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  時(shí)間:2024-1-8 09:04:47

差壓式孔板流量計各因素對計量影響

[摘要]差壓式孔板流量計廣泛用于貿易結算,通過(guò)各種因素對差壓式孔板流量計計量結果的影響,減少計量誤差的方法。從差壓式流量計的計算公式入手,確定影響因素,通過(guò)實(shí)際案例確定影響因素對實(shí)際計量結果的誤差,最終得出以下結論:①在差壓為0.1倍最大值時(shí),熱膨脹系數和流出系數造成的相對誤差最大,為1.84%。②在壓力為0.8MPa、溫度為250℃的變工況狀態(tài)下,孔板直徑平均線(xiàn)膨脹系數造成的相對誤差最大,為0.85%。③由于查表法相對誤差較小且使用方便,因此密度選取方式一般采用查表法。
0引言
  差壓式孔板流量計分為差壓裝置、差壓變送器和流量積算儀三大部分,工作原理是當介質(zhì)流過(guò)差壓件,在左右兩側產(chǎn)生壓差,根據伯努利方程和流動(dòng)連續性方程,可計算出介質(zhì)的瞬時(shí)流量。差壓式孔板流量計相關(guān)技術(shù)較為成熟,并且使用方便、拆裝便捷、有相關(guān)的檢定規程、易于檢定,因此廣泛應用于蒸汽、液體及天然氣等介質(zhì)的貿易結算。一般情況下,計量數據較大,計量結果的些許偏差就會(huì )造成損失,因此如何增加差壓式孔板流量計的計量正確性重要。首先對差壓式孔板流量計中各種影響因素進(jìn)行分析,其次根據其檢定規程中的計算公式入手,確定影響因素有熱膨脹系數、流出系數、孔板直徑平均線(xiàn)膨脹系數、密度等參數,再次根據理論公式及大量工程經(jīng)驗確定各個(gè)影響因素之間的關(guān)系,最后通過(guò)實(shí)際案例確定影響因素對實(shí)際計量結果的誤差,并找到了影響計量結果的其他因素。通過(guò)各種因素對差壓式孔板流量計計量結果的影響,更好地理解孔板流量計的特性,通過(guò)與實(shí)際計量經(jīng)驗結合,保障孔板流量計計量結果的正確性。
1.模型
  差壓式孔板流量計的流量計算公式如~下:
 
  公式(1)中:qm為瞬時(shí)質(zhì)量流量,單位為kg/s;C為流出系數,無(wú)量綱;β為直徑比,β=d/D;D為管道內徑,單位為mm;ε為可膨脹系數;d為開(kāi)孔直徑,單位為mm;△p為差壓,單位為kPa;ρ為節流件正端取壓口平面上的流體密度,單位為kg/m3.
在實(shí)踐過(guò)程中,差壓式孔板流量計流量測量簡(jiǎn)化的基本公式如下:
 
2檢定規程步驟
  《差壓式流量計檢定規程》中使用幾何檢測法對孔板的6個(gè)參數進(jìn)行檢定。
  A面平面度:將孔板的A面朝上并放置在平板上,找到A面與平板垂直的最長(cháng)距離,用量塊或塞尺測量,該距離即A面的平面度。
  A面及e面的表面粗糙度:以樣塊的表面粗糙度為標準,借助放大鏡顯微鏡等工具判斷A面與e面的粗糙度,或使用輪廓法觸針式表面粗糙度測量?jì)x測量A面及e面的粗糙度。
  邊緣G、H、I:可借助放大鏡檢查G、H、I,并使用模壓法或反射光法測量入口邊緣圓弧的半徑。
  厚度E及長(cháng)度e:用量具分別在離內圓外和外圓內大約10mm的位置上均勻測3個(gè)值,其中E為這3個(gè)值的平均值,最大值減去最小值為E的最大偏差。e則是在長(cháng)度處均勻分布的位置上取3個(gè)值,其中e為這3個(gè)值的平均值,最大值減去最小值為e的最大偏差。
  節流孔直徑d:選擇游標卡尺、內徑千分尺、帶表卡尺、孔徑測量?jì)x、內測千分尺測量節流孔直徑,共選取4個(gè)角度大致相同的位置進(jìn)行測量,d為這4個(gè)值的平均值,并按照公式計算出直徑相對誤差及節流孔直徑的重復性。
  斜角:將B面放在平板上,用角度規或樣板角等儀器,在任一直徑方向測量2個(gè)斜角值,斜角為這2個(gè)值的平均值。
  《流量積算儀檢定規程》中規定檢定點(diǎn)應選取流量量程對應的輸入信號的下限、0.25倍、0.5倍、0.75倍、1倍,如果流量積算儀具有壓力和溫度這兩個(gè)參數的補償功能,則檢定點(diǎn)的選取應在設計狀態(tài)下,并且需在設計范圍內壓力不變的情況下,溫度任取兩點(diǎn)進(jìn)行檢定;同時(shí),在溫度不變的情況下,壓力任取兩點(diǎn),進(jìn)行檢定。
3影響因素
  已知熱膨脹系數ε、流出系數C、節流孔直徑d、直徑比β,根據公式(1)即可求出最大差壓對應的瞬時(shí)流量,F將一臺差壓式孔板流量計放入工作環(huán)境中,己知工作介質(zhì)為過(guò)熱蒸汽,設計狀態(tài)為壓力0.8MPa、溫度200℃,相關(guān)參數分別為內徑d=34.51mm、β=0.388098,在△pmax=60kPa下,Ɛ=0.98157、C=0.60248。根據公式(1),求得qmax,其中密度是根據IAPWS-IF97公式所得。變工況狀態(tài)下溫度為200℃時(shí),壓力分別為0.7MPa、0.6MPa,另一變工況狀態(tài)下壓力為0.8MPa時(shí),溫度分別為220℃、250℃。
3.1熱膨脹系數與流出系數的影響
  熱膨脹系數是給定一次裝置的給定直徑比,差壓式孔板流量計的熱膨脹系數只取決于壓力比和等熵指數,計算公式如下:
 
