流量計:蒸汽流量計|污水流量計|明渠式流量計|電磁流量計|靶式流量計|渦街|渦輪|流量積算儀

精信測器

 

3.1.8  渦街流量計與節流式差壓流量計性能比較

(1)渦街流量計的優點   與節流式差壓流量計相比,渦街流量計有如下優點。

①     結構簡單、牢固、安裝維護方便。無需導壓管和三閥組等,減少泄露、堵塞和凍結等。

②     精確度較高,一般為±(1~1.5)%R。

③     測量范圍寬,合理確定口徑,范圍度可達20:1。

④     壓損小,約為節流式差壓流量計的1/4~1/2。

⑤     輸出與流量成正比的脈沖信號,無零點漂移。

⑥     在一定雷諾數范圍內,輸出頻率不受流體物性(密度、粘度)和組成的影響,即儀表系數僅與旋渦發生體及管道的形狀、尺寸有關。

(2)渦街流量計的局限性

①     對管道機械振動較敏感,不宜用于強振動場所。

②     口徑越大,分辨率越低,一般滿管時流量計用于DN400以下。

③     流體溫度太高時,傳感器還有困難,一般流體溫度≤420℃。

④     當流體有壓力脈動或流量脈動時,示值大幅度偏高,影響較大,因此不適用于脈動流。

(3)節流式差壓流量計優點

①     節流式差壓流量計中的標準孔板結構易于復制,簡單牢固,性能穩定可靠,價格低廉。無需實流校準就可使用,這在流量計中是少有的。

②     適用范圍廣泛。既適用于全部單相流體,也可測量部分混相流,如氣固、汽液、固液等。

③     高溫高壓大口徑和小流量均適用。

④     對振動不敏感,抗干擾能力特別優越。

(4)節流式差壓流量計局限性

①     測量精確度在流量計中屬中等水平。由于眾多因素的影響錯綜復雜,精確度難以提高。

②     范圍度窄,由于儀表信號(差壓)與流量為平方關系,一般范圍度僅3:1~4:1。

③     現場安裝條件要求較高,如需較長的直管段(指孔板、噴嘴),一般難以滿足。

④     節流裝置與差壓顯示儀表之間引壓管線為薄弱環節,易產生泄露、堵塞及凍結、信號失真等故障。

最近幾年發展起來的一體型節流式差壓流量計,雖然仍有引壓管線,但長度不足1m,因而減小了這方面的缺陷。

⑤     壓損大(指孔板、噴嘴)。

3.1.9  蒸汽相變對流量測量的影響  

水蒸氣顧名思義是氣相,但在一定條件下會變成液相;飽和水蒸氣中的水滴本是液相,但在一定條件會被蒸發變成氣相。這是蒸汽質量流量測量中常常碰到的汽水相變。

在推導式質量流量計中,關鍵環節是蒸汽密度的求取,蒸汽相變發生后,就使得通常由蒸汽溫度壓力求取其密度的關系發生變化,因此必須認真對待。

(1)氣相變液相    過熱蒸汽在經過長距離輸送后,往往會因為熱量損失、溫度降低,使其從過熱狀態進入飽和狀態,甚至部分蒸汽冷凝出現相變而變成水滴。這些水滴對流量測量結果究竟有多大影響,下面舉例說明。

有一常用壓力為1.0MPa 的過熱蒸汽,其流量為qm,假設經長距離輸送后有10%qm冷凝成水滴,令其為qm1,而保持氣態的部分為qms,從定義知,此時濕蒸汽的干度為

          X=                         (3.22)

由于采用溫壓補償,所以按照臨界飽和狀態查表,得到此時的蒸汽(干部分)密度為ρs=5.6808kg/m3,,查水密度表知此時水滴的密度為ρL=882.47 kg/m3,顯然水滴與蒸汽干部分的體積流量為

                      qvl=qml/ρ1                             (3.23)

                      qvs=qms/ρ2                              (3.24)

式中    qv1――水滴的體積流量,m3/s;

        qvs――蒸汽干部分的體積流量,m3/s。

      由定義知,蒸汽干部分體積流量占濕蒸汽總體積流量qv之比Rv為

                 Rv=              (3.25)

因為                              (3.26)

所以              Rv=                             (3.27)

在該例中,Rv=99.93%,由此可見,在濕蒸汽中,水滴所占的體積比可忽略不計。

①                  選用渦街流量計時濕度對測量結果的影響。渦街流量計的輸出僅與流過測量管的流體流速成正比,在測量濕飽和蒸汽時,水滴對渦街流量計輸出的影響可忽略,故可認為,渦街流量計的輸出完全是由濕蒸汽的干部分所引起。而干部分的密度,無論是壓力補償或溫度補償,都可較精確地查出。

