摘(zhai)要：對不滿(man)足規定的(de)多脈動源(yuan)形成的複(fu)雜脈動流(liu)對孔闆流(liu)童計 的影(ying)響。結合實(shi)際情況提(ti)出了複雜(za)脈動流條(tiao)件下孔闆(pan)流童計計(ji)童誤差的(de)估計方法(fa),并通過對(dui)實際🐕管道(dao)中複雜脈(mo)動流的測(ce)試和分析(xi),得出不同(tong)脈動工況(kuang)下🌍孔闆流(liu)黃計計🍉童(tong)誤差範圍(wei)。
孔闆流量(liang)計是目前(qian)工業生産(chan)中用來測(ce)量氣體、液(ye)體和🌈蒸汽(qi)🚶‍♀️流㊙️量應用(yong)廣泛的一(yi)種流量儀(yi)表,據調查(cha)統計,孔闆(pan)流量🌂計占(zhan)流量儀表(biao)用量的60%一(yi)70%。雖然它存(cun)在阻力損(sun)失大,安裝(zhuang)時需要直(zhi)管段較長(zhang)等缺點,但(dan)它具有結(jie)構簡單,安(an)裝方便,工(gong)作可靠,成(cheng)本低,具有(you)一定精度(du)以及結構(gou)已标🚶‍♀️準化(hua),不需要單(dan)獨标定等(deng)優點,能滿(man)足工程測(ce)量的需要(yao)。同時,在設(she)計、制造和(he)應用孔闆(pan)流量計時(shi),又有國際(ji)标準ISO5167爲依(yi)據,因此在(zai)實際工程(cheng)中被廣泛(fan)🐆的應用。在(zai)大口徑煤(mei)氣管道的(de)測量中,也(ye)将孔闆作(zuo)爲首選儀(yi)表。
　　根據ISO5167的(de)規定,應用(yong)标準孔闆(pan)的一個很(hen)重要的前(qian)提條件之(zhi)🌈一㊙️,是管道(dao)中的介質(zhi)流動爲穩(wen)定流動。當(dang)孔🈲闆應✍️用(yong)于脈動流(liu)情況下時(shi),作爲标準(zhun)的ISO5167将不再(zai)适🈲用。而且(qie),由于脈動(dong)流動的影(ying)響,孔闆流(liu)量計的流(liu)量示值會(hui)産☁️生很大(da)的誤差。
　　國(guo)際标準化(hua)組織ISO于1992年(nian)通過了技(ji)術報告儀(yi)ISO/跟TR3313《使用🤟孔(kong)闆、噴嘴✂️或(huo)文丘利管(guan)測量管道(dao)中脈動的(de)流體流動(dong)》圖⭕,主要是(shi)針對單脈(mo)動源形成(cheng)的周期脈(mo)動流,讨論(lun)了孔闆流(liu)量計測量(liang)脈動流時(shi)應遵✊循的(de)一些指🈲導(dao)原則,并指(zhi)出了一定(ding)的脈動☀️幅(fu)值範圍🌈内(nei)流量計測(ce)量示值誤(wu)差的估計(ji)公式。
　　煤氣(qi)廠外輸煤(mei)氣管道中(zhong)的流量計(ji)量問題時(shi),遇到的脈(mo)📱動氣流是(shi)一種由多(duo)個脈動源(yuan)形成的,脈(mo)動幅值較(jiao)大的非正(zheng)弦、無明顯(xian)周期性且(qie)受輸出端(duan)變化負載(zai)影響的複(fu)雜脈動流(liu)動。在運用(yong)孔闆流量(liang)計測㊙️量這(zhe)種複雜脈(mo)動氣流時(shi),如何估計(ji)其指示流(liu)量值☀️的誤(wu)差範圍,這(zhe)己超過廠(chang)技術規程(cheng)ISO/跟TR3313中的規(gui)定。
　　經過一(yi)年多的以(yi)ISO/跟TR3313爲主要(yao)依據,在理(li)論分析的(de)基礎㊙️上,提(ti)出🔆了一種(zhong)複雜脈動(dong)流條件下(xia)孔闆流量(liang)計示值誤(wu)差估計的(de)工⛱️程實用(yong)方法。實驗(yan)結果表明(ming),按這種方(fang)🚩法估計的(de)複雜脈動(dong)流動情況(kuang)下的孔闆(pan)流量計誤(wu)差與生産(chan)部門的長(zhang)期統計數(shu)據基本相(xiang)符。
一、脈動(dong)流對孔闆(pan)流量計影(ying)響的羞本(ben)原理
　　脈動(dong)流對孔闆(pan)流量計示(shi)值誤差的(de)影響來自(zi)兩個方🈲面(mian):一是對孔(kong)闆流量計(ji)一次元件(jian)産生的影(ying)響,即孔闆(pan)流量計在(zai)測量脈動(dong)☁️流時所存(cun)在的原理(li)上的誤差(cha);二是對孔(kong)闆流量計(ji)信号傳遞(di)及🌐轉換系(xi)統和流量(liang)計算方法(fa)所産✌️生的(de)影響(見圖(tu)l)。

