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蒸汽重度对孔板蒸汽流量计测量误差原因分析

发布时间:2018-02-27
 

目前在蒸汽测量中,不少企业所使用的孔板式蒸汽流量计经常出现测量不准确的现象。本文通过定量分析指出:“蒸汽重度的变化是引起测量误差的主要原因”,并在分析的基础上给出了测量相对误差的近似计算公式,供有关企业参考。
计量是进行原材料和各种能源核算的基础,正确的计量则是核算准确性的强有力保证,但在实际生产中,有些地方的计量准确性却不尽人意,有的甚至已失去计量的意义,在我们走访的不少林业“三板”生产企业中,计量问题出现较多的是孔板式蒸汽流量计。由于计量的不准确,已经给企业的成本核算带来困难;如果企业还出售蒸汽,那么将会给企业带来不必要的经济损失,甚至引起企业之间的经济纠纷。
1、孔板式流计的工作原理
孔板式流量计是属于节流变压降式流量计,其工作原理简单地说就是采用差压式测量方法,即在管道内装入节流元件一孔板,当流体流过孔板时,流体流束发生收缩,于是在孔板的前后产生差压。对具有一定形状和一定尺寸的孔板,一定的测压位置和一定参数的流体,在保证孔板前后有足够的直管段等条件下,孔板前后所产生的差压值将随流量变化而变化,而且两者有确定的关系,因此,可通过测量差压,得到流体流量。
工程上,孔板式流量计的流量q和孔板前后的差压△p有下面的关系式:

式中:q-流体流量,m³/h;
a-孔板式流量计的流量系数,由实验确定;
ε-流体膨胀系数,当流体为不可压缩性流体时ε=1;
d、D-孔板孔径和管道内径在所测流体温度t下的尺寸,mm;
β-在流体温度t下的孔板孔径与管道内径之比,β=d/D;
△p-孔板前后的差压,kgf/cm²;
γ-流体节流前的重度,kgf/m³。
2、蒸汽重度影响测量准确性原因分析
由于孔板式流量计的组成比其它仪表复杂,且它的测量特点又与别的仪表不同,其测量的准确性不仅取决于仪表本身曲精度,而且还与测量管道和管路内流体的流动状况有关。所以,能造成孔板式流量计测量误差的原因较多。通常有流量计本身误差、流量计安装使用不当所产生的误差等。
除上述这两种误差外,最容易引起现场操作和订购流量计人员忽视的却是蒸汽重度的影响,因蒸汽重度变化所造成的测量误差往往是较大的。
蒸汽是可压缩性流体,当其压力变化时,其重度亦将发生变化,通过流量计算公式可以知道,孔板式流量计的流量与流体重度有着很密切的关系。在其它条件不变的情况下,若流体重度发生变化,则流体流量将与流体重度的平方根成反比例变化。
在实际中,一般很难保证蒸汽压力始终保持不变,亦即重度常会发生变化,而孔板式流量计的测量准确性除与其安装使用有关外,还与其设计参数有直接的关系。当实际流体重度与设计流量计所采用的流体重度不一致时,则将会带来流量测量误差。这是因为孔板式流量计一旦设计完成,其显示值(即显示仪表的分度值)只与孔板前后差压有关,但这一显示分度值是在某一确定的流体重度(设计时所用的某一设计压力下的流体重度,常称为设计重度γ)下进行分度的。所以,在实际测量中,如果孔板前后的差压不变,但若蒸汽压力发生变化造成重度变化,那么虽然孔板式流量计的显示值不变(因差压没变),但实际流量却会发生变化(因重度变化),这时就会出现流量测量误差。为了说明这一点,先来看下面的实例。
某木材加工厂锅炉房需要测量饱和蒸汽流量,选用的是标准孔板,配CWD-282双波纹管差压计显示流量。订购时向某仪表厂提供需要计量的饱和蒸汽参数为:流量qmin=4t/h、qmin=8t/h,平均绝对压力为10kgf/cm²。设备到货后,按产品说明进行了安装,但在随后使用中发现流量计经常出现较大的测量误差,经标定最大误差达到-31%。现场检查后,除发现因生产原因造成实际蒸汽压力会在3~9kgf/cm²范围内波动(正常时压力常为5kgf/cm²)外,没有发现流量计在安装和使用上有何不当,流量计计量的不准确,一直困扰着现场操作人员。
通常仪表厂是根据用户提供的流量和压力参数,来设计生产孔板式流量计。查有关热工资料,可知:lOkgf/cm²的饱和蒸汽所对应的重度为5.139kgf/m³(此重度即为设计重度γ设);5kgf/cm²对应的重度为2.669kgf/m³(此重度为实际流体重度γ实),根据孔板式流量计的流量公式1得:
孔板设计的指示流量

孔板实际的计量流量

如果忽略其他因素的影响,只讨论因重度的影响所造成的误差,那么可认为△p实=△p设,a'≈a,ε'≈ε,d'≈d。这时因实际蒸汽压力与流量计设计时所用压力不相符引起重度不符,所造成的测量相对误差r为:

将查得的数据代入式(2)得:

如果还考虑a、ε和d的影响,那么计量的相对误差还会进一步增大,这一计算值接近于此流量计的实际最大相对误差。通过上面的计算,可以看出:
①因蒸汽重度的变化所造成的测量误差可能是很大的,蒸汽的实际压力偏离孔板流量计设计压力越严重,所引起的误差就越大;
②一般情况下,误差是负值,即流量计显示值偏小于实际流量。这是因为用户常考虑压力的富裕值,所选压力往往要高于实际压力,形成孔板流量计设计时所用压力高于蒸汽的实际压力,造成计量偏小。若实际压力大于设计压力,则计量值偏大,这时的误差是正的。
当然实际测量时的误差不会始终这么大,随着蒸汽压力的波动,实际压力接近于设计压力时,误差就会变小,这个木材加工厂的流量计之所以会出现这么大的误差,主要原因就是实际压力太远离设计压力所造成的。
总而言之,企业在选择孔板式蒸汽流量计时,一定耍根据实际的蒸汽压力来相应选择流量计的额定压力。如果需要考虑压力的富裕量,也不能偏离太多,否则将会带来较大的计量误差。在经费充足时,应优先考虑选择具有温度和压力补偿的蒸汽流量计,这可以在一定程度上消除因压力或温度(对过热蒸汽,温度也会影响重度)变化引起重度变化所带来的测量误差。