孔板流量計(jì)與渦街流量計(jì)蒸汽計(jì)量誤差分析
孔板流量計(jì)與渦街流量計(jì)蒸汽計(jì)量誤差對比分析
蒸汽的物理性質(zhì)既不同于液體， 也不同于一般氣體，所以給其精確計(jì)量帶來了一定的難度。由于蒸汽的特殊性和人們的傳統(tǒng)習(xí)慣，目前多使用差壓式流量計(jì)對其進(jìn)行流量計(jì)量，而用孔板作為節(jié)流元件的差壓式流量計(jì)使用居多。近年來，將渦街流量計(jì)用于蒸汽計(jì)量的數(shù)量在逐年增加， 其*性是孔板式流量計(jì)所不具備的， 特別是在蒸汽參數(shù)偏離設(shè)計(jì)值時(shí)，孔板式流量計(jì)的計(jì)量誤差將遠(yuǎn)大于渦街流量計(jì)的計(jì)量誤差。下面對兩種流量計(jì)在蒸汽計(jì)量中的誤差進(jìn)行分析和對比。
一、孔板流量計(jì)計(jì)量誤差分析
差壓式流量計(jì)是利用流體的動靜壓能轉(zhuǎn)換原理進(jìn)行流體流量測量的。流體在管道中流動時(shí)，如遇流通面積改變將進(jìn)行動靜壓能轉(zhuǎn)換，靜壓能轉(zhuǎn)換的多少與流通面積改變的大小、流體的流速大小和流體密度大小等有關(guān)。即靜動壓能的變化量是上述3個(gè)物理量的函數(shù)。通過以上分析可以看出，當(dāng)測得某一差壓時(shí)，由于所測流體的密度不同，所代表的流量也不同，只有當(dāng)流體的密度值等于孔板設(shè)計(jì)條件中的密度值時(shí)，所測的差壓才能真實(shí)反映所測的流量。蒸汽由鍋爐產(chǎn)出后送用戶時(shí)，由于熱損耗，溫度和壓力的下降是不可避免的，導(dǎo)致其密度遠(yuǎn)離了設(shè)計(jì)值，再加之其他相關(guān)設(shè)備又不可能*復(fù)原設(shè)計(jì)條件，從而將產(chǎn)生測量誤差。測量誤差隨著蒸汽參數(shù)的波動而波動，而且沒有一個(gè)通用的修正公式。
表1是在同一管道中用同一個(gè)孔板及相同的測量設(shè)備對同一種蒸汽所測得的一組數(shù)據(jù)。從中可以看出，在相同的差壓下，由于蒸汽的溫度和壓力的變化，即蒸汽密度的變化，相同的差壓所對應(yīng)的流量是不同的。以1.0MPa蒸汽計(jì)量為例，只有在蒸汽的物理?xiàng)l件*符合設(shè)計(jì)條件（1.0MPa、300℃）時(shí)，儀表指示的示值才是真實(shí)的實(shí)際流量值。由表 1可以看出，不論在什么條件下，對同一個(gè)差壓值，指示儀表所指示的量值都是定格在設(shè)計(jì)條件下的量值，與實(shí)際量值出現(xiàn)偏差（*符合設(shè)計(jì)條件的量值除外），誤差可達(dá) -11.32％，這么大的誤差是實(shí)際交接計(jì)量中應(yīng)該避免的。因?yàn)樗鶞y得的流量信號也就是差壓信號，對于設(shè)計(jì)值而言不是一個(gè)真實(shí)值，即便后續(xù)測量和運(yùn)算再準(zhǔn)確也無法消除計(jì)量誤差，所以在這種條件下，即使進(jìn)行了溫壓補(bǔ)償，所測得的量值也是不準(zhǔn)確的。另一方面，即使現(xiàn)在一次儀表大多使用 0.25級的差壓變送器，將測得的差壓信號轉(zhuǎn)換成電信號實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)傳，但由于其輸出信號均為標(biāo)準(zhǔn)的（4～20）mADC，電流信號量程只有 16mA，是固定不變的。