　　從脈(mo)動流條件(jian)下孔闆(一(yi)次元件)響(xiang)應行爲的(de)研究中可(ke)🍓以⭐得到,在(zai)管道中的(de)流動爲一(yi)維流動的(de)假設下,孔(kong)闆對脈動(dong)流的響應(ying)可根據非(fei)穩定流動(dong)量方程和(he)連續性方(fang)🚶程導出比(bi)41:

式中
q(t)—管道(dao)中的被測(ce)流量信号(hao)
△P(t)—孔闆兩側(ce)的差壓信(xin)号
ρ—流體密(mi)度
K1、K2—系數
其(qi)物理意義(yi)爲：
①在脈動(dong)流動狀态(tai)下,孔闆流(liu)量計的基(ji)本特性沒(mei)有改變,即(ji)它的輸出(chu)△P(t)與輸人量(liang)q(t)之間仍然(ran)保持着均(jun)方根的關(guan)系。
②此時孔(kong)闆兩側的(de)差壓信号(hao)可視爲兩(liang)部分組成(cheng):一部分是(shi)流體通過(guo)節流孔時(shi)遷移加速(su)(Covnectioaccel-acecel)産生的差(cha)壓,在理想(xiang)情況下🌈這(zhe)部分差壓(ya)與該瞬時(shi)脈動流量(liang)質量相同(tong)的流體在(zai)穩定流動(dong)時産生的(de)差壓△P(t)。相同(tong);另一部分(fen)是由于要(yao)克🔞服流體(ti)慣性以實(shi)現🔴流體瞬(shun)時🙇🏻加速,即(ji)dq(t)/dt引起🐪的額(e)外差壓△P(t)。所(suo)以,脈動流(liu)産生的差(cha)壓🐅爲:

　　因此(ci),用孔闆測(ce)量脈動流(liu)時,其差壓(ya)輸出值會(hui)增大🙇🏻(對相(xiang)同🔞的平均(jun)流量而言(yan)),并産生流(liu)量示值正(zheng)誤差,國外(wai)的研究及(ji)實驗結果(guo)證實了這(zhe)一結論。
　　在(zai)滿足ISO/TR3313規定(ding)的阻尼和(he)安裝條件(jian)的前提下(xia),假定不考(kao)慮孔闆流(liu)量計的二(er)次儀表(包(bao)括 差壓變(bian)送器 和導(dao)壓管線)的(de)誤差,且脈(mo)動的瞬時(shi)差壓值是(shi)采用快速(su)🌏響應😘的儀(yi)表直接在(zai)孔闆處測(ce)得的,那麽(me),對于不可(ke)壓縮流體(ti),用上述方(fang)🌐法測得的(de)差壓值取(qu)時間平均(jun)值👌後,按ISO 5167給(gei)出的公式(shi)計算得到(dao)的🔱流量值(zhi)與實際的(de)平均🌈流量(liang)值之間将(jiang)有一📞個正(zheng)的系統誤(wu)差Er,并可按(an)下列公式(shi)估計：

