摘要:由标(biao)準節流裝置組(zǔ)成的
差壓式流(liu)量計
在蒸汽計(jì)量上廣泛使用(yòng),根據标準節流(liú)裝置
測量流體(ti)流量一般原理(li),分析了蒸汽密(mì)度對蒸汽計量(liang)🌍的影響,比較了(le)蒸汽密度求取(qu)的兩種方法,提(tí)出了一種寬量(liàng)程比蒸汽🔞計量(liang)的方案,并闡述(shu)了噴嘴在蒸汽(qì)計量✉️上的應🐅用(yòng)優勢。
0前言
蒸汽(qì)是工業生産中(zhong)重要的工藝介(jiè)質和二次能源(yuán)👈,也是城鎮市政(zheng)供熱中主要的(de)供熱介質。随着(zhe)工業化和城鎮(zhen)化的🏃🏻♂️飛速發展(zhǎn),蒸汽用量與日(ri)俱增,蒸汽消耗(hào)量成爲生産運(yùn)行經濟考核的(de)重🙇🏻要指标,蒸汽(qì)的準确計量尤(you)爲重要,在廣泛(fan)使用的蒸汽計(ji)量器具中,由标(biao)準節流裝置組(zǔ)成的差壓流量(liàng)計和渦街流量(liàng)計是蒸汽計量(liang)器具的主流選(xuan)擇。
節流裝置具(ju)有結構簡單、制(zhi)造容易、維護方(fāng)便、成本較低❌、可(kě)靠性高等優點(dian),按照标準GB/T2624－2006設計(jì)、制造的标準🈚節(jie)流裝置,無需進(jìn)行實流标定就(jiu)能得到較高的(de)測量精度,節流(liu)裝置也存🈲在測(cè)量範圍小、壓力(lì)損失大♻️、檢定周(zhōu)期💃🏻短等不足。
渦(wo)街流量計
受工(gong)作原理、敏感元(yuan)件和結構的局(ju)限,在被測流體(ti)在溫度、壓力高(gāo)于一定數值時(shi),管道或環境振(zhen)動較大時,使用(yong)渦街流量計測(ce)量存在困難［1］;渦(wō)街流量計的檢(jian)定,要放在⭐流量(liang)标準裝置上進(jin)行,不僅拆裝、搬(bān)運、送檢費🔞事,而(ér)且要将流量計(ji)停用較長時間(jiān),檢定成本和時(shi)間成本較高;渦(wō)街流量計的成(chéng)本,在儀表口徑(jing)增大時上🧡升明(míng)顯,尤其是🏃♀️在流(liu)體溫度較高(T＞300℃)時(shi),價格劣勢尤爲(wei)明顯。
因此渦街(jiē)流量計在上世(shi)紀70年代投入工(gōng)業應用至今,雖(sui)然🈲占領了标準(zhun)節流裝置的部(bù)分市場,但在高(gāo)溫、高壓流體,管(guan)徑較大的測量(liàng)對象和環境振(zhen)動較大的場合(hé),标準節流裝置(zhì)仍是不可替代(dai)的,尤其是熱電(diàn)等行業仍然普(pu)🌈遍使用标準節(jie)流裝置。
1蒸汽密(mì)度
1.1标準節流裝(zhuang)置測量流體流(liu)量一般原理
标(biāo)準節流裝置測(cè)量流體流量一(yi)般原理表達式(shì)爲［2］:
式中:qm爲質量(liang)流量,kg/s;C爲流出系(xi)數;ε1爲可膨脹系(xi)數;d爲節流件🐆的(de)開孔直徑;ΔP爲差(chà)壓;ρ1爲被測流體(tǐ)密度;β爲直徑😍比(bǐ),β=d/D,D爲管道内徑。
在(zai)式(1)中,β和d爲常數(shù),C和ε1在一定的流(liú)量範圍之内也(ye)可看作常數,因(yin)此式(2)可簡化爲(wei):
從式(2)可清楚看(kan)出,儀表示值同(tong)ρ1密切相關。而蒸(zheng)汽工💯況(溫度t,壓(ya)💜力🐕P)的變化,必然(ran)使ρ1産生相應的(de)變化。因此🔴,标準(zhun)節流裝置❌必須(xū)與用以求取蒸(zheng)汽密度的工況(kuang)⁉️測量儀表配合(hé),并同計💃🏻算部分(fèn)一起組🧡成蒸汽(qi)質量流量計,才(cai)🤟能保證測量精(jīng)度。
1.2蒸汽密度求(qiú)取方法
