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如何提高蒸汽流量计量的准确性

发布时间:2017-10-23
 

摘要:蒸汽流量的计量问题是流量计量的难点。文章通过分析蒸汽流量计量的特点,发现影响蒸汽流量计量的主要问题,并提出提高蒸汽流量计量准确性的建议。
1、蒸汽的特点
1.1饱和蒸汽流量计量中的“两相”问题
在石油化工的生产中,会用到多种压力等级的蒸汽,就兰州石化而言,从10MPa到0.6MPa总共有十余种等级的蒸汽,这些蒸汽大多数属于过热蒸汽或饱和蒸汽,用干度(指饱和蒸汽中的含水量多少)来衡量过热蒸汽或饱和蒸汽,其含水量可忽略不计;干度差的称湿饱和蒸汽,含水量最多可达30%,这就存在着蒸汽的“两相流”问题。因为任何蒸汽计量仪表在计算饱和蒸汽流量时所用的设计压力下的蒸汽密度值都采用其干度X=1时的数值,也就是干蒸汽的数值;同时,湿蒸汽因含有密度比干蒸汽大数百倍的液体水粒,在管道中流动时其速度要比干蒸汽小,这样所测得的差压值就低了,反映在仪表读数、记录上就存在着密度和流速受干度影响所带来的叠加性的双重负误差,并造成湿饱和蒸汽计量难度。
1.2蒸汽密度随温度压力变化
计量饱和蒸汽或过热蒸汽常用质量流量,单位为kg/h或t/h。质量流量大小与蒸汽的密度有关,而蒸汽的密度又直接受蒸汽的压力及温度影响。在蒸汽计量过程中,随着蒸汽压力及温度不断变化,密度也随着变化,使质量流量也随着变化。如果计量仪表不能跟踪这种变化,就会造成计量误差。在蒸汽计量过程中,一般都是通过压力及温度传感器跟踪蒸汽压力及温度变化来达到密度补偿目的。饱和蒸汽的密度变化与其压力或温度成正比关系,因而单独通过测压力或测温度都可以对饱和蒸汽进行密度补偿。过热蒸汽的密度与其压力、温度成函数关系,而不是正比关系。过热蒸汽的密度补偿必须同时测其压力和温度。
1.3蒸汽流量计量中的高温高压问题
高温高压是蒸汽计量又一显著特点,它造成大多数计量仪表难以适应,因而可供蒸汽计量的仪表种类不多。例如西固热电厂输送的过热蒸汽,5.0MPa高达450℃以上,使用蒸汽计量仪表首先要考虑耐高温、高压,而且要求有良好的稳定性、可靠性、密封性。
2、影响蒸汽流量计量的主要问题
蒸汽的计量不同于其它流体如水、空气等介质,在实际测量中影响其精确测量的因素比较多,归结起来主要有以下五个方面。
2.1量程比不足
量程比是指一个流量计能确保给定的精度和再现性的范围内,所能测量的最大流量和最小流量之比。量程比是基于实际的流速,蒸汽系统一般的最大允许速度为35m/s。而不同的流量计允许的最低流速是不同的,一般涡街流量计所能测量的最低蒸汽流速为2.8m/s,对于量程比不足的情况,应采用大量程比的流量计或选择多个流量计并联。当然,也不是量程比越大越好,而是在测量精度相当的前提下,保证长期稳定性和可靠性才是最重要的。
2.2上下游直管段不足
对于传统的涡街或孔板流量计,其前后安装直管段要求分别约为20D和5D。如果上下游直管段不足,则会导致流体未充分发展,存在旋涡和流速分布剖面畸变。流速剖面畸变通常由管道局部阻碍 (如阀门)或弯管所造成,而旋涡普遍是由两个或两个以上空间(立体 )弯管所引起的。上下游直管段不足也可以通过安装流动调整器来调整,最简单有效的办法是采用对上下游直管段要求较低的流量计。
2.3蒸汽的密度补偿不正确
为了正确计量蒸汽的质量流量,必须考虑蒸汽压力和温度的变化,即蒸汽密度补偿。首先是补偿精确度的差异,测温对补偿精确度影响较大 如采用相同精度等级的温度和压力感应器,测温误差引起的密度差异要大于测压误差。其次是压力测量影响因素,在蒸汽压力的测量中,由于引压管内冷凝水的重力作用会使压力变送器测量到的压力同蒸汽压力之间出现一定的差值。测压误差如果不予以校正,则会影响蒸汽密度的计算,引起流量计量的误差。对于上述现象,可在二次表(流量计算机内)进行零点迁移。最后是温度测量影响因素,从流量计现场使用的情况来看,温度测量误差除了测温元件的固有误差之外,还同安装的不规范有关。
2.4蒸汽干度的影响
目前,用于测量蒸汽流量的流量计大部分为体积流量计,先是测得体积流量,然后通过蒸汽的密度计算质量流量,也就是假定蒸汽为完全干燥。但是,蒸汽并非完全干燥,如果不考虑蒸汽干度的影响,得出的数据会低于实际的流量。因此流量计的二次仪表(流量计算机)应该具有设置饱和蒸汽干度的功能。但在实际工况下确定蒸汽的干度也很困难。如果能够改进蒸汽流量计入口处的蒸汽品质,则能改进蒸汽流量计的测量精度。
2.5差压传送误差
一是零点漂移。差压变送器安装到现场投用后,往往发现零位输出与校验时的零位输出不一致。这种零位输出偏离称为静压误差。二是引压管布置不合理。引压管线应保证合理的坡度使管内可能出现的气泡较快地升到母管内,管内出现的杂质等就可以较快地下沉到排污阀。
3、如何提高蒸汽计量的准确性
3.1对蒸汽计量仪表进行正确选型选择蒸汽流量计量仪表,首先要考虑量程问题。有些是冬季用汽量相对大,而夏季用汽量相对较小,用汽量相差过于悬殊,那么蒸汽计量仪表在保证测量准确度的前提下,蒸汽计量仪表的流量范围就难以适应。因此,要明确最小流量 (不是零)及最大流量,在此基础上选择符合相关运行参数的计量仪表。
3.2对蒸汽计量仪表进行正确安装
对于任何计量仪表都必须安装正确,否则就无法正常工作。正确安装蒸汽计量仪表,必须做到五点。
①在所要安装计量仪表的前后必须留有足够长的直管段。
②蒸汽计量仪表不能安装在整套管路最低处。
③必须高度重视冷凝器的安装:两个冷凝器必须处于同一水平上,冷凝器的作用是使导压管中被测蒸汽冷凝;并使正、负导压管中的冷凝液面有相等高度;还必须保持长期稳定;还要充分考虑维护、拆换、吹扫便利。
④导压管长度最好在16m以内,内径最好选用Φl0mm~Φl6mm有防堵塞为好.导压管全程保温并确保正、负管处于同等温度以免密度变化引起误差。
⑤装测温元件地方最好在节流件下游侧10D以外处,在管道或正压管上取压时,如压力变送器装在节流装置下方,必须对压力变送器的管路液柱值进行修正,以提高计量准确度。
4、蒸汽流量计在企业实际应用中出现的问题
我公司蒸汽流量计量主要是以差压式流量计占多数,如:孔板流量计、威力巴流量计、文丘里流量计等。在实际应用中,发现我公司接西固热电厂中压蒸汽量差偏大,通过对供接双方计量表选型、安装及仪表内部参数设置等进行查看核实后,发现我方计量监督表在安装方面存在以下问题:一是引压管有渗漏现象;二是伴热管温度偏高,且距离引压管太近,所以造成计量误差偏大。于是对引压管渗漏进行了密封处理,并对伴热管的位置做了合理性的调整。通过2012年几个月的观察比对,量差基本控制在允许误差范围之内。计量仪表误差比对图、表分别见图1、表1。

