用差压式流量计测量蒸汽流量时温度、压力补偿的实现及探讨.pdf
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1、用差压式流量计测量蒸汽流量时 温度、 压力补偿的实现及探讨 张晓勤, 贾玉伟 (青岛碱业股份有限公司, 山东 青岛266043) 摘要: 介绍了用于测量蒸汽流量的差压式流量计的选型、 测量原理、 温度、 压力补偿的实现, 针对存 在的问题提出了相应的解决办法。 关键词: 差压式流量计; 质量流量测量; 补偿方法 中图分类号: TH 814.5文献标识码: B 文章编号: 1005 - 8370 (2006) 03 - 25 - 05 社会的发展已步入绿色经济和可持续发展经济 的轨道, 区域集中供热成为我国经济发展的必然趋 势。热电公司将热能或蒸汽卖给用户, 这就涉及到 企业与热用户之间的经济贸
2、易结算问题。为此, 蒸 汽的计量是一个突出问题。 由于蒸汽流量测量装置在设计过程中提供的设 计温度、 压力与实际运行的工作温度、 压力有一定的 差异或者由于生产运行造成蒸汽温度、 压力波动与 设计状态差别较大, 而绝大多数流量计, 只有在蒸汽 工况与设计条件一致的情况下才能保证较高的测量 精度, 所以测出的流量不能真实反映其工作状态下 的实际流量。为此必须对蒸汽流量测量的温度、 压 力进行补偿。 1蒸汽流量测量用差压式流量计的选 型 蒸汽是比较特殊的介质, 随着温度、 压力的变 化, 蒸汽的存在形式也不同, 主要有饱和蒸汽和过热 蒸汽。在热电公司生产经营运行中一般采用管道输 送饱和蒸汽或者过热
3、蒸汽, 主要因为: 一是提高蒸汽 的过热度, 尽量减少蒸汽的含水量, 防止水击现象的 产生; 二是解决不同蒸汽状况下, 蒸汽流量难以计量 的问题。 测量蒸汽流量的仪表很多, 主要有采用节流装 置的差压式 (孔板、 喷嘴、 均速管、 弯管) 流量计, 旋翼 式流量计, 阿牛巴流量计, 浮子式流量计等。而采用 节流装置的差压式流量计, 由于节流件具有结构简 单可靠、 无可动部件、 不怕振动、 耐高温和可适应其 它恶劣条件, 同时又具有一套完整的技术规范和标 准, 在蒸汽流量计量中占有重要的地位。这种方法 除了配置节流件和相应的差压变送器, 还必须配套 压力变送器、 温度传感器和流量积算仪等, 从而
4、可以 对蒸汽流量进行温度、 压力补偿, 计算出不同工况下 的蒸汽质量流量。 节流装置的设计制造安装依照 GB/ T2624 - 93 流量测量节流装置用孔板、 喷嘴、 文丘里管测量充 满管的流体流量 , 检定按 JJG640 - 94 差压式流量 计检定规程 。用于蒸汽测量的节流装置分类与适 用范围如表 1。 2差压式流量计测量蒸汽流量的原理 蒸汽计量中用节流元件作为检测元件时, 其流 量公式为: gm: c! 1 -“ ! 4 ! 4 d 2 0 2#$! p(1) 式中: gm 质量流量, kg/ S; c 流出系数; d 节流件开孔直径, m; ! 可膨胀性系数; # 被测流体密度, k
5、g/ m 3; “ 节流件孔径与直管段内径之比, “: d / D; $p 差压, Pa。 522006 年第 1 期 张晓勤, 等: 用差压式流量计测量蒸汽流量时温度、 压力补偿的实现及探讨 表 !用于蒸汽测量的节流装置分类与适用范围 节流件类型取压方式 适用范围 公称通径 DN, mm公称压力 PN, MPa 直径比!= d / D雷诺数 ReD 标准孔板 角接环室取压 50 400 10 50 10010 103; 0.45 104 法兰取压 50 1 000 10 50 15010 103 ReD 107 标准喷嘴角接取压 50 500 10 50 15010 104 ReD 1 10
6、7; 0.44 104 ReD 1 107 长径喷嘴径距取压 50 630 10 50 10010 104 ReD 1 107 在式 (1) 中, !和 d 为常数, c 和“在一定的范围 内可看作常数, 目前生产的流量计也是把 c 和“作 为常数, 因此式 (1) 可简化为: gm= #$ p(2) 当蒸汽的工艺操作条件 (压力或温度) 变化时, 假设此时的蒸汽密度为#s, 如果孔板前后的差压不 变, 仍是$p, 此时质量流量 gms: gms= gm #s # (3) 在实际应用中, 常用流量测量检测点附近的温 度、 压力, 经计算或查表后得到相应的密度, 按公式 (3) 再求得瞬时质量流