可以(yi)按下列公(gong)式估計流(liu)量示值誤(wu)差:

　　由于脈(mo)動效應在(zai)二次裝置(zhi)(導壓管線(xian)、差壓變送(song)器)會引起(qi)💃孔闆流量(liang)計示值的(de)随機不确(que)定性,特别(bie)是在二📱次(ci)裝置中差(cha)壓的進步(bu)畸變,會導(dao)緻流量計(ji)算🔅中孔闆(pan)🌂均方根校(xiao)正的失敗(bai)。另一方面(mian),孔闆的流(liu)出系數在(zai)脈動流狀(zhuang)态下的變(bian)化也會導(dao)緻流最示(shi)值🥵的附加(jia)不确定度(du)。因此,采💞用(yong)孔闆流量(liang)計測量脈(mo)動流時,不(bu)能直接應(ying)用ISO 5167,必須先(xian)按照ISO/TR 3313的要(yao)求進行設(she)計,但安裝(zhuang)要求等仍(reng)應滿足👌ISO 5167的(de)規定。
二、實(shi)際輸送過(guo)程及測裏(li)系統
1.煤氣(qi)生産傳輸(shu)流程簡介(jie)
　　某煤氣廠(chang)煤氣的生(sheng)産和傳輸(shu)過程如圖(tu)2所示。煤氣(qi)發🤩生爐産(chan)生☁️的煤氣(qi),經傳輸管(guan)路分别輸(shu)人和存儲(chu)在1“、2“、3”三個儲(chu)氣櫃中。當(dang)需要向城(cheng)市煤氣管(guan)網(簡稱外(wai)網)供氣🐪時(shi),可根據需(xu)要,同時開(kai)啓不同🐉台(tai)數的往複(fu)式活塞壓(ya)縮機,将儲(chu)氣櫃中的(de)煤氣抽出(chu),壓縮後排(pai)人彙流管(guan)和采集管(guan),然後分别(bie)從南、北兩(liang)條直徑爲(wei)630n二的管線(xian)送人城市(shi)管網。

2.煤氣(qi)流量計計(ji)量系統
　　計(ji)量煤氣流(liu)量的2台孔(kong)闆流量計(ji)分别安裝(zhuang)在南、北管(guan)線_L,與📧孔闆(pan)🔴配套的2台(tai)差壓變送(song)器被安裝(zhuang)在管道一(yi)側的儀表(biao)箱🥰内,差壓(ya)變🌏送器的(de)輸出信号(hao)通過導線(xian)接到安裝(zhuang)在📞控制室(shi)内的二次(ci)儀表。
　　該煤(mei)氣廠現有(you)的 煤氣流(liu)量計 量儀(yi)表系統,按(an)其功能分(fen)成現場檢(jian)測、信号轉(zhuan)換和🏃🏻‍♂️流量(liang)🧡積算打印(yin)三個部分(fen),圖3爲計量(liang)系統構成(cheng)圖。
　　圖3中,現(xian)場流量檢(jian)測采用可(ke)換孔闆節(jie)流裝置,該(gai)裝☂️置能⚽确(que)保孔闆在(zai)管道中的(de)垂直度和(he)同心度符(fu)合國家标(biao)準🔱。信号轉(zhuan)換部分應(ying)用K系列差(cha)壓變送器(qi)。 流量積算(suan)儀 和打印(yin)部分采用(yong)大量程比(bi)質量流量(liang)儀,該儀表(biao)能對現場(chang)壓力、溫度(du)、雷諾數進(jin)行在線補(bu)償,其鼠程(cheng)比爲1:01,高于(yu)常規質量(liang)流📧量儀表(biao)。其采樣時(shi)間爲每10胖(pang)采個數,連(lian)續采8路(每(mei)路采10次)然(ran)後取平均(jun),計算周期(qi)爲5。

