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  時(shí)間:2024-2-26 08:33:27

差壓式流量計零點(diǎn)修正方法

摘要:主要介紹差壓式流量計的工作原理和在實(shí)際應用中常見(jiàn)的幾種安裝方式,針對流量計不同安裝方式和壓力引出類(lèi)型產(chǎn)生零點(diǎn)誤差的主要原因進(jìn)行分析,得出相應的零點(diǎn)修正計算公式提高差壓式流量計的數據正確性。
0引言
  差壓式流量計是一種在工業(yè)領(lǐng)域被廣泛應用的流量計量器具,在面對不同測量對象和測量工況時(shí)需要進(jìn)行安裝方式的適應性選擇,適當的安裝方式可確保使用者獲得真實(shí)的流量值。在實(shí)際工作中,差壓式流量計會(huì )遇到檢修及部件更換等情況,原流量計的零點(diǎn)修正方法無(wú)法適用于新流量計,需要進(jìn)行有針對性的零點(diǎn)修正,消除因維修和更換帶來(lái)的零點(diǎn)誤差。
1差壓式流量計的工作原理
  差壓式流量計是一種測定流量的儀器,其工作原.理都是基于封閉管道中流體質(zhì)量守恒(連續性方程)和能量守恒(伯努利方程)定律。它是利用流體流經(jīng)節流裝置時(shí)所產(chǎn)生的壓力差與流量之間存在一定關(guān)系的原理,通過(guò)測量壓差來(lái)實(shí)現流量測定。
充滿(mǎn)管道的流體流經(jīng)管道內的節流元件時(shí)造成流束局部收縮,使管中心流體流速發(fā)生變化,其靜壓力也隨之變化。流量Q的計算公式如下。
 
  式中:Qʋ體積流量;C為流出系數;Ɛ為可膨脹系數;A為節流件開(kāi)孔截面積;△P為節流裝置輸出的壓差;β為直徑比;ρ1為被測流體的密度。
2差壓式流量計的壓力引出方式及優(yōu)缺點(diǎn)
  差壓式流量計的壓力引出方式主要由差壓傳感器要求、被測介質(zhì)物化性質(zhì)決定,主要包含毛細管導壓和管線(xiàn)導壓2種方式,2種導壓方式在工業(yè)應用上各有優(yōu)勢。
2.1毛細管導壓
  毛細管導壓是一種無(wú)接觸的壓力引出方式,須在取壓點(diǎn)安裝導壓法蘭,導壓法蘭與毛細管的膜盒法蘭通過(guò)螺栓相連,膜片外側與被測介質(zhì)直接接觸,膜片內側與毛細管內部充滿(mǎn)硅油,硅油被密封在由膜片、毛細管和差壓傳感器壓力腔室所形成的空間內,利用液體的可壓縮性小的特點(diǎn)進(jìn)行壓力的無(wú)損傳遞。
  這種壓力引出方式被測介質(zhì)與差壓傳感器無(wú)需直接接觸,可對傳感器起到有效保護。使用者可根據被測介質(zhì)的毒性、腐蝕性、易凝固性、易結晶性和酸堿度進(jìn)行膜片選擇來(lái)滿(mǎn)足使用要求。但使用的變送器價(jià)格昂貴,膜片使用過(guò)程中維護要求高,在設備轉運過(guò)程中需要加強對膜片的保護,膜片在受到尖銳物體觸碰.或受力不均時(shí)極易損壞,導致壓差值測量失真。
2.2管線(xiàn)導壓
  管線(xiàn)導壓是一種接觸式的壓力引出方式,該方式下使用的變送器無(wú)特定附屬管線(xiàn),要求管線(xiàn)直徑在8~12mm,管線(xiàn)長(cháng)度在45m以?xún)。變送器高低壓腔室位置預留接口,使用時(shí)通過(guò)儀表管等管線(xiàn)將被測介質(zhì)引入傳感器的高低壓腔內,差壓傳感器再檢測2個(gè)腔室所產(chǎn)生的壓差。該種方式被測介質(zhì)與差壓傳感器直接接觸,在使用時(shí)需要根據被測介質(zhì)的物理、化學(xué)性質(zhì)對差壓變送器和壓力引出管線(xiàn)的材質(zhì)進(jìn)行選擇,避免使用過(guò)程中因腐蝕、介質(zhì)結晶和介質(zhì)凝固等原因導致流量計無(wú)法測量或差壓變送器損壞,該類(lèi)型的差壓變送器價(jià)格相對便宜,且導壓管線(xiàn)敷設距離長(cháng),相比毛細管導壓來(lái)說(shuō)靈活性強,適用范圍廣。
3差壓式流量計的安裝方式
3.1水平安裝上部引壓
  節流裝置水平安裝,節流元件與管道的同軸度控制在1°誤差內,節流元件前至少要保證有大于10倍管徑的直管段,節流元件后至少有大于5倍管徑的直管段,節流元件兩端壓力從兩端管線(xiàn)上部引出,差壓變送器安裝位置要高于節流元件的位置高度,導壓管線(xiàn)盡可能短(見(jiàn)圖1)。主要適用于所測介質(zhì)為氣體和純液體2種介質(zhì),被測介質(zhì)沿水平方向流過(guò)節流元件后形成壓差,節流元件兩端壓差從管線(xiàn)上部取壓點(diǎn)傳輸至差壓變送器的壓力腔室被測量。
 
