、冒、滴、漏問題，大大增加了維護工作量。在燃料乙醇生產(chǎn)工藝過程中，蒸汽計量大多使用管道內蒸汽流量計。本文對影響管道內蒸汽流量計準確度的因素進行了分析論證，并提出了相應的措施。
一、標準管道內蒸汽流量計工作原理及要求工況條件
1.1工作原理
1．1．1基本原理
充滿管道的流體，當它流經(jīng)管道內的節(jié)流件時，流速將在節(jié)流件處形成局部收縮，因而流速增加，靜壓力降低，于是在節(jié)流件前后便產(chǎn)生了壓差。流體流量愈大，產(chǎn)生的壓差愈大，這樣可依據(jù)壓差來衡量流量的大小。
1.1.2流量方程
qv＝qm/ρ
qm——質量流量，kg/s；
qv——體積流量，m3/s；
C——流出系數(shù)；
ε——可膨脹性系數(shù)；
β——直徑比，β=d／D；
d——工作條件下節(jié)流件的孔徑，m
D——工作條件下上游管道內徑，m；
△p——差壓，Pa；
ρ1——上游流體密度，kg／m3。
由上式可見，管道內蒸汽流量計運行過程中對計量精度影響*大的兩個測量量是差壓和密度，密度隨蒸汽溫度壓力的變化而變化。
1.2工況條件
使用標準節(jié)流裝置時，GB/T2624.2-2006流體的性質和狀態(tài)必須滿足下列條件；
（1）流體必須充滿管道和節(jié)流裝置，并連續(xù)地流經(jīng)管道。
（2）流體必須是牛頓流體，即在物理上和熱力學上是均勻的、單相的。
（3）流體流經(jīng)節(jié)流件時不發(fā)生相變。
（4）流體流量不**間變化或變化非常緩慢。
（5）流體在流經(jīng)節(jié)流件以前，流速平行于管道軸線的無旋流。
二、影響差壓信號的因素
2．1直管段對差壓信號的影響
2．1．1直管段長度對差壓信號的影響
直管段的作用就是對管道內流動介質進行整流，使流體在流經(jīng)節(jié)流件以前，流速平行于管道軸線的無旋流。當管道有閥門、彎頭等阻力件時流動狀態(tài)會發(fā)生改變，如產(chǎn)生旋渦等，此時流體流經(jīng)節(jié)流件時產(chǎn)生的差壓信號不能準確反映流量大小。當直管段長度不夠時很難起到整流作用。一般來說，差壓流量計的設計、安裝均參照**規(guī)范和具體的安裝規(guī)定進行的，但在許多情況下，現(xiàn)場條件及工藝情況往往不能滿足安裝要求，儀表安裝位置往往遷就工藝管線走向而縮短上、下游直管段，加上施工時采用工藝管道拼湊直管段，其結果使上、下游直管段與儀表要求的條件相差甚遠，測量不確定度增大，測量精度大大降低。
2．1．2前直管段內徑、園度、平滑度、
與孔板垂直度和安裝條件對差壓信號的影響
直管段整流不僅與直管段長度有關，還與直管段園度、平滑度、與孔板垂直度有關，如果直管段園度、平滑度、與孔板垂直度達不到要求，不僅起不到整流作用，還會引起流態(tài)發(fā)生變化從而引起差壓信號不能準確測量。因直管段都是借用現(xiàn)場的管道，對前后直管段的內徑D、園度、平滑度都沒有實測，至于直管段是否腐蝕、變形、結垢一概不知。另外，管道內蒸汽流量計對安裝要求嚴格，需要專業(yè)的安裝隊伍，但現(xiàn)在的安裝隊伍經(jīng)過層層轉包，大檢修時間很緊，加上施工人員素質、疏忽等原因，很難保證安裝質量。例如為了不讓焊滴在管道內突起引起流態(tài)發(fā)生變化，夾持件與管道焊接要求先用氬弧焊打底，再電焊焊接。據(jù)了解，施工中很少有施工隊這樣做。更不會有時間去考慮節(jié)流元件的前端面與管道軸線垂直度不超過±1º，從而保證節(jié)流元件的中心管線與管道軸線重合的技術要求。以上這些情況都會對介質流動狀態(tài)產(chǎn)生影響，從而影響差壓信號
的準確測量。
2．2孔板反裝對差壓信號的影響
孔板方向裝反是很容易犯的錯誤，并且不易發(fā)現(xiàn)。孔板裝反雖然也有差壓信號，但此時差壓信號不能準確反映實際流量。例如我們安裝現(xiàn)場一臺測汽表，運行一年計量值一直與工藝估算量相差達15％左右，原因很難查清，在一次檢修中才發(fā)現(xiàn)孔板方向裝反。造成孔板方向裝反主要原因是施工人員對介質流向不十分清楚或安裝疏忽等。使用過程中很難想到計量不準是因為孔板方向裝反造成的。
三、溫度壓力變化對蒸汽密度的影響
在實際生產(chǎn)中，隨著生產(chǎn)工藝調整和蒸汽長距離輸送，蒸汽溫度、壓力波動較大，蒸汽密度隨著變化。理論公式中差壓和密度都是動態(tài)值，但儀表中流量計算公式中的密度值都是設計固定值，公式中密度值并不是蒸汽實際密度值，不隨蒸汽溫度壓力的變化而變化。所以，需要對蒸汽流量進行溫度壓力補償。
四、措施
4．1加強技術培訓，提高質量意識
流量儀表不同于其它一般管道設備，特別是管道內蒸汽流量計對安裝條件有著更為特殊的要求，在生產(chǎn)中往往由于對計量表原理、性能、影響因素認識不足，對安裝要求、使用要求重視不夠，造成使用過程中出現(xiàn)這樣那樣問題。因此必須加強對安裝、維護、使用人員的流量儀表知識方面的培訓，提高誤差意識，盡量避免或減少因施工安裝原因給孔板計量準確度帶來影響。
4．2孔板前加裝整流器
由于前直管段對計量準確度影響很大，而且不容易滿足要求，因此加裝整流器不僅是一個很好的辦法，既解決了整套購買計量設備成本較高的問題，又解決差壓信號不準問題。
4．3借用現(xiàn)有設備引入溫壓補償
直接對蒸汽密度進行測量目前還沒有這樣高準確的計量設備，在利用管道內蒸汽流量計對蒸汽進行計量雖然不能對密度進行直接測量，但可通過溫壓補償?shù)霓k法對蒸汽密度進行修正，使其接近實際密度，從而提高蒸汽計量準確度。生產(chǎn)中除了裝置外圍管道內蒸汽流量計附近沒有壓力和溫度表外，裝置內管道內蒸汽流量計附近基本上都有壓力表和溫度表，把現(xiàn)有的溫度壓力信號借用過來組態(tài)到管道內蒸汽流量計計算公式中對密度進行補償修正，既節(jié)約了資金又提高了管道內蒸汽流量計計量精度。
五、結論
管道內蒸汽流量計使用條件要求較高，在實際中很難達到，其計量精度就會受到一定影響。因此，在設計、安裝、使用過程中要充分考慮各種影響因素，盡量避免這些影響因素的發(fā)生，提高管道內蒸汽流量計在蒸汽計量中的準確度。