  蒸汽計量地結果往往作為供需雙方經濟結算地依據。如果雙方約定按蒸汽干部分結算費用,冷凝水不收費,則在本例中相變對測量的影響微不足道,可以忽略。如果冷凝水也按照蒸汽一樣收費,則渦街流量計的計量結果偏低值為1-X。

②                  選用孔板流量計時濕度對測量結果的影響。從GB/T2624-1993標準知[1],孔板流量計測量蒸汽質量流量時有式(3.1)。

當過熱蒸汽熱量損失而脫離過熱狀態后,只可能出現兩種情況。一種是進入臨界飽和狀態,另一種是進入過飽和狀態。如果進入臨界飽和狀態,從理論上講,流量計不會因此而增大誤差,因為在式(3.1)中,根據蒸汽壓力查出的р1與實際密度是相符的。如果進入過飽和狀態,情況就復雜了。

  一般認為,蒸汽干度較高(X≥95%)時流體表現為均相流動。溫壓補償可按通常方法進行;但出現一定誤差。在式(3.1)中,р1是實際流體濕飽和蒸汽的密度,其值比臨界飽和狀態的大,而且干度越低密度越大。而人們根據壓力查出的是臨界飽和狀態的密度,比實際密度小,所以質量流量計結果出現負誤差。在濕度不進行測量的情況下,X是未知數,因此,測量結果偏低多少是個未知數。

  在蒸汽干度較低(X≤95%)時,管道中的流體出現分層流動,產生誤差更大。

(2)濕飽和蒸汽變成過熱蒸汽      濕飽和蒸汽變成過熱蒸汽,一般發生在濕飽和蒸汽突然較大幅度減壓,流體出現絕熱膨脹時。

①     相變過程。濕飽和蒸汽中的蒸汽和水滴,處于汽液相平衡狀態,在壓力突然降低而低于平衡壓力時,水滴部分蒸汽,同時從液相和氣相中吸收汽化熱,使汽液相溫度降低。如果溫度降低得不多或蒸發前濕度較高,就會使溫度迅速降低到與新的壓力所對應的飽和溫度,建立新的平衡。這時蒸汽仍為濕飽和蒸汽。如果壓力降低得很多或蒸發前濕度較低,則因水滴蒸發而使溫度降低后仍高于新的壓力所對應得飽和溫度,則蒸汽變為過熱狀態[5]。

②     蒸發對流量測量的影響

a.     上述蒸發發生后得到的兩種結果,前一種對補償無影響,僅僅是蒸汽中的干部分增加,干度相應增大。

b.       如果蒸發發生后,蒸汽變為過熱狀態,而流量計又恰巧安裝在減壓之后的管道上。這時對流量計的影響分以下三種情況。

設計時已經考慮到蒸汽變為過熱狀態,或處于何種狀態難以確定,或有時是過熱狀態有時是飽和狀態,所以采用溫壓補償,則上述相變對測量結果無影響。

設計時按飽和蒸汽考慮,而且采用壓力補償,則上述相變將帶來較小的誤差,即過熱蒸汽溫度同飽和溫度之差所對應的密度差造成的補償誤差。

設計時按飽和蒸汽考慮,但采用溫度補償,則將過熱蒸汽溫度當作飽和溫度去查密度表。一般會引起較大的誤差。

③     舉例。有一化工廠[5],鍋爐房供飽和蒸汽,并根據各用戶中蒸汽壓力妖氣值最高的一個決定鍋爐供汽壓力為1.0MPa,多數用戶在蒸汽總管進裝置時先經減壓閥減壓。先從圖3.12所示的一個實例著手進行分析。

  

  圖3.12蒸汽減壓和流量測量示意

用作進入裝置蒸汽計量的渦街流量計安裝在減壓(穩壓——閥之后。原設計按飽和蒸汽考慮,采用溫度補償。經減壓,蒸汽總管帶入的水滴蒸發完后汽溫仍高于飽和溫度,呈過熱狀態,現場采集到的數據如圖所示。這是流量二次表按照所測量到的溫度t2=162.4℃查飽和蒸汽密度表,得р2=3.4528kg/m3,而按照t2和p2兩個測量值查過熱蒸汽密度表,得密度р2′=2.6897kg/m3,所以質量流量計算結果出現28.37%的誤差,即

   δmt =

在本例中,如果采用壓力補償,則根據p2=0.42MPa的信號查飽和蒸汽密度表,應得到р″2=2.7761kg/m3,則補償誤差為

δmp=

⑤     解決辦法

a.     將總蒸汽流量計安裝在減壓閥之前。由于上述蒸汽未經減壓時,確屬飽和蒸汽,所以,將流量計安裝在減壓閥之前,按飽和蒸汽補償方法處理,可保證測量精確度。

b.       如果流量計只能安裝在減壓閥后面,則可增裝一臺壓力變送器,進行溫壓補償。

 

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