7、量, 这就是所谓蒸汽流量的温 度、 压力补偿。过热蒸汽状态和饱和蒸汽状态有不 同的补偿方法。 “.!过热蒸汽质量流量的测量 当流体为过热蒸汽时,被测蒸汽密度#取决于 蒸汽的压力 P 和蒸汽的温度 T, P 取自节流件上游 取压口, T 的测点一般选取在节流件上游足够长度 的部位, 由于差压式流量计测量是建立在蒸汽流过 节流件时不发生相变的基础上, 所以温度 T 的测点 选取在节流件下游 5D 管段上也是合适的。其温度 压力补偿控制方框图如图 1。 差压变送器 FT 压力变送器 # PT 温度传感器 # TE - 温度、 压力补偿 补偿后质量流量 # FR 未补偿质量流量 # FI 图 1 温度
8、、 压力补偿控制方块图 “.“饱和蒸汽质量流量的测量 饱和蒸汽的压力和温度是一一对应的, 饱和蒸 汽的密度从其压力或从其温度查到的密度值是相等 的, 所以饱和蒸汽流量的补偿既可用压力补偿也可 用温度补偿。 其压力补偿控制方框图如图 2, 温度补偿控制 方框图如图 3。 差压变送器 FT 压力变送器 # PT - 压力补偿 补偿后质量 流量 # FR 未补偿质量 流量 # FI 图 2 压力补偿控制方块图 62 纯碱工业 差压变送器 FT 温度传感器 ! TE “ 温度补偿 补偿后质量 流量 ! FR 未补偿质量 流量 ! FI 图 3 温度补偿控制方块图 !过热蒸汽流量测量温度、 压力补偿 实
9、现的办法 在蒸汽的计量上, 蒸汽质量流量主要与密度有 关, 而密度虽然也是温度、 压力的函数, 但不再遵循 理想气体状态方程, 且在不同压力、 温度区间, 函数 的关系也就不同, 很难用一个简单的函数关系式表 示, 因此关键是蒸汽密度的确定。常用的蒸汽密度 的确定方法有两种。 !.“查表法 把蒸汽密度表载入流量积算仪中, 流量积算仪 根据被测状态的温度、 压力, 从表中查出相应的密度 值。现在许多仪表也是这样做的, 这种流量积算仪 补偿效果比较准确, 能正确反映不同工况下的蒸汽 质量流量。 !.#计算法 #自己拟合公式 (或者生产制造厂家给出公式) #乌卡诺维奇公式 #IFC1967 公式 例
10、如有个公司用的拟合公式为: != 18.56p 0.01 t + 1.66 - (0.000 1 t + 0.02) p (4) 式中: t 温度, C; P 表压, Mpa。 蒸汽实际工况条件为: 工作压力变化范围, Mpa0.1 1.2 工作温度变化范围, C160 400 取特殊点对公式 (4) 验证: 1) P =0.3 Mpa (P 绝对压力 =0.4 Mpa) , t =160 C !“ = 18.56 X 0.3 0.01 X 160 + 1.66 - (0.000 1 X 160 + 0.02) 0.3 = 1.713 65 kg/ m3 在此温度压力状态下查表得!=2.067
11、 35 kg/ m3 “=! “ -! ! = 1.713 65 - 2.067 35 2.067 35 X 100% = - 17.11 % 2) P = 0.5Mpa (P 绝对压力 = 0.6 Mpa) , t = 180 C !“ = 2.696 11 kg/ m 3 在此温度压力状态下查表得!= 2.988 6 kg/ m3 “=! “ -! ! = - 9.79 % 3) P = 0.8 Mpa (P 绝对压力 = 0.9 Mpa) , t = 200 C !“ = 4.092 61 kg/ m 3 在此温度压力状态下查表得!= 4.341 8 kg/ m3 “=! -! ! =
12、- 5.74 % 4) P = 1.2 Mpa (P 绝对压力 = 1.3 Mpa) , t = 400 C !“ = 4.003 74 kg/ m 3 在此温度压力状态下查表得!= 4.259 1 kg/ m3 “=! “ -! ! = - 6.00 % 通过以上计算我们可以看出: 采用的密度补偿 公式的计算误差太大, 不能满足计量仪表的要求。 用公式法最好是采用 “IFC1967 公式” 。 !.!比较 应用查表法, 由于饱和蒸汽和过热蒸汽的密度 都有其密度表, 把数表输入流量积算仪中, 它最能正 确反映不同工况下的蒸汽密度情况, 而且最完整、 最 全面。但它数据量大, 占了大量的空间,
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