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氣體流量計量,對其溫度、壓力補償進(jìn)行了分析。計算機(jī)環(huán)節(jié)的加入,實現(xiàn)了帶溫、壓補償?shù)牧髁繖z測系統(tǒng)的計算機(jī)輔助分析和計算,進(jìn)一步消除了系統(tǒng)誤差,從而將計量精度提高到一個新水平。
關(guān)鍵詞: 蒸汽流量 溫、壓補償 密度計算 微機(jī)全參數(shù)補償
1. 引言 隨著成本意識的不斷增強(qiáng),對能源計量的準(zhǔn)確性提出了更高的要求,流量測量的溫度、壓力補償逐漸被提到了重要位置。由于流量測量裝置的設(shè)計過程中,提供的設(shè)計溫度、壓力與實際運行的工作溫度、壓力有一定的差異或者由于工藝造成流體溫度、壓力波動較大,致使測出的流量不能真實反映其工作狀態(tài)下的實際流量。絕大多數(shù)流量計,只有在流體工況與設(shè)計條件一致的情況下才能保證較高的測量精度,有些流體如氣體、蒸汽,流體工況變化對測量精度的影響特別大,必須進(jìn)行補償。當(dāng)今流量儀表新產(chǎn)品層出不窮,各種新型智能流量演算器不斷涌現(xiàn)儀表市場,這些儀表各自有其技術(shù)經(jīng)濟(jì)特點,所采用的補償數(shù)學(xué)模型也不盡相同,我們應(yīng)該歡迎在流量領(lǐng)域里推陳出新,推進(jìn)技術(shù)進(jìn)步,但是亦應(yīng)看到,新型流量計并非都是成熟的,有的僅在實驗室中通過少量試驗,并無在各種現(xiàn)場復(fù)雜條件下進(jìn)行足夠的檢驗,以致在使用中出現(xiàn)許多未知因素,造成計量的誤差。因此,應(yīng)從加強(qiáng)管理,建立健全法制制度入手,使該領(lǐng)域的產(chǎn)品的工業(yè)化試驗、補償技術(shù)的完善走向正規(guī)化。 2. 過熱蒸汽計量的補償 在蒸汽的計量上,密度雖然也是溫度、壓力的函數(shù),但不再遵循理想氣體狀態(tài)方程,且在不同壓力、溫度區(qū)間,函數(shù)關(guān)系不同,很難用一個簡單的函數(shù)關(guān)系式表示,因此著重論述一下常用水蒸氣密度的確定方法 2.1. 密度的確定: 工程上應(yīng)用的水蒸氣大多處于剛剛脫離液態(tài)或離液態(tài)較近,它的性質(zhì)與理想氣體大不相同,應(yīng)視為實際氣體。水蒸氣的物理性質(zhì)較理想氣體要復(fù)雜的多,故不能用簡單的數(shù)學(xué)式加以描述;所以,在以往的工程計算中,凡涉及水蒸氣的狀態(tài)參數(shù)數(shù)值,大都從水蒸氣表中查出。把水蒸汽狀態(tài)參數(shù)表裝入儀表內(nèi)存中,數(shù)據(jù)量很大。 隨著電子技術(shù)的發(fā)展,計算機(jī)(或單片機(jī))已廣泛應(yīng)用于流量測量儀表中,其存儲能力、快速計算能力為準(zhǔn)確、快速的確定水蒸氣的密度提供了有力的手段。 現(xiàn)在介紹在二次儀表中常用的水蒸氣密度的確定方法。 2.1.1. 查表法:把水蒸氣密度表裝入計算機(jī)中,根據(jù)工況的溫度、壓力,從表中查出相應(yīng)的密度值。 2.1.2. 計算法:
◆ 自己擬合公式(或者出版物給出的公式) ◆ 烏卡諾維奇公式 ◆ IFC1967公式 而目前,我們在用的擬合公式為: (1) 式中: t-溫度,℃; P-表壓,Mpa; 蒸汽實際工況條件為: 工作壓力變化范圍:0.1~1.1MPa 工作溫度變化范圍:160~410℃ 取特殊點對公式(1)驗證 1) p=0.2 MPa、t=160℃ 查表得ρ=1.01626kg/m3 2) p=0.5Mpa、t=200℃ 查表得ρ=2.35294kg/m3 3) p=0.8 MPa、t=250℃ 查表得ρ=3.41064kg/m3 4) p=1.1 MPa、t=400℃ 查表得ρ=3.59454kg/m3