　　此外,煤(mei)氣的成分(fen)分析、含水(shui)量及灰塵(chen)雜質等數(shu)據的測量(liang)⁉️,由專門工(gong)作人員按(an)規定的抽(chou)樣檢驗時(shi)刻👌完成。
3.煤(mei)氣輸送管(guan)道中的煤(mei)氣流動狀(zhuang)況
　　該煤氣(qi)廠煤氣輸(shu)送管道中(zhong)的煤氣流(liu)動是一種(zhong)複雜的脈(mo)動流動工(gong)況。圖4、圖5反(fan)映了流速(su)的脈動狀(zhuang)況。


　　對于不(bu)同工況下(xia)的脈動流(liu)動,除廠排(pai)出流量的(de)大小不同(tong)以外,所産(chan)生的脈動(dong)頻率和脈(mo)動幅值也(ye)都有所區(qu)别。從實🍓驗(yan)分析的結(jie)果來看,随(sui)着開機台(tai)數的增加(jia),脈動頻率(lü)逐漸升高(gao),脈🌈動幅值(zhi)逐步降低(di)。
　　通過實際(ji)測試還可(ke)以得到,在(zai)不同的季(ji)節和開機(ji)狀👅态下,外(wai)網負載(壓(ya)力)也發生(sheng)變化,其變(bian)化範圍爲(wei)0.05~0.14MPa,變化幅值(zhi)㊙️達到土50%。
　　當(dang)外網負載(zai)變化時,由(you)多脈動源(yuan)形成的複(fu)雜脈動流(liu)的波形🐆也(ye)💃有所變化(hua)。除了随着(zhe)外網負載(zai)的變化,壓(ya)縮機的開(kai)機工況不(bu)同外,在同(tong)一工.況情(qing)況蔔,壓💞縮(suo)機的工作(zuo)狀态也發(fa)⛷️生變化,随(sui)着外網負(fu)載壓力的(de)升高.壓縮(suo)機的一工(gong)作效率降(jiang)低,排氣城(cheng)減少,針道(dao)中流體脈(mo)動的頻率(lü)和幅值也(ye)都随之發(fa)生變化🥵.
三(san)、煤氣輸送(song)管道中脈(mo)動流動的(de)測量
　　對孔(kong)闆在複雜(za)脈動流動(dong)狀态蔔的(de)響應行爲(wei)進行分析(xi)時,可以得(de)到流體運(yun)動學最基(ji)本的非穩(wen)定流的動(dong)吊-方程和(he)連續🍉性方(fang)⛱️程仍然成(cheng)立。因此,在(zai)讨論🌈孔闆(pan)前後取壓(ya)孔之間⚽的(de)差壓信号(hao)△p(t)與被測脈(mo)動流🌂鼠q(t)之(zhi)間的關系(xi)時,做如下(xia)假設,即
①在(zai)流體流過(guo)孔闆時,仍(reng)被認爲是(shi)維流動;仁(ren))在全部複(fu)👅雜脈動流(liu)動過程中(zhong),流體的流(liu)線形狀不(bu)發生改變(bian)、根據這些(xie)假設,對于(yu)不可壓縮(suo)流體,從兩(liang)個基本方(fang)程出發差(cha)服信号△p(t)與(yu)🏃‍♂️被測脈動(dong)流量q(t)之間(jian)關系可以(yi)用公式表(biao)示:

