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差压式流量计测量准确度的影响因素
发布时间:2019-01-09

一、差压式流量计不确定度分析
  在GB/T2624-2006《用安装在圆形截面管道中的差压装置测量满管流体流量》中给出了标准差压式流量计不确定度的计算公式:

  在上述公式的6个不确定度分量中,流出系数不确定度δC/C会受到雷诺数Re的影响,所以目前好的流量计算机一般都带有雷诺数补偿功能;对于蒸汽而言,只要将Δp1/p1控制在较小的范围就可以将可膨胀性系数不确定度δε/ε控制在0.1%以内,因此对整体不确定度影响不大,而某些流量计算机也可以提供可膨胀性系数补偿的功能。管道内径不确定度δD/D以及孔板开孔直径不确定度δd/d则属于机械加工准确度的问题,下面将重点分析对差压式流量计蒸汽计量准确度影响最大的两项———差压测量不确定度和密度测量不确定度。
1.差压测量不确定度δΔP/ΔP及提高量程比的方法
  对于标准差压式流量计而言,由于,因此质量流量不确定度与差压不确定度存在以下关系:

  例如,目前世界上准确度等级最高的差压变送器可以达到0.04级,即当ΔP=100%FS时,δΔP/ΔP=0.04%;那么当实际流量只有满量程流量的10%,即ΔP只有1%FS时,δΔP/ΔP=4%,换算成δqm/qm就是2%。
  而蒸汽实际负荷的变化范围一般是非常大的,有时甚至只有满量程的百分之几。所以,如果要提高差压式流量计在全量程范围内的测量准确度,必须想办法扩大流量计的量程比。
  目前被广泛采用的方法有两种:一是增加一台低量程差压变送器组成双量程差压流量计,这样可以直接提高在低量程段的差压测量准确度。例如一台双量程差压流量计,高、低量程的差压变送器准度等级都是0.075级,其中高量程的测量范围是0~100kPa,低量程的测量范围是0~3.75kPa,配合使用后在3%~100%满量程范围内的流量准确度均能达到±1.25%。
  第二种扩大量程比的方法就是采用线性孔板流量计。顾名思义,与标准差压式流量计的开根号关系不同,经过变面积孔板特殊设计的线性孔板流量计,其流量与输出差压存在线性的对应关系。因此在甩掉“根号帽子”后,例如原来只有10∶1的量程比可以被瞬间扩大到100∶1。
2.密度测量不确定度δρ1/ρ1及补偿方法
  蒸汽是可压缩流体,其密度和压力、温度有很大关系。如果没有采取温压补偿措施而仅按照固定密度进行蒸汽计量,带来的后果将是灾难性的,实际值将与示值严重不符。例如,一个孔板流量计按照5Pa的设定压力来计量饱和蒸汽流量,然而实际运行压力为4.2Pa,通过查询蒸汽密度表,这样示值将比真实值偏高
  因此,对于饱和蒸汽必须安装压力或温度变送器进行密度校正,而对于过热蒸汽则必须同时配备压力和温度变送器。在压力或/和温度变送器正确安装的前提下,δρ1/ρ1的大小就仅取决于变送器自身测量的不确定度了。根据经验,这个不确定度一般很小,大约为0.1%。
3.其他可能的影响因素及改善方法
(1)蒸汽干度。由于蒸汽在实际产生和输送的过程中肯定会夹带一些水分,如果不考虑这部分影响,将会使流量计的示值比总质量偏低一些。假定干饱和蒸汽流量qmd与实际蒸汽(含水)总流量qmx的关系可通过下式表示:

  举例:假设蒸汽的实际干度为0.95,如果不考虑干度补偿,则示值流量将比实际总流量偏低=2.53%。蒸汽干度的影响可以通过在流量计算机内置干度补偿系数或直接在流量计的上游安装一台汽水分离器解决。
(2)通过流量计站整体配套校验、使用并引入误差在线修正的一些理念方法,可以最大限度地消除整体误差,提高流量计量的准确度等级。
二、流量计在蒸汽系统正确的安装方式
  除了上述分析的影响蒸汽计量的因素和改善方法,差压式流量计在蒸汽系统中如何正确安装往往也是人们忽略的一块重要内容。由于对蒸汽系统特点的不了解和知识匮乏,当流量计出现较大偏差或故障时,人们通常会把注意点放在流量计本身,而往往忽略了由于选型、安装不合理甚至错误所导致的问题。流量计在蒸汽系统正确的安装方式包括:
1.流量计上游应安装汽水分离器和过滤器。蒸汽带水不仅会对流量计量产生误差,还会对流量计一次装置造成水锤、冲蚀等破坏;过滤器可以保证流量计不受管道杂质、垃圾的卡塞与损坏,但是注意过滤器要经常检查清洗,尤其是新建的蒸汽系统。
2.流量计前的管道应做好支撑和疏水,确保停机阶段在流量计前没有积水,否则起机时会对流量计造成冲击。
3.流量计后应安装止回阀,防止蒸汽凝结水倒流对流量计造成损坏。
4.流量计不要安装在减压阀或调节阀的后面,一来这类阀门在控制过程中一旦关闭,残余蒸汽就会在阀门和流量计之间冷凝,如果没有疏水就会带来水锤的隐患;二来如果控制阀门开度很小,就有可能导致差压式流量计前后因无法形成足够的压差而无法正常工作。
5.流量计也不要安装在气动开关阀后面,否则流量的急剧变化会对流量计造成损坏。
6.流量计上下游应根据厂商要求保证留有足够的直管段距离。
7.应检查差压变送器的高、低侧引压管高度是否一致;压力变送器引压管液柱高度及当地海拔高度的影响是否已修正;差压或压力变送器是否存在零点漂移等问题。
四、总结
   差压式流量计影响其流量测量准确度的因素很多,其中差压测量不确定度、是否具备温压补偿、干度补偿以及流量计的安装方式是影响最大的几个方面。ILVA弹簧负载变面积差压式流量计由于其独特的性能设计,可以做到100∶1的高量程比,特别适合于蒸汽这种负荷变化范围广的流量计量应用。

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