如果流量量程過大，在信號處理上也會帶來一定的誤差。若（4～20）mA對應(yīng)的流量為（0～50）t/h，那么電流的變化量和流體的流量變化量之間關(guān)系是：0.32mA對應(yīng)1t/h。當(dāng)流量的變化量為 0.1t/h時(shí)引起電流的變化量為0.032mA，由于二次儀表靈敏度的限制，如此小的變化量很難被測量出來，這必將增加測量的誤差。隨著時(shí)間的推移將使最終的計(jì)量結(jié)果產(chǎn)生很大的誤差。
二、渦街流量計(jì)計(jì)量誤差分析
渦街流量計(jì)是利用流體振動原理進(jìn)行流量測量的。在流動的流體中，垂直于流體流動方向插入一個(gè)柱狀體，流體在流經(jīng)柱狀體后，在其下游兩側(cè)交替地產(chǎn)生兩列卡門渦街，卡門渦街的發(fā)生頻率在一定的雷諾數(shù)范圍內(nèi)與流體的流速有關(guān)，并且呈正比線性關(guān)系。在實(shí)際測量中，一臺制造完成的渦街流量計(jì)，其柱狀體的特征寬度 d是固定不變的。由此可見，卡門渦街的頻率在一定的雷諾數(shù)范圍內(nèi)只與流體的平均流速有關(guān)，與流體的密度、黏度等物理參數(shù)基本無關(guān)。只要測得了渦街頻率 f和柱狀發(fā)生體處的流通面積，即可測得流過發(fā)生體兩側(cè)流體的體積流量，技術(shù)篇┃誤差與不確定度要在標(biāo)準(zhǔn)流量裝置上進(jìn)行標(biāo)定，以測出其準(zhǔn)確的流量系數(shù)。這樣，一方面可以使流量計(jì)的準(zhǔn)確度得到確認(rèn)，另一方面可使渦街流量計(jì)的測量準(zhǔn)確度相比出廠時(shí)的準(zhǔn)確度有一定程度的提高，這是孔板流量計(jì)無法相比的。在實(shí)際測量蒸汽時(shí)，由于蒸汽溫度遠(yuǎn)高于標(biāo)定時(shí)流體的溫度，這樣將使渦街表柱狀發(fā)生體的特征寬度和流通面積發(fā)生變化，從而使流量系數(shù)發(fā)生變化。所以應(yīng)對其進(jìn)行修正，以得到實(shí)際的流量系數(shù)，進(jìn)一步保證測量的準(zhǔn)確度。這是孔板流量計(jì)所無法實(shí)現(xiàn)的。
三、結(jié)束語
由于蒸汽特殊的物理性質(zhì)，所以在選用流量計(jì)時(shí)要給予充分重視。由上述對兩種流量計(jì)的測量原理的分析可以看出，當(dāng)蒸汽的壓力和溫度偏離設(shè)計(jì)值時(shí)，兩種流量計(jì)產(chǎn)生的計(jì)量誤差相差很大。如當(dāng)上述蒸汽的參數(shù)由設(shè)計(jì)值的 300℃、1.0MPa變化到 250℃、0.7MPa時(shí)，使用差壓式流量計(jì)計(jì)量可產(chǎn)生 11.23％的誤差。而渦街流量計(jì)的計(jì)量誤差不會大于該表的設(shè)計(jì)計(jì)量誤差，一般為 1.0％～ 2.0％。相比之下，渦街流量計(jì)的計(jì)量準(zhǔn)確度遠(yuǎn)高于差壓式流量計(jì)，所以在蒸汽的實(shí)際參數(shù)不能保證設(shè)計(jì)參數(shù)時(shí)，尤其是用于貿(mào)易交接計(jì)量方面，一定要慎用差壓式流量計(jì)，否則將帶來很大的計(jì)量誤差和經(jīng)濟(jì)損失。
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