  流出系數是裝置的實(shí)際流量與理論流量之間關(guān)系的系數,只與雷諾數有關(guān),隨著(zhù)雷諾數變大,流出系數會(huì )越來(lái)越小,隨著(zhù)雷諾數變小,流出系數會(huì )越來(lái)越大,計算公式如公:式(4)所示。對于不同的裝置,如果其幾何相似且雷諾數相同,那么流出系數就相同。
C=0.5961+0.0261β2+0.216β8(4)
  將該例中所有狀態(tài)下的熱膨脹系數和流出系數看做定值,均與設定狀態(tài)下最大流量對應的數值相同,瞬時(shí)流量結果如表1中的經(jīng)驗值。從表1可以看出,在差壓為0.1倍最大值時(shí),相對誤差最大,絕對值為1.84%,隨著(zhù)差壓取值逐漸接近最大值,相對誤差越來(lái)越小。
3.2孔板直徑平均線(xiàn)膨脹系數的影響
  若流動(dòng)狀態(tài)下測量管道的溫度與確定直徑時(shí)的溫度(該溫度稱(chēng)之為參比端或校準溫度)有較大差異,在用公式計算孔板直徑、直徑比和流量時(shí),應將管道的膨脹或者收縮考慮在內,具體公式如下:
 
  公式中,d為流動(dòng)狀態(tài)下一次裝置的直徑;d0為參比溫度下一次裝置的直徑;λD為一次裝置材料的平均線(xiàn)膨脹系數;T為流動(dòng)狀態(tài)下一次裝置的溫度;T0為參比溫度或校準溫度。
  孔板直徑的材質(zhì)為不銹鋼,λ=0.000017。如果不考慮孔板直徑受溫度的影響,瞬時(shí)流量結果如表2中的經(jīng)驗值所示,從表2中可以看出,相對誤差在最后一-個(gè)檢定點(diǎn),即壓力為0.8MPa、溫度為250℃時(shí)的相對誤差最大,絕對值為0.85%,從公式(5)中也可以看出,此時(shí)T-T0值最大,因此造成了較大的偏差,而在溫度沒(méi)有變化的情況下,相對誤差沒(méi)有隨著(zhù)差壓及壓力值發(fā)生變化,因此可以得出孔板直徑平均線(xiàn)膨脹系數只與被測介質(zhì)的溫度相關(guān)。
3.3密度取值方法的影響
  蒸氣密度可通過(guò)公式法、狀態(tài)方程法、查表法3種方法獲取回。其中,公式法使用的公式;狀態(tài)方程法使用的是理想氣體方程PV=nRT,應注意狀態(tài)方程法適用范圍較窄;查表法是使用《國際單位制的水和水蒸氣的性質(zhì)》中的數據,并進(jìn)行線(xiàn)性插值從而得出蒸汽的密度,這個(gè)方法比公式法及狀態(tài)方程法方便,但會(huì )產(chǎn)生一定.的偏差。表3中,標準值的密度取值方法采取公式法,經(jīng)驗值的密度通過(guò)查表所得,從結果看出,每個(gè)檢定點(diǎn)的相對誤差都較小,最大相對誤差的絕對值沒(méi)有超過(guò)0.1%,
 
