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孔板在过热蒸汽变饱和蒸汽中的应用
【来源/作者】奥科官网 【更新日期】2016-01-27

我公司供汽分厂与用汽单位相隔距离较远, 过热蒸汽到达用汽单位时各种参数变化较大, 有时过热蒸汽就变成了饱和蒸汽, 使流量装置产生了较大的测量误差。因此, 如何在这种情况下对产生的误差进行修正是本文要探讨和解决的问题。

一、仪表的选用

随着仪表工业的发展, 各种各样的流量仪表不断出现。从化工行业来讲, 绝大多数采用孔板与相应的变送器配套进行流量测量。主要原因是: 产品已标准化, 试验数据完整, 并且便于加工, 工作可靠, 适应性强, 使用寿命长等。节流装置在保证设计参数情况下, 测量误差可达到±1%,基本上能够满足生产需要。

二、测量原理

根据GB2624- 1993《流量测量节流装置》国家标准,节流装置的流量计算基本公式为:

M=αε(AdρΔp)1/2

式中: M———质量流量, kg/s; α———流量系数; ε———流速膨胀系数; Ad———节流件的开孔面积, m2; Δp———差压, Pa; ρ———流体密度, kg/m3。

由公式可以看出, α、ε、Ad对计算结果影响较小, 流体密度ρ和差压Δp是影响测量值M的主要参数。这两个参数误差的大小决定了测量值与真值的接近程度。密度ρ是由介质的质量和体积决定的, 对于固体和液体来说,压力对体积的影响很小, 对于气体, 压力对其体积的影响则相当大。在仪表选型和对节流装置进行设计计算时, 是根据理论进行的, 但是在实际工况条件下, 由于管线过长、保温措施不得当等因素会使蒸汽的压力、温度与设计值有一定的差别, 这样密度值也会相应的发生变化; 如果实际工况偏离设计值越远, 其密度的变化范围就越大, 影响测量值的误差也就越大。

根据蒸汽密度表可以看出, 在相同温度、不同压力下, 过热蒸汽密度变化很大, 如果过热蒸汽变成饱和蒸汽则密度变化更大, 同样, 在相同压力下, 温度不同则密度也不同。从理论上讲, 由于工艺条件改变产生误差是必然的。

因此, 我们采用带温压补偿的测量系统对蒸汽进行测量, 如图1所示。

三、孔板蒸汽计量装置的补偿验证

首先, 根据实际工况对节流装置进行重新设计, 由于孔板已安装完毕, 孔板开孔直径不能改变, 只能根据实际最大差压, 在仪表的量程上进行修正。重新设计参数前后的比较, 如表1所示。

因为对于饱和蒸汽的温度影响很小, 一般采用压力补偿的方法测量流量。

回归方程式为: ρ=KP+B

在压力表范围为(0.1~0.5)MPa时, 将对应的密度代入上式, 解方程组:

1.122=(0.1+0.1)K+B

3.182=(0.5+0.1)K+B

得K=5.15, B=0.092

根据以上参数对工业计算机进行系统组态, 然后对系统进行测试, 当温度为135℃、压力为0.25MPa时, 加入电流信号得到修正前后的流量数据, 如表2所示。

由表2可以看出, 由于工艺条件的变化, 修正前后仪表显示的流量值变化很大, 不进行修正将产生很大的误差, 仪表显示值比实际流量值偏大。

改造完成后我们对测量仪表进行了数据采集, 当压力为0.25MPa时, 温度是135℃, 输入8mA电流连续采集多组数据, 并去掉异常值, 用平均值进行计算, 得出瞬时流量值为2.69t/h时的电流指示值为8mA。

为验证以上结论, 用标准流量装置在相同工艺条件下进行实验测量, 其结果如下:

测量平均值: 2.673t/h, 仪表示值: 2.67t/h由以上实验可以看出, 经过补偿修正后, 仪表显示的流量与实际流量基本相符。

为了从理论上得到验证, 用以下公式计算蒸汽测量装置在实际工况条件下, 经温压补偿后的流量。验证公式:

M=M′〔(I- 4) /16×ρ1/ρ〕1/2

式中:M———实际流量, t/h;M′———设计量程流量, t/h;I———输出电流值, mA; ρ1———实际工况下的蒸汽密度,kg/m3; ρ———孔板设计的蒸汽密度, kg/m3。

由以上验证公式得: 流量为2.70t/h。相对误差=(测量值- 实际值) /实际值×100%=9.9%

四、结论

通过以上两种方法的验证, 说明测量值与实际值的误差符合实际要求, 且我们所运用的补偿方法是可行的。

摘自:中国计量测控网


【关键词】孔板,过热蒸汽,饱和蒸汽,流量测量,奥科官网,北京世纪奥科 

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