由此，可(ke)以得到：
　　在(zai)複雜脈動(dong)流動狀态(tai)下,描述孔(kong)闆的非定(ding)常流動的(de)基本方程(cheng)沒有發汁(zhi)改變,即它(ta)的輸出量(liang)△p(t)與輸入量(liang)q(t)之問仍然(ran)保持均方(fang)根關系,并(bing)同樣受到(dao)脈動流狀(zhuang)态蔔,流體(ti)的瞬時慣(guan)性作川和(he)流辰系數(shu)變化的影(ying)響。
②ISO/TR3313中所讨(tao)論的單一(yi)脈動源、周(zhou)制期性脈(mo)動流的情(qing)況相☁️比發(fa)生變化、在(zai)複雜脈動(dong)流的狀況(kuang)下,式(10)中的(de)系數人,所(suo)代表的瞬(shun)時慣性💋的(de)影響和K2所(suo)代農的流(liu)量💋系數變(bian)化的影響(xiang)也就不同(tong)了。
.在分析(xi)煤氣廠外(wai)輸煤氣針(zhen)道中複雜(za)脈動流測(ce)量誤差範(fan)⭕圍時🔱,主要(yao)考慮以蔔(bo)兩個方面(mian):
任何周期(qi)信号均可(ke)用傅立葉(ye)分析的方(fang)法，分解成(cheng)若幹個周(zhou)期信号之(zhi)和，非周期(qi)脈動對孔(kong)闆流量計(ji)輸出差壓(ya)信号的影(ying)響，可以看(kan)做是若幹(gan)個單一頻(pin)率周期✊脈(mo)動的作用(yong)之和（條件(jian)是基頻響(xiang)應遠大于(yu)其它諧波(bo)分量影響(xiang)）。
②利用現場(chang)存在獨立(li)的質量流(liu)量參考系(xi)，即用時間(jian)容♍積+密度(du)的測量方(fang)法可以确(que)定被壓縮(suo)機抽取的(de)煤氣質量(liang)流量（穩态(tai)值），爲現場(chang)計量系統(tong)提供“點”檢(jian)驗數據，并(bing)對其☁️它各(ge)種因素（包(bao)括二次儀(yi)表、流量系(xi)數變化等(deng)）造成疊加(jia)誤差和計(ji)算中帶來(lai)的誤差進(jin)行校正。
　　根(gen)據以上描(miao)述，以ISO/TR3313爲主(zhu)要參考，提(ti)出一種工(gong)程實用方(fang)法來🌈估計(ji)🈲該孔闆流(liu)量計測量(liang)複雜脈動(dong)流時所産(chan)生🏒的附✌️加(jia)誤差。
用孔(kong)闆測量差(cha)差壓脈動(dong)信号的時(shi)間曆程，進(jin)而确定脈(mo)動幅度。
②對(dui)差壓△p(t)信号(hao)進行傅立(li)葉分析,确(que)定脈動信(xin)号的基頻(pin)🐪和其👄它各(ge)次諧波及(ji)相應的幅(fu)值。
③關于實(shi)際煤氣管(guan)網變負載(zai)的影響,采(cai)取在線監(jian)測、補🔴償的(de)處理🌈方法(fa)。這樣可以(yi)認爲,孔闆(pan)流量計的(de)每個測量(liang)點是在相(xiang)對穩定的(de)負載條件(jian)下測量脈(mo)動流。
④取現(xian)場标定得(de)到的不同(tong)台壓縮機(ji)的平均排(pai)氣量😘,作爲(wei)不同脈動(dong)狀況下管(guan)道中煤氣(qi)的平均流(liu)量(即穩态(tai)流量值),進(jin)而計算得(de)到穩定差(cha)壓值△ps。
⑤運用(yong)ISO/TR3313中的誤差(cha)估計公式(shi),對孔闆流(liu)量計的示(shi)值誤🍉差進(jin)行😍估算,得(de)出一、二、三(san)、四台機工(gong)作時各自(zi)對應的流(liu)量顯示值(zhi)誤差ET。
⑥在現(xian)場的儀表(biao)測量取多(duo)次平均結(jie)果的前提(ti)下,将現場(chang)流量計二(er)次儀表的(de)指示值Qv(标(biao)方)與壓縮(suo)機的💁平均(jun)🛀輸出流量(liang)值QS相比較(jiao),可以得到(dao)現場流量(liang)儀表的示(shi)值誤差Ev。
⑦以(yi)現場儲氣(qi)櫃爲标準(zhun)容積,采用(yong)時間一容(rong)積法對壓(ya)縮機♉抽取(qu)氣體質量(liang)流量進行(hang)現場标定(ding),以作爲上(shang)述誤差估(gu)計方法‼️的(de)“點”校驗.
四(si)、實驗測試(shi)結果
1.管道(dao)中煤氣氣(qi)流脈動狀(zhuang)況
根據ISO/TR3313中(zhong)的要求,主(zhu)要讨論以(yi)下幾個基(ji)本參數:
①脈(mo)動幅值
在(zai)現有條件(jian)下,通過實(shi)驗測試和(he)計算可以(yi)得到不同(tong)脈動工況(kuang)下,差壓脈(mo)動幅值的(de)變化範圍(wei),如表l所👌不(bu)。