 
  因此平常做差壓式孔板流量計的檢定時(shí),為求方便,密度的求取方式可采取查表法。
3.4其他因素對計量結果的影響
  除了上述幾個(gè)因素,還有其他因素會(huì )對差壓式孔板流量計的計量結果產(chǎn)生影響。
  例如,流量量程與流量計的不匹配會(huì )使差壓式孔板流量計的計量結果偏離標準值,尤其是當流量較小時(shí),使用大量程孔板流量計會(huì )造成誤差,同時(shí)流量積算儀會(huì )進(jìn)行小信號切除四]。因此,應根據流體介質(zhì)的實(shí)際情況選擇孔板尺寸、材質(zhì)等各個(gè)方面都合適的差壓式孔板流量計。
  差壓式孔板流量計的安裝也是產(chǎn)生誤差的原因之一,主要影響因素有孔板入口直角銳利度的變化、孔板厚度存.在誤差、管徑尺寸不符、節流件附件等沒(méi)有放在中軸線(xiàn)、取壓的位置、孔板彎曲、取壓孔堵塞或加工不規范、孔板上有臟物沉積、管線(xiàn)布置的偏離、管道粗糙度的影響等。這些因素都將造成流量系數發(fā)生改變從而與商家給定的值不符,產(chǎn)生誤差?装宓恼_安裝方法是將其銳面迎著(zhù)流體的方向,若安裝相反,則會(huì )使流量的示值偏低。上述誤差均由人為原因造成,是可以控制的,也是在安裝過(guò)程中要著(zhù)重注意的。對于后期的維護工作,相關(guān)人員應該制訂詳細的方案并嚴格執行,盡可能延長(cháng)孔板流量計的使用壽命,提高計量的正確性,減小計量偏差。
  各個(gè)部件之間因密封不嚴謹而產(chǎn)生泄露,從而引起介質(zhì)通過(guò)孔板時(shí)差壓變送器產(chǎn)生誤差,導致瞬時(shí)流量變小,若在下游產(chǎn)生泄露,則會(huì )導致瞬時(shí)流量變大。
  當使用條件偏離設計條件時(shí),也會(huì )造成結果的偏差。城市蒸汽、燃氣會(huì )出現波峰波谷的情況,突然變化的流速和壓力造成脈動(dòng)流的形成,從而影響差壓式孔板流量計的差壓、壓力及溫度信號的準確傳遞。
  計量裝置的上游有很多管道配件,如彎頭、漸擴管漸縮管等,這些配件稱(chēng)為阻流件。當介質(zhì)通過(guò)阻流件后會(huì )產(chǎn)生不規則流動(dòng)等現象,這些不規則的流動(dòng)會(huì )使差壓式孔板流量計的流出系數偏離標準值。
  被測介質(zhì)的實(shí)際物理性質(zhì)測量存在不確定性,如天然氣在運輸的過(guò)程中為保障其穩定性會(huì )加入其他物質(zhì),這些物質(zhì)的加入會(huì )導致被測的天然氣與標準狀況不同,使壓縮因子和密度等參數偏離標準值,從而導致瞬時(shí)流量誤差的產(chǎn)生。
4結束語(yǔ)
  從檢定規程中的計算公式入手,確定了影響差壓式孔板流量計檢定偏差的因素有熱膨脹系數、流出系數、孔板直徑及密度,最后通過(guò)介質(zhì)為過(guò)熱蒸汽的實(shí)際案例確定影響.因素對實(shí)際檢定結果造成的偏差。得出如下結論:①在差壓為0.1倍最大值時(shí),熱膨脹系數和流出系數造成的相對誤差最大,為1.84%,隨著(zhù)差壓取值逐漸接近最大值,相對誤差越來(lái)越小。②在變工況狀態(tài)下,即壓力為0.8MPa、溫度為250℃時(shí),孔板直徑平均線(xiàn)膨脹系數造成的相對誤差最大,為0.85%。③密度的取值方法有3種,其中公式法造成的誤差最小,但計算量較大,使用查表法時(shí)每個(gè)檢定點(diǎn)的相對誤差較小,最大相對誤差也沒(méi)有超過(guò)0.1%,因此平常做差壓式孔板流量計的檢定時(shí),為方便,密度求取方式可采取查表法。④其他影響因素還有流量量程與流量計的不匹配、孔板流量計的安裝方式、各個(gè)部件之間產(chǎn)生縫隙而導致的介質(zhì)泄露、脈動(dòng)流的產(chǎn)生及阻流件對介質(zhì)流動(dòng)的影響、被測介質(zhì)的實(shí)際物理性質(zhì)測量存在不確定性。
  也有很多不足之處,例如只列舉了介質(zhì)為過(guò)熱蒸汽的實(shí)際案例,而并未涉及介質(zhì)為液體、飽和蒸汽、天然氣的情況,尤其當介質(zhì)為天然氣時(shí),密度的計算及其他影響因素之間的關(guān)系更加復雜,需要有了大量數據后才能進(jìn)一步分析。

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