通過以上計算,我們目前采用的密度補償公式的計算誤差太大,不能滿足計量儀表的要求。如果在計算過程中將溫度單位按熱力學(xué)溫度K來計算,就無從談起其精度了。我部的能源計量絕大部分已進(jìn)入微機(jī)網(wǎng)絡(luò),因此,理想的是采用“IFC1967公式”(見附錄)。 2.1.3. 比較 查表法:根據(jù)“IFC1967公式”制定的數(shù)表,考慮了各個不同區(qū)域的特性,它是zui完整的、zui全面的。但它數(shù)據(jù)量大,占了大量的空間,應(yīng)用數(shù)表要首先判斷是飽和蒸汽還是過熱蒸汽,再查不同的數(shù)表,另外數(shù)表的變量是有一定步長的非連續(xù)量,對于兩點之間的數(shù)據(jù),需經(jīng)過數(shù)學(xué)內(nèi)插處理獲得。 應(yīng)用公式計算;不需占用大量的內(nèi)存空間,便于智能儀表應(yīng)用,至于使用哪一個公式,根據(jù)不同場所,不同需要,選用不同公式。采用“IFC1967公式”雖然公式繁雜一些,但在壓力為0~16.65MPa范圍內(nèi),計算的過熱蒸汽及飽和蒸汽密度值*符合標(biāo)準(zhǔn)。應(yīng)用公式只需安裝有溫度、壓力變送器不需要判斷是飽和狀態(tài)或過熱狀態(tài)就可以準(zhǔn)確測量。對于確定是飽和蒸汽的場合,只需要將公式稍做變動,只用測溫或測壓,也可準(zhǔn)確計算飽和蒸汽密度。 2.2. 流量公式的確定: 在蒸汽計量中用節(jié)流元件作為傳感元件時用計算法進(jìn)行補償,其流量公式為: (2) 式中: qm-質(zhì)量流量,kg/s; c-流出系數(shù); d-節(jié)流件開孔直徑,m; ε-可膨脹性系數(shù); ρ-被測流體密度,kg/m3; β-節(jié)流件孔徑與直管段內(nèi)徑之比,β=d/D; Δp-差壓,Pa; 而用渦街流量計計量時,它的輸出脈沖信號不受流體組分變化的影響,即儀表系數(shù)在一定雷諾數(shù)范圍內(nèi)僅與漩渦發(fā)生體及管道的尺寸有關(guān),但是作為流量計在物料平衡及能源計量中需檢測質(zhì)量流量,這時流量的輸出信號應(yīng)同時檢測體積流量和流體密度,流體組份對流量計還是存在直接影響的,其流量公式為: (3) 式中: qv-體積流量,m3/h; Sr-斯特勞哈爾系數(shù); m-漩渦發(fā)生體兩側(cè)弓形面積與管道橫截面面積之比; d-漩渦發(fā)生體硬面寬度,m; D-表體通經(jīng),m;
f-漩渦的發(fā)生頻率,Hz/s; (4) 式中: qv-體積流量,m3/h; qm-質(zhì)量流量,Kg/s; ρ-被測流體密度,kg/m3; 由流量公式(2)、(4)可知,流量與密度的關(guān)系分別為與 和ρ成正比,如果用錯將造成很大的計算誤差,同時,溫度(℃)與熱力學(xué)溫度(K)的代入也應(yīng)正確處理。 考慮上述原因,有必要對補償軟件和智能流量計算儀進(jìn)行測試和校準(zhǔn)。方法為:由《LG節(jié)流裝置設(shè)計及管理軟件》計算出對應(yīng)點補償流量的理論值,再對流量計輸入相同工況參數(shù)得到相應(yīng)的顯示值,這時將流量計的顯示值與理論值進(jìn)行比較即可達(dá)到校準(zhǔn)的目的。歷來流量校準(zhǔn)與設(shè)備和流量儀表兩大主題是研究的中心,流量儀表標(biāo)準(zhǔn)和檢定規(guī)程是流量準(zhǔn)確計量的保證,針對目前國內(nèi)智能流量演算器和相關(guān)計算機(jī)軟件的現(xiàn)狀,建議國家有關(guān)部門應(yīng)出臺一部相應(yīng)的檢定校準(zhǔn)規(guī)程,以便于技術(shù)監(jiān)督和管理,即依法治理。 3. 微機(jī)的全參數(shù)補償 根據(jù) (5) 對氣體介質(zhì)進(jìn)行補償時,在低壓范圍內(nèi),可以利用理想氣體狀態(tài)方程來進(jìn)行溫度、壓力補償.