3.2水平安裝底部引壓
  節流裝置水平安裝,節流元件兩端壓力從兩端管線(xiàn)底部引出,差壓變送器安裝位置要低于節流元件的位置高度,同時(shí)也要求導壓管線(xiàn)盡可能短。主要適用于各類(lèi)液體介質(zhì),被測介質(zhì)沿水平方向流過(guò)節流元件后形成壓差,介質(zhì)壓差從管線(xiàn)底部取壓點(diǎn)傳輸至差壓變送器的壓力腔室后被變送器測量。此種方式下的液體介質(zhì)可夾雜氣體,在流動(dòng)過(guò)程中導壓管線(xiàn)內的氣體會(huì )逐步析出,高低壓兩段管線(xiàn)內介質(zhì)趨于穩定后不產(chǎn)生液柱差,對流體壓差測量不產(chǎn)生影響。
3.3水平安裝斜上0°~45°引壓
  節流裝置水平安裝,節流元件兩端壓力從兩端管線(xiàn)上部0°~45°夾角范圍內的位置引出,導壓管線(xiàn)要求轉角位置為圓角,主要適用于蒸汽類(lèi)介質(zhì)的流量測量。高溫蒸汽進(jìn)入導壓管后遇到環(huán)境低溫時(shí)會(huì )有冷凝液體產(chǎn)生,冷凝液體會(huì )沿斜管線(xiàn)回流到主管流程中。因此,水平安裝狀態(tài)下從斜上0°~45°夾角范圍內引出壓力,對蒸汽類(lèi)流體流量測量最合適。
3.4垂直安裝側面引壓
  節流裝置垂直安裝,流體從下往上流經(jīng)節流元件后產(chǎn)生壓差,安裝時(shí)要求差壓變送器位置要低于下端取壓點(diǎn)高度。主要適用于流體介質(zhì)為多相流,多相混合且比例不固定的場(chǎng)景時(shí)垂直流動(dòng)不會(huì )在測量位置產(chǎn)生分層。例如,原油生產(chǎn)平臺的油井產(chǎn)出中包含有油、氣、水三相,在水平安裝方式下因分層的原因導致水平流動(dòng)介質(zhì)分離的情況下無(wú)法準確測量,在垂直安裝過(guò)程中能夠保證多相流體始終處于混合紊流狀態(tài),所產(chǎn)生的壓差能更真實(shí)反映實(shí)際流量。
4差壓式流量計零點(diǎn)誤差產(chǎn)生原因及修正方法
  差壓式流量計在不同的安裝方式和引壓類(lèi)型組合下適用于不同流體介質(zhì),針對不同情形下產(chǎn)生的誤差需要用不同方法進(jìn)行修正。
4.1水平安裝時(shí)
  差壓式流量計采用水平安裝方式時(shí),根據流體介質(zhì)特性選擇合適的導壓方式可合理避免零點(diǎn)誤差的出現。尤其在選用毛細管作為導壓方式時(shí),因不存在管線(xiàn)液柱壓力,所以無(wú)需進(jìn)行修正。而采用管線(xiàn)作為導壓管時(shí),兩側導壓管處于等高位,穩定運行后兩側管線(xiàn)介質(zhì)趨于一致而無(wú)零點(diǎn)壓差存在。水平安裝時(shí)須在管線(xiàn)完全排空的前提下將變送器進(jìn)行零點(diǎn)標定,同時(shí)在導壓管底部設置排放閥門(mén),定期排出導壓管線(xiàn)內的積液、雜質(zhì)等,避免管線(xiàn)堵塞。
4.2垂直安裝且使用毛細管導壓時(shí)
  差壓式流量計采用垂直安裝且使用毛細管進(jìn)行導壓時(shí),需要進(jìn)行零點(diǎn)修正。如圖2所示,節流元件兩端壓力主要作用于H/L兩個(gè)導壓點(diǎn)的導壓法蘭膜片,毛細管導壓特性使得H/L的安裝位置與變送器的安裝位置均不影響在空管情況下的零點(diǎn)變化。在使用過(guò)程中,管線(xiàn)內會(huì )充滿(mǎn)被測介質(zhì),此時(shí)H/L兩個(gè)導壓點(diǎn)會(huì )受到管線(xiàn)內液柱的壓力影響。相對于L導壓點(diǎn)來(lái)說(shuō),H導壓點(diǎn)在受管線(xiàn)內部壓力外,還承受高度為h的被測介質(zhì)靜壓,因此在使用該變送器壓差進(jìn)行流量轉換時(shí)須將液柱靜壓切除,具體切除值為:
 