水蒸汽(qi)的物理性質與(yǔ)理想氣體大不(bú)相同,不能采👄用(yòng)理想氣體狀态(tai)方程進行密度(dù)補償,需先求取(qǔ)蒸汽密度再做(zuò)密度補償。蒸汽(qì)密度的求取方(fang)法歸納起來主(zhǔ)要是采用數學(xue)模型法和計算(suan)機查表法兩類(lèi)［3］。
(1)數學模型法
①一(yī)次函數法。這種(zhǒng)方法的顯著特(tè)點是簡單,适用(yong)飽和蒸♌汽,其表(biao)達式爲:
ρ=AP+B(3)
式中:ρ爲(wei)蒸汽密度,kg/m3;P爲蒸(zhēng)汽絕對壓力,MPa;A、B爲(wei)系數和常數。
式(shì)(3)不足之處是僅(jin)在較小的壓力(li)範圍内變化适(shì)用,壓力變化範(fan)㊙️圍較大時,由于(yú)誤差太大,就不(bú)适用了⛷️。因爲對(duì)于飽和蒸汽來(lai)說,ρ=f(P)是一條曲線(xian),用一條直線拟(nǐ)合它,範圍越大(da),當然誤差越大(dà)。
解決這個矛盾(dun)的方法是分段(duan)拟合,即在不同(tóng)的壓力段采用(yong)🙇♀️不同的系數和(he)常數。表1所示爲(wei)不同壓力段對(dui)應的不同密度(du)計算式［4］。
②用指數(shu)函數拟合密度(du)曲線。使用較多(duō)的是:
式(4)描述的(de)是一條曲線,用(yòng)它來拟合飽和(hé)蒸汽ρ=f(P)曲線能得(de)到更高的精度(du),但是在壓力變(biàn)化範圍較大的(de)🌈情況下,仍有千(qiān)分之幾的誤差(chà)。
③狀态方程法。狀(zhuàng)态方程法用于(yu)計算過熱蒸汽(qi)密度🌍,其中著名(míng)的有烏卡諾維(wei)奇狀态方程和(he)莫裏爾狀态方(fang)程,狀🐇态方🍉程的(de)計算公式較爲(wei)複雜,在儀表常(cháng)用數據手冊及(ji)其他相關書籍(ji)資料中👉均有描(miao)述,這裏不做贅(zhui)❤️述。
(2)計算機查表(biǎo)法現在國際上(shang)通用的蒸汽密(mì)度表是根⛹🏻♀️據♍“工(gong)業用1697年IFC公式”計(ji)算出來的。根據(ju)現有的過熱🐉蒸(zhēng)汽密度表,查取(qu)與🔞溫度、壓力相(xiang)對應的過熱蒸(zheng)汽密度,對于蒸(zheng)汽密度表中兩(liǎng)點🈲之間的數據(jù),采用數學内插(chā)法處理确定。
表(biao)2的過熱蒸汽密(mì)度表中,将壓力(li)以0.1MPa爲間距劃分(fen)5個💋區間,将溫度(dù)以10℃爲間距劃分(fèn)爲7個區間,在壓(yā)力、溫度區間内(nèi)可♋采用線性内(nei)插法計算求取(qǔ)蒸汽密度。例㊙️:過(guo)熱蒸汽實測㊙️壓(yā)力爲2.82MPa,實測溫度(dù)爲282℃,求取過熱蒸(zhēng)汽密度。
通用流(liu)量演算器可将(jiang)蒸汽密度表裝(zhuang)入其内存中,在(zài)CPU的❗控制下,模拟(ni)人工查表的方(fang)法,采用計算機(ji)查表與線性内(nei)插相結合的技(jì)術,能得到人工(gong)查表相同的精(jīng)度。
2寬量程比計(jì)量方案
蒸汽消(xiao)耗受熱負荷變(biàn)化制約,流量變(biàn)化範圍廣,有時(shí)✏️甚至隻有滿量(liàng)程的百分之幾(ji),如果要保證差(chà)壓式流🐪量計✏️在(zai)蒸汽計量全🔱量(liang)程範圍内的測(cè)量精度,必須想(xiang)辦法擴大差壓(yā)式流量計的量(liàng)🐆程比。
标準節流(liu)裝置測量範圍(wéi)不理想,這主要(yào)是由其測量原(yuán)理決定的,由式(shì)(8)可知,對流量測(ce)量範圍度影響(xiang)最大的因素是(shi)差壓測量不确(què)定度,其表達式(shì)爲