但在高壓時,則必須考慮氣體壓縮系數(shù)的影響.對于過熱蒸氣,必須作實際氣體處理。對于大部分氣體,在低壓區(qū)(如小于1MPa)的壓縮系數(shù)都接近于l。在該區(qū)域內(nèi),只要溫度不是太低,即使不對壓縮系數(shù)進(jìn)行修正,也不會引起明顯的誤差,*可以滿足工程上的要求。但在高壓區(qū),則必須考慮壓縮系數(shù)的影響,否則將會造成明顯的誤差。像常規(guī)方法那樣將K看成常數(shù),將會造成不可忽視的測量誤差。分析計算表明,當(dāng)溫度和壓力在設(shè)計值T。和P。的基礎(chǔ)上變化20%,ReD變化60%時,如果我們只補償密度變化的影響,那么,即使密度變化可能引入的誤差為零,即認(rèn)為已實現(xiàn)了對密度的*補償,其它各余留參數(shù)變化累加后的zui大誤差仍可達(dá)6%左右。其中,ε引入的誤差zui為明顯。對于常規(guī)儀表來說,這些余留誤差沒有可能得到補償。而對于微機(jī)補償系統(tǒng)來說,補償這些余留參數(shù)的變化已成為可能。所以,一般來說,微機(jī)補償系統(tǒng)除補償密度外,還應(yīng)考慮整個補償方程中其它參數(shù)變化的補償問題,即全參數(shù)補償。 4. 結(jié)語 總而言之,選擇合適的溫度、壓力補償公式,就必須全面地了解流量測量的方式。在測量介質(zhì),測量裝置,流體工況,流量單位均不同的場合,采用正確地溫度、壓力補償方式,才能獲得準(zhǔn)確的流量。此外,計算機(jī)的應(yīng)用也堪稱檢測技術(shù)中的一場革命,它使各類過程參數(shù)的檢測由常規(guī)儀表時代進(jìn)入了高科技的計算機(jī)時代,同時也使企業(yè)綜合自動化和生產(chǎn)過程的*控制得以實現(xiàn),是今后檢測與控制系統(tǒng)發(fā)展的必然方向。
參考文獻(xiàn): [1]. 孫淮清. 蒸汽技術(shù)研討班講義.北京:2002.5 [2]. 孫淮清,王建中. 流量測量節(jié)流裝置設(shè)計手冊.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2000.6
[3]. 蔡武昌,孫淮清. 流量測量方法和儀表的選用.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2001.4 [4]. 蘇彥勛,盛健. 流量計量與測試. 北京:中國計量出版社,1993.1
楊建國:儀表工程師 1961.11 單位:河南省安陽鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司計控部 地址:河南省安陽市殷都區(qū) :455004 :
馬建忠:電氣工程師 1958.8 單位:河南省安陽鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司計控部 地址:河南省安陽市殷都區(qū) :455004 :
呂書安:儀表工程師 1963.1 單位:河南省安陽鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司計控部 地址:河南省安陽市殷都區(qū) :455004 : 附錄: 1967IFC公式 下述公式是IFC公式的一部分(第2區(qū),包括飽和蒸汽和過熱蒸汽,壓力 P=0~16055MPa),它是工業(yè)上zui常用的區(qū)域。
壓力變送器:http://
電磁流量計:http://
投入式液位變送器:http://
橢圓齒輪流量計:http://
雷達(dá)液位計:http://
便攜式超聲波流量計:http://
高溫壓力變送器:http://
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