插入式渦街流量計比對方法探討

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插入式渦街流量計比對方法探討

引言插入式渦街流量計簡介插入式渦街流量計的標定測量數據的比對方法標定修正比對法的應用實例

2005年8月

摘要  簡單介紹了插入式渦街流量計的構成及點流速計型的插入式渦街流量計的標定方法。簡單分析了用水泵流量比對,便攜式超流量計比對方法的缺點,提出了插入式渦街流量計的標定修正比對的快速查表法,實例證明該方法是有效可行的。

關鍵詞   插入式渦街流量計   比對   標定修正比對法

0  引言

   插入式渦街流量計因其價格低、重量輕、壓損小、易于安裝與維修等特點,在大口徑流量的測量中具有突出的優勢,目前我公司的大口徑水流量的測量上普遍采用插入式渦街流量計。隨著近年來公司各項節能降耗措施的實行,各使用單位對水量計量數據的準確性要求也越來越高,公司內部關于大流量水量計量數據的準確性一直存在較大爭議,因此必須盡快找到一種簡單有效的方法對插入式渦街流量計的測量數據予以比對,以正確評估儀表計量數據的準確性。

1  插入式渦街流量計簡介

   插入式渦街流量計屬于點流速計型插入式流量計,它由測量頭、插入桿、插入結構、轉換器和儀表殼體(測量管道)組成。

當測量頭插于管道中某一特定位置(一般為管道軸線上或管道平均流速處),測量出介質在該處局部流速,然后根據管道內介質流速分布及儀表與管道的幾何參數等推算出管道內的流量值。

插入式渦街流量計的測量頭為脈沖一頻率型。其流量計算公式為:

                                    (1)

式中:qv為體積流量,m3/s;f為流量計的頻率,Hz;K為流量計的儀表系數,1/m3。

2 插入式渦街流量計的標定

   點流速計型插入式流量計的標定方法有兩種:流量計法和流速計法。

   流量計法是對整臺流量計進行標定,其標定設備和方法與滿管式流量計相同,但由于點流速計型插入式流量計常用于大口徑流量的測量,因此其相應的標定設備和標定費用昂貴,無法被普遍采用,只有在某些特定場合(如技術監督部門對流量計測量結果的仲裁、流量計的定型試驗等)使用。

流速計法是把流量計的測量頭當作是一臺流量計來標定。首先測得測量頭的儀表系數K0,然后根據使用現場的流體及管道條件確定修正系數,再根據管道橫截面面積推算出整臺流量計的儀表系數K。對于流速計法所用的標準標定裝置,介質為液體則采用直線明槽,氣體采用低速風洞。

一般流量計生產廠家并不具備上述兩種標準裝置,實際較多采用變通方法即用圓管流量標準裝置對測量頭進行標定以確定測量頭的儀表系數K0,但必須同時確定該裝置試驗階段的某些修正系數。

點流速計型插入式流量計的儀表系數K通常是由標定出的測量頭的儀表系數K0經修正計算得到。儀表系數K的計算修正公式為:

                                        (2)

式中:K0為測量頭的儀表系數,1/m3; 為速度分布系數; 為阻塞系數;A為測量管道的橫截面面積,m2。

3 插入式渦街流量計測量數據的比對方法

  長期以來,我公司使用的插入式渦街流量計自投用之時起,就一直使用儀表的出廠數據,經過儀表的幾個使用周期,由于工藝與現場環境的變化、介質對測量頭的腐蝕與磨損、儀表電子轉換器性能劣化等原因都有可能影響儀表的測量精度。由于公司不具備檢定插入式渦街流量計的標準裝置,在儀表測量數據誤差較大時,常使用如下一些方法對測量進行簡單的比對。

3.1  用水泵流量比對

以前,當使用單位的操作人員對插入式渦街流量計的測量數據產生懷疑時,往往以水泵銘牌上“規定性能點”的額定流量或以泵典型壓力-流量特性曲線對應的流量讀數來進行比對,如果兩項流量值不一致則認為儀表不準確,立即通知儀表維護人員進行檢查,可是經儀表維護人員檢查后又未發現儀表出現異常,因此雙方各持己見并產生爭議。

其實以水泵流量比對儀表流量值常會造成誤解,因為泵的輸送流量是由泵的特性曲線和管系負載特性曲線交匯點所確定的,它隨著運行負載特性而變化,水泵銘牌上標明的額定流量是指在某一規定條件下的流量,而大部分情況下實際流量與額定流量,而大部分情況下實際流量與額定流量是不會一致的。此外,水泵的額定流量也規定允許有4%~8%的容差,同一規格的各臺水泵的壓頭-流量特性曲線與典型曲線也會有相應的差異,輸送流量也不盡相同,即使是水泵的實測壓頭-流量特性,流量值與真實值之間也可能有2%~3.5%的誤差,所以不能用水泵的流量值作為判別流量儀表準確是否的依據。但是日常運行時可以進行互相參照,若出現差值有異常變化時,可作為故障現象,以便進一步檢查水泵、儀表與管系,確定故障原因。

