蒸汽流量測量溫壓補(bǔ)償?shù)挠嘘P(guān)問題

【資料簡介】

這是一個(gè)老話新題，蒸汽流量測量的溫壓自動(dòng)補(bǔ)償，國內(nèi)六七十年代就已開展這方面的工作了，當(dāng)時(shí)得益于氣動(dòng)、電動(dòng)單元組合儀表中計(jì)算單元的發(fā)展和完善。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，這一工作更是有了長足的進(jìn)步。但其基本的原則及應(yīng)用中的一些問題并沒有變，如以下問題：
1．溫壓補(bǔ)償?shù)膶?shí)質(zhì)
　　蒸汽的溫度和壓力改變時(shí)，蒸汽的密度就會(huì)跟著變化，導(dǎo)致蒸汽流量計(jì)產(chǎn)生測量誤差。為減少誤差，可采取溫壓補(bǔ)償方式來減少測量誤差。所謂溫壓補(bǔ)償實(shí)質(zhì)就是被測蒸汽的溫度、壓力與設(shè)計(jì)時(shí)采用的數(shù)值不符時(shí),而采取的蒸汽密度修正措施。密度修正措施既可人工進(jìn)行，也可用儀表或DCS自動(dòng)進(jìn)行。
2．溫壓補(bǔ)償?shù)那疤?
　　本文僅以用孔板測蒸汽流量為例進(jìn)行說明。當(dāng)被測蒸汽流量的實(shí)際參數(shù)（溫度、壓力）與設(shè)計(jì)的參數(shù)不一致時(shí)，其流量系數(shù)α、流束膨脹系數(shù)ε、孔徑d等值都會(huì)改變。但當(dāng)蒸汽的溫度、壓力波動(dòng)不大，即工況參數(shù)偏離設(shè)計(jì)參數(shù)不太多，對(duì)測量影響較小時(shí)，采用溫壓補(bǔ)償措施才能達(dá)到理想的測量精度。其補(bǔ)償公式大多為經(jīng)驗(yàn)公式，在流量儀表書上都有介紹，可直接選用。但當(dāng)工況參數(shù)偏離設(shè)計(jì)值太多.或工況參數(shù)波動(dòng)頻繁且太大時(shí)，既使有了溫壓補(bǔ)償措施，仍難達(dá)到測量精度要求，此時(shí)對(duì)于特定的孔板而言，只能重新計(jì)算差壓與流量之間的關(guān)系。但目前已可引入較完善的補(bǔ)償、修正措施了，即通過智能儀表或DCS對(duì)流量系數(shù)α、流束膨脹系數(shù)ε、密度ρ進(jìn)行全面修正，但其測量精度取決于算法。要做到全補(bǔ)償還是有一定的難度。
3．認(rèn)識(shí)蒸汽的特性
　　在蒸汽流量測量中，當(dāng)蒸汽壓力增大時(shí)其密度增加，蒸汽壓力P實(shí)＞P設(shè)將出現(xiàn)負(fù)誤差，否則將出現(xiàn)正誤差。溫度升高時(shí)其密度減小，即壓力、溫度的變化對(duì)蒸汽密度的影響是相反的，其同相變化時(shí)還可以對(duì)誤差有所互補(bǔ)。
　　通常認(rèn)為過熱蒸汽在管道中流動(dòng)時(shí)屬于單相流,過熱蒸汽的密度由蒸汽的溫度、壓力兩個(gè)參數(shù)決定，有時(shí)還需要考慮對(duì)膨脹系數(shù)ε的補(bǔ)償。特別要指出的是過熱蒸汽在溫度、壓力波動(dòng)范圍較大及保溫效果不好的場合，過熱蒸汽常會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)轱柡驼羝@時(shí)就又成了氣液二相流，即使有了補(bǔ)償措施也難于準(zhǔn)確的測出質(zhì)量流量來。
　　飽和蒸汽的溫度是壓力的單值函數(shù)，因此可將密度的溫壓補(bǔ)償減化為壓力補(bǔ)償。但應(yīng)看到，設(shè)計(jì)時(shí)通常都把飽和蒸汽當(dāng)作干度X=1，把它作為單相流來處理，但實(shí)際情況是飽和蒸汽大多數(shù)都是濕蒸汽，它的干度X＜1，此時(shí)飽和蒸汽在管道中流動(dòng)時(shí)屬于雙相流體，就是有了壓力補(bǔ)償措施也難于準(zhǔn)確的測出質(zhì)量流量來。
4．溫壓補(bǔ)償要從生產(chǎn)實(shí)際出發(fā)