量測量不确(que)定度的影響爲(wèi)1%。即爲了獲得±1%的(de)流量測量精度(du),如📞果💯選用的是(shì)0.075精度等級的差(chà)壓變送器,隻有(yǒu)當差壓大于3.75%,即(jí)流✔️量小❓于19.36%FS時,才(cai)能保證精度。
差(cha)壓變送器
,其差(cha)壓低端的示值(zhi)誤差無法進一(yī)步減小的原因(yin)是其精🌂度并非(fei)可以任意确定(dìng),而且受膜盒面(miàn)積、環👅境溫度以(yǐ)及長期漂移等(deng)🧡因素制約,爲了(le)提高相對流量(liang)較小時的差壓(ya)測量精度,另外(wài)增設一台低量(liàng)程差壓變🔞送器(qi)是一個行之有(yǒu)👈效的方法♈。
例如(rú),有一蒸汽流量(liàng)測量對象,最大(da)流量100t/h,最小流量(liang)3t/h,常用🆚壓力1.1MPa,常用(yong)溫度250℃,公稱通徑(jing)DN500,高量程差壓變(bian)送器測量範圍(wéi):0～100kPa,低量程差壓變(bian)送器測量範圍(wei):0～3.75kPa。兩台0.075級精度等(deng)級的差壓變送(sòng)器,在雙量程流(liú)量演算器的配(pèi)合下,選定合适(shì)的高低量程切(qiē)換點,在流量量(liàng)程3～100%範圍内,qmqm爲1.25%。
上(shàng)述寬量程比計(jì)量方案中,流量(liàng)測量不确定度(dù)會🏃🏻♂️受标準✊節♻️流(liú)裝置流出系數(shu)C非線性和可膨(péng)脹系數ε1偏離的(de)制約［5］,采用通用(yong)流量演算器實(shí)時計算流出系(xì)數C和可膨脹系(xi)數ε1,對其影響☀️進(jìn)行在✉️線修正。
3噴(pēn)嘴
目前蒸汽計(ji)量應用中普遍(biàn)使用的标準節(jiē)流裝置是标準(zhun)孔闆,标準孔闆(pǎn)的入口直角銳(ruì)利度在流體沖(chòng)刷下易發生鈍(dùn)化,國内⭕有關部(bu)門曾對新裝标(biāo)準孔闆進😘行跟(gēn)蹤校驗,在标準(zhǔn)孔闆連續使用(yòng)2－3個月時,鈍化引(yǐn)起的流出系數(shu)偏度在1－3%,個别嚴(yán)重的在4%以上,測(cè)量誤差明顯增(zēng)大。
解決标準孔(kong)闆鈍化問題的(de)最好方法是采(cǎi)用ISA1932噴嘴,如圖1所(suo)示⚽,ISA1932噴嘴的入口(kou)爲光華曲面,不(bú)易磨損,流出系(xi)數非常💋穩定,JJG640－2016檢(jian)定規程規定ISA1932噴(pen)嘴的檢定周期(qī)爲4年,而标準孔(kong)闆檢定周期爲(wèi)2年［6］。再者,噴嘴在(zai)相同流量和相(xiang)同β值條件下,永(yǒng)久壓力損失比(bǐ)孔闆小得多,僅(jǐn)爲孔闆的50～60%,有利(li)于減小能耗。長(zhang)期運行情況表(biǎo)明🚶,由于噴嘴在(zài)結構上的優勢(shì)具💔有耐沖擊抗(kang)變形的優點,适(shi)用于高溫、高壓(ya)、高🆚流速的蒸汽(qi)介質。
4結語
由标(biao)準節流裝置組(zu)成的差壓式流(liú)量計,在蒸汽計(ji)量🌂應用中需将(jiāng)經典技術與現(xian)代技術相結合(he),合理地選用流(liu)量計👈算機💞和ISA1932噴(pēn)嘴,實現蒸汽工(gong)況密度實時計(jì)算和在線補償(cháng)功能,克服傳統(tǒng)節流裝置量程(cheng)🌐比小、阻力☔損失(shi)大、容🛀🏻易變形、檢(jiǎn)🔱定周期短等缺(quē)點,以滿足蒸汽(qì)計量寬量程、精(jīng)度和低能耗的(de)新要求。上🔴述計(ji)量器具配備方(fang)案在蒸汽計量(liang)應用中已🧡日趨(qū)成熟,并在石化(hua)、化工、熱電🤞、冶金(jin)以及城市供熱(re)等行業中得到(dào)了廣泛應用。
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