　　從表l可以(yi)得到,外輸(shu)煤氣管道(dao)中差壓脈(mo)動的幅值(zhi)均😍已🔞超過(guo)ISO/TR3313中規定的(de)脈動流動(dong)與穩定流(liu)動區别的(de)阚值。因此(ci)📞,對于各種(zhong)開機工況(kuang),均應作爲(wei)脈動流動(dong)來考慮㊙️。
　　從(cong)表2可以得(de)到,不同脈(mo)動工況下(xia)流速的脈(mo)動諧波頻(pin)🔴率集中在(zai)較低頻的(de)範圍。因此(ci)可以認爲(wei),外輸煤🈲氣(qi)管道中氣(qi)體的脈動(dong)流動屬于(yu)低頻範圍(wei)的複雜脈(mo)動流🥰動。

2.流(liu)量示值誤(wu)差
　　根據實(shi)測的差壓(ya)值,以在1個(ge)大氣壓、0℃狀(zhuang)态下,管道(dao)壓力爲0.1MPa左(zuo)右♌時,現場(chang)标定的壓(ya)縮機排氣(qi)量87m3/min爲穩态(tai)流量值,按(an)ISO/TR3313中公式進(jin)行計算㊙️的(de)脈動誤差(cha)如表3所示(shi)。

如果考慮(lü)按不同的(de)開機台時(shi)比例計算(suan)綜合流量(liang)示值誤差(cha)爲:

　　根據實(shi)際開機台(tai)時統計,假(jia)設l、2、3、4台機的(de)開機時間(jian)比爲0.5:4:1:4.5,則其(qi)總綜合流(liu)量示值誤(wu)差爲:17.5%一22.5%。
3.實(shi)際統計結(jie)果
　　根據有(you)關統計結(jie)果,現有計(ji)量儀表系(xi)統的平均(jun)煤氣計量(liang)與壓縮機(ji)累積台時(shi)(壓縮機排(pai)氣量以90m3/min計(ji)算)相比,分(fen)别相差🌈13.56%和(he)13.2%一19.2%,換算💃到(dao)壓縮機排(pai)氣量(以87m3/min計(ji)算)時,則相(xiang)差比例如(ru)表4所✊示。

五(wu)、結論
　　通過(guo)對煤氣廠(chang)輸氣管線(xian)中脈動流(liu)動對孔闆(pan)流量計計(ji)量影響的(de)現場測試(shi)分析,可以(yi)得到,現有(you)的流量計(ji)🏃‍♀️量誤🌍差,主(zhu)要是孔闆(pan)💞流量計工(gong)作在脈動(dong)流狀👈态時(shi),其本身的(de)工作條⭐件(jian)發生變化(hua)的結果。也(ye)就是🐪說,即(ji)使儀表本(ben)身工💁作完(wan)全正常,在(zai)脈動流狀(zhuang)态下由儀(yi)表組成💃🏻的(de)測量系統(tong)同樣會産(chan)生明顯的(de)流量示值(zhi)誤差。
　　通過(guo)對多脈動(dong)源、非周期(qi)、高幅值脈(mo)動流動狀(zhuang)态下孔闆(pan)流量計示(shi)值誤差估(gu)計的研究(jiu)所提出的(de)工程💋實用(yong)方法♍,對煤(mei)👌氣廠🏃‍♂️外輸(shu)煤氣管道(dao)中煤氣流(liu)量計量誤(wu)差的估計(ji),具有一定(ding)的幫助作(zuo)用。

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