  式中:△P為最終實(shí)際壓差值;△P'為變送器測量差壓;ρ為當前被測介質(zhì)的實(shí)際密度;g為重力加速度;h為差壓變送器導壓點(diǎn)高度差。
  通過(guò)上述公式進(jìn)行零點(diǎn)修正后,準確切除了零點(diǎn)誤差,流量計測量的值真實(shí)可靠。
 
4.3垂直安裝且選用管線(xiàn)導壓時(shí)
  差壓式流量計采用垂直安裝且選用管線(xiàn)導壓時(shí),管道中的介質(zhì)會(huì )通過(guò)導壓點(diǎn)進(jìn)入H/L兩端的導壓管,此時(shí)要求差壓變送器安裝位置要低于H端或與H端同高,因差壓變送器在安裝位置介于H和L導壓點(diǎn)之間或高于L端位置時(shí)會(huì )出現兩側導壓管內填充的介質(zhì)形態(tài)不一致,從而導致安裝后無(wú)法使用公式進(jìn)行有效的零點(diǎn)修正。
  以變送器安裝位置與H端同高為例(見(jiàn)圖3),在H端變送器同高且排空總管的情況下,H端不受導壓管內部介質(zhì)的液柱靜壓影響,在L端則因導壓管從高處引至低處,在介質(zhì)流動(dòng)過(guò)程中導壓管內部被流體介質(zhì)逐漸充滿(mǎn),且相對主管內流動(dòng)的介質(zhì)來(lái)說(shuō),導壓管內部的介質(zhì)是處于相對靜置的狀態(tài),在多相流情況下進(jìn)行三相分離,直至管線(xiàn)內介質(zhì)物理性質(zhì)趨于穩定。因此在使用管線(xiàn)導壓時(shí),差壓變送器在排空主管線(xiàn)內介質(zhì)的情況下,H端壓力為0,L端則到受管內液柱的壓力影響,產(chǎn)生ρ1gh的液柱靜壓,因此在空管情況下差壓變送器的壓力為:
 
  式中:△P為空管情況下變送器差壓;ρ1為導壓管內穩定后密度;g為重力加速度;h為差壓變送器H/L導壓點(diǎn)的高度差。
 
  在將流體導入主管線(xiàn)時(shí),介質(zhì)在主管線(xiàn)中自下而上流動(dòng),H導壓點(diǎn)除受管線(xiàn)內部介質(zhì)攜帶的壓力外,還承受主管線(xiàn)內高度為h的被測液柱靜壓。此時(shí),在不考慮L端液柱靜壓時(shí),實(shí)際壓差值為測量壓差和主管線(xiàn)液柱靜壓之差,與毛細管的導壓方式相同。再將L端的導壓管內液柱壓力考慮進(jìn)計算公式,實(shí)際壓力為:
 
  式中:△P為最終實(shí)際壓差值;△P´為變送器測量壓差;ρ為當前被測介質(zhì)的實(shí)際密度;ρ1為導壓管內穩定后密度;g為重力加速度;h為差壓變送器導壓點(diǎn)高度差。由此可以得出,同為垂直安裝的流量計在使用不同導壓類(lèi)別時(shí)進(jìn)行的修正方式存在區別。
5結束語(yǔ)
  差壓式流量計的關(guān)鍵參數就是節流裝置前后的壓差值,差壓變送器的零點(diǎn)修正不正確,會(huì )導致測量值出現安裝誤差,無(wú)法通過(guò)多次測量來(lái)消除?稍诎惭b時(shí)根據節流元件安裝方式、現場(chǎng)導壓方式、變送器安裝位置進(jìn)行修正,修正后的壓差值使用轉換公式計算得到正確流量值。

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