3.2 用便攜式超聲流量計比對

我公司近幾年來先后引進了美國保麗聲POLYSONICS  DCT7088型、日本富士FUJI FLD/C型便攜式超聲流量計,用于評估管網的流動狀況和能量/物料平衡,或用作核查管道上已安裝的其他流量儀表的運行狀況。為了解決公司內部大流量水量計量數據的準確性的爭議,我們曾嘗試用便攜式超聲流量計對水量核算,并進一步用它來與插入式渦街流量計的測量數據進行比對。然而用傳播時間法進行測量的便攜式超聲計,要通過定標計算介入現場管道流通面積和傳播距離,其測量誤差不僅與夾裝位置、管道的特性如管壁材料和厚度,銹蝕狀況、襯里材料和厚度以及聲耦合變化等因素有關,還與安裝調試人員的技術水平有關,且使用較為復雜,一般人員不易掌握,在實際使用時,儀表測量結果不穩定,測量精度無法保證,很難提供有效的數據結果。因此目前用便攜式超聲流量計與插入式渦街流量計的測量數據進行現場比對的條件暫不成熟,還需經過進一步的探索,以便積累經驗。

3.3 插入式渦街流量計的標定修正比對法

雖然通過相應的理論分析和檢修、調試等措施能夠改善插入式渦街流量計的現場使用情況,可是最終要解決對流量儀表計量數據準確性的爭議,最有說服力的還是有效數據。

我公司目前擁有一套靜態容積法水流量標定裝置,其最大工作口徑為300mm。我們嘗試把現場存在爭議較大的插入式渦街流量計拆下,安裝在標定裝置300mm口徑的管線上,用流量計法對整臺流量計進行標定,通過實流標定得出數據,并全面分析該儀表在這一口徑條件下的線性、重復性與精度,分析儀表的使用性能是否合格,并進一步作有關調試,使儀表達到最佳使用狀態。

現在的問題是,在現場安裝管道的幾何參數與實驗條件不同的情況下,如何確定儀表在現場的使用數據?由儀表系數K的計算修正公式(公式2)可知:對于同一臺插入式渦街流量計,其K0值在相同時刻是唯一確定的,經過在流量標定裝置(300mm口徑管線)標定并調試合格的儀表本身是沒有問題的,因安裝現場的管徑等條件不同而使儀表的實際使用系數為K′,K′僅與 參數有關,因而我們可以通過計算確定 ,從而完成比對。

3.4  插入式渦街流量計的標定修正比對法速查法

因為通過公式計算 相當繁瑣,不易被大家掌握,作者結合自己長期積累的一些經驗與體會,編制了速查比對表(注:本表編制以D=300mm的數據為基準求比值,以便快速換算),如表1、表2所列。

表1  不同口徑A、 比速查表

D/mm

300

400

500

600

700

800

900

1000

A

1.000

1.778

2.778

4.000

5.444

7.111

9.000

11.111

1.000

1.021

1.033

1.041

1.047

1.052

1.055

1.058

表2  比速查表

D/mm

0.3

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

300

400

500

600

700

800

900

1000

1.000

1.000

1.000

1.000

1.000

1.008

1.008

1.008

1.000

1.000

1.008

1.008

1.008

1.008

1.008

1.008

1.000

1.000

1.000

1.016

1.016

1.016

1.016

1.022

1.000

1.016

1.016

1.016

1.022

1.022

1.026

1.028

1.000

1.000

1.006

1.006

1.010

1.011

1.015

1.015

1.000

1.006

1.006

1.011

1.015

1.015

1.015

1.019

1.000

1.006

1.011

1.015

1.015

1.015

1.019

1.022

采用流量計法把插入式渦街流量計在300mm管線標定并調試合格,確定D=300mm時儀表的標定系數K,再通過查表1、表2,即可得出實際使用管徑條件下與在300mm管徑條件下的 的比值,從而換算出儀表在實際使用口徑條件下的儀表系數K′,進而完成插入式渦街流量計的標定修正比對。

3.5 插入式渦街流量計標定修正比對法的應用實例

我公司循環水廠中采用SX88-900L1B2型插入式渦街流量計(4~20mA模擬輸出型)進行水量計量,長期來循環水廠對該表的測量數據有很大的爭議,若用水泵的流量值作為基準比對則儀表的測量誤差高達20%。雖然上文已說明不能用水泵的流量值作為判別流量儀表準確與否的依據,但在日常運行中又將它們相互參照使用。經技術人員對水泵、儀表與關系的仔細檢查,確認兩者明顯差值為是儀表系數造成的。

拆下插入式渦街流量計,并按標定修正比對法進行一系列操作,同時對放大器進行相應調試等,取得有效數據:儀表出廠時根據使用現場工藝條件,廠房計算給出儀表最大流量Qmax=6000m3/h,滿度頻率fmax=41.2Hz;安裝在300mm口徑的管線上用流量計法對整臺流量計進行標定,通過實流標定得出儀表系數K=202.951,再通過查表1、表2,得出實際使用管徑900mm條件下與在300mm管徑條件下的 (比儀表常用流量計算)、 、A的比值分別為1.016,1.055,9.000,計算修正出儀表在900mm口徑條件下的儀表系數K′=K/(1.016×1.055×9.000)=21.038,再換算成滿度頻率fmax=41.2Hz時的儀表實際最大流量Qmax=7050m3/h即完成插入式渦街流量計的標定修正比對。經過進一步估算,修正結果與傳統理論計算誤差約為0.5%左右,能夠滿足現場的測量需要。

另外,儀表安裝道現場后,可根據實際情況儀表放大器的增益與靈敏度進行適當調試,使儀表達到最佳運行狀態,這一點也十分重要。

4 結束語

  經過一段時間的試驗,證明用標定修正比對法獲取儀表實際使用數據是有效可行的。我們應用該方法修正了一批測量數據偏差較大的插入式渦街流量計的儀表數據,并得到各方的認可,確保了公司大流量水量計量數據的準確。當然,由于插入式渦街流量計的測量精度受現場管道、儀表的安裝等情況影響較大,修正系數本身的測算也存在一定的誤差,因此有許多問題還有待進一步探討。

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