　　采用溫壓補(bǔ)償要綜合考慮，如:計(jì)量要求、流量計(jì)用途、溫度、壓力變送器的成本等因素。對(duì)于計(jì)量用的則一定要采用溫壓補(bǔ)償措施，并應(yīng)選好、選對(duì)經(jīng)驗(yàn)公式及配套的溫度、壓力變送器的精度，并進(jìn)行正確、合理、認(rèn)真的設(shè)置和調(diào)校。對(duì)于作顯示用的儀表，應(yīng)從生產(chǎn)要求的實(shí)際出發(fā)，該補(bǔ)償?shù)木鸵a(bǔ)償，不用和不能補(bǔ)償?shù)膱龊暇筒谎a(bǔ)償。該補(bǔ)償?shù)膱龊喜徊扇⊙a(bǔ)償措施是不對(duì)的，但夸大溫壓補(bǔ)償?shù)淖饔靡彩遣煌椎摹?duì)于被測蒸汽流量的實(shí)際參數(shù)（溫度、壓力）與設(shè)計(jì)的參數(shù)相差不大時(shí)，可用公式運(yùn)算進(jìn)行密度修正。
5．正確對(duì)待情況
　　有的廠商夸大溫壓補(bǔ)償?shù)淖饔茫e工藝參數(shù)的情況來說明誤差。對(duì)于用戶而言，一定要對(duì)實(shí)際工況波動(dòng)頻繁及波動(dòng)很大的場合持慎重態(tài)度。否則單靠溫壓補(bǔ)償仍難達(dá)到測量精度要求。自控人員應(yīng)建議工藝人員查找工況參數(shù)波動(dòng)大及波動(dòng)頻繁的原因，從工藝或設(shè)備上進(jìn)行改進(jìn)才是上策。假設(shè)某流程生產(chǎn)，設(shè)計(jì)要求蒸汽壓力為1.2MPa。溫度為220℃向后工段供汽。但供汽壓力經(jīng)常只有0.5MPa，而溫度卻到500℃，這樣的供汽質(zhì)量，后工序能正常生產(chǎn)嗎?這時(shí)應(yīng)該從生產(chǎn)管理或設(shè)備上找找原因，并解決問題才行，因?yàn)檫@也超出了計(jì)量的范疇，工藝參數(shù)大大偏離了設(shè)計(jì)值，僅靠溫壓補(bǔ)償顯然是不行的，再者，連后工序的生產(chǎn)都難得保證了，計(jì)量也沒有什么實(shí)際意義了!
6．測量誤差的計(jì)算差別
　　當(dāng)實(shí)際工況的溫度、壓力發(fā)生變化，蒸汽的密度將偏離設(shè)計(jì)值，即流量儀表示值將產(chǎn)生誤差，對(duì)于誤差可進(jìn)行計(jì)算。
　　我們先復(fù)習(xí)一下誤差的內(nèi)容:
　　誤差 △=X-X0
　　相對(duì)誤差 δ=Δ／X0 100%
　　引用誤差　r=Δ／A 100%
　　式中:X----真值，其可為相對(duì)真值或約定真值；
X0-- 測量值。
A-----測量儀表的滿量程（有的又稱為刻度范圍）。
　　對(duì)流量的定義是：
　　　 M1 實(shí)際工況下的流量，
　　　 M2 設(shè)計(jì)狀態(tài)下的流量：
M3 溫壓補(bǔ)償后的流量。
　　對(duì)于誤差計(jì)算，所見文獻(xiàn)的計(jì)算算式分別有：
△M＝M2－M1／M1　　 △M＝M3－M1／M1
△M＝M2－M1／A　　　△M＝M3－M1／A
從式中可看出，由于采用的算式不同而略有差別。計(jì)算結(jié)果會(huì)有所差異。
7．避免出現(xiàn)新的誤差
　　采用溫壓補(bǔ)償時(shí)都要用到壓力變送器，這時(shí)應(yīng)考慮:大氣壓及液柱靜壓力的影響，以免出現(xiàn)新的誤差。分述如下:
　　大氣壓力引起的誤差，由于溫壓補(bǔ)償?shù)慕?jīng)驗(yàn)公式中，都包含有蒸汽壓力這一參數(shù)，而一般做法是用壓力變送器，把檢測出來的蒸汽表壓力加上當(dāng)?shù)卮髿鈮簛肀硎緣毫Γ虼嗽诮?shù)學(xué)模型時(shí)，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)卮髿鈮簛碛?jì)算，不能不加區(qū)別的采用近似等于0.1MPa來代替大氣壓，尤其是海拔較高的地區(qū)及所測蒸汽壓力較低時(shí)，更應(yīng)引起注意。如果選用壓力變送器則不會(huì)產(chǎn)生上述影響。
　　液柱靜壓力引起的誤差，由于各種壓力變送器的取壓口與變送器本體大多不可能處于同一高度，因此冷凝水的靜壓力對(duì)變送器的輸出會(huì)造成影響，而產(chǎn)生附加誤差。取壓口與變送器的垂直距離越大則影響越大，這一影響對(duì)普通壓力變送器、壓力變送器都存在影響。這時(shí)可采取零點(diǎn)遷移和加修正值的方法來調(diào)整壓力變送器，以消除影響。