5、对蒸汽计量仪表的维护
蒸汽计量仪表在长期运行后,无论管道还是节流装置都会发生变化,如结垢、磨损、腐蚀等;节流件是依靠结构形状及尺寸保持信号的准确度,任何几何形状尺寸的变化都会给测量带来误差。而测量误差的变化并不能从信号中觉察到,因此必须对节流件进行定期检查;由于仪表长期处在高温、高压的水蒸汽环境中,很容易造成表件损坏、锈蚀、杂质阻塞等情况,因此需要经常维护和定期检修;引压管线应定期检查维护,确保无泄漏无堵塞,引压管的内径与被测流体的性质和引压管总长度有关。为了避免正负压引压管内介质温度不一致,导致密度出现差异,引起传送失真,正负引压管应尽量靠近布置。当用于室外或严寒地区时,引压管中的液体可能会结冰,因此如有需要伴热保温,应避免将伴热管直接绕在引压管上,导致介质部分汽化,出现虚假误差。
由于我们的企业是连续生产性质的,计量仪表的维护、检修一般是与大检修同步进行。在公司大检修期间,要对孔板差压式蒸汽流量计进行检查,特别要检查孔板开口的圆面是否锈蚀,有没有附着脏物,要进行清洗,对锈蚀严重的孔板要更换。如果几何尺寸变化不大仍可继续使用,也应根据实测数据对设计数据进行修正,以保证测量的准确。
6、结束语
蒸汽的计量是一个困扰企业计量人员的难题,虽然经过我们技术人员的不断努力,找到了一些规律性的东西,也为我们解决蒸汽计量问题找到了一些办法,但我们还是感觉蒸汽的计量还有许多待解决的难题,我们将在以后的工作实践中不断总结,为更好地解决这一问题不懈努力。