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关于蒸汽流量测量使用温度压力补偿的问题
点击次数:148 发布时间:2018-06-30

蒸汽流量测量的温度压力自动补偿(以下简称温压补偿),国内20世纪六七十年代就已开展这一工作,当时得益于气动、电动单元组合仪表中计算单元的发展和完善。随着计算机技术的发展,这一工作更是有了长足的进步。但其基本的原则及应用中的一些问题并没有变。以下七点不容忽视! 

压力补偿:将压力设定为规定值进行的自动控制叫做压力补偿。大多数流体(尤其是气体)的密度会随着工况条件的变化而变化,所以流体的密度要进行压力补偿。

温度补偿:电子元器件通常都有一定的温度系数,其输出信号会随温度变化而漂移,称为“温漂”,为了减小温漂,采用一些补偿措施在一定程度上抵消或减小其输出的温漂,这就是温度补偿。

差压补偿:将差压等被测工艺参数转换成相应的电气统一标准信号,然后将此信号送至其他单元以实现对上述工艺参数的自动检测或自动调节,叫做差压补偿。

测量蒸汽流量时为什么要进行温度或压力补偿?

按照测量原理来说,我们的流量计实际上只能测量当前工况下流体流过的体积,所以这个情况对我们不适用。

我们实际上使用的时候,是想测量流过多少质量的流体。而蒸汽在不同的压力和温度下,密度变化很大,所以就要在测量蒸汽流过多少体积的同时要测量压力和温度。只有时刻了解蒸汽的密度才可以,准确测量出蒸汽的质量。

所谓补偿,就是根据流体的温度和压力数据来计算出流体的密度,从而根据测量出来的流体体积,计算出流体质量。

至于水蒸汽的补偿,如果水蒸汽是饱和蒸汽就要进行压力或者温度补偿(温度补偿和压力补偿各选其一)。如果是过热蒸汽则要进行温压补偿(温度补偿和压力补偿同时进行)。

注意一点,在水蒸汽的分类中,饱和蒸汽和过热蒸汽,千万不能弄错,因为饱和蒸汽的密度是高于过热蒸汽的,在仪表的选择和设置时一定要注意。一旦在这个地方搞错,会造成严重的经济损失。

当然也有一些仪表,不必区分水蒸汽是饱和蒸汽还是过热蒸汽,因为它们除了接测量流量的装置外,同时也接有测量温度和压力的装置。

1、温压补偿的实质

蒸汽的温度和压力改变时,蒸汽的密度就会跟着变化,导致蒸汽流量计产生测量误差。为减少误差,可以采取温压补偿方式来减少测量误差。温压补偿的实质就是被测蒸汽的温度、压力与设计时采用的数值不符时,而采取的蒸汽密度修正措施。密度修正措施既可人工进行,也可用仪表或DCS自动进行。                                                                                 2、温压补偿的前提                                                                    现引用孔板测蒸汽流量为例进行说明。当被测蒸汽流量的实际参数(温度、压力)与设计的参数不一致时,其流出系数C、流束线胀系数ε、孔径d等值都会改变。但当蒸汽的温度、压力波动不大,即工况参数偏离设计参数不太多,对测量影响较小时,采用温压补偿措施才能达到理想的测量精度。其补偿公式大多为经验公式,在流量仪表书上都有介绍,可直接选用。但当工况参数偏离设计值太多或工况参数波动频繁且太大时,即使有了温压补偿措施,仍难达到测量精度要求,此时对于特定的孔板而言,只能重新计算差压与流量之间的关系。但目前已可引入较完善的补偿、修正措施了,即通过智能仪表或DCS对流出系数C,流束线胀系数ε、密度ρ进行全面修正,但其测量精度取决于算法。要做到全补偿还是有一定的难度。                                                             3、补偿措施对两相流无能为力

在蒸汽流量计量中,当蒸汽压力增大时其密度增加,蒸汽的工况压力大于设计压力时将出现负误差,否则将出现正误差。温度升高时其密度减小,即压力、温度的变化对蒸汽密度的影响是相反的,其同相变化时还可以对误差有所互补。

通常认为过热蒸汽在管道中流动时属于单相流,过热蒸汽的密度由蒸汽的温度、压力两个参数决定,有时还需要考虑对线胀系数ε的补偿。特别要指出的是在温度、压力波动范围较大及保温效果不好的场合,过热蒸汽常会转变为饱和蒸汽,这时就又成了气液两相流,即使有了补偿措施也难于准确测出质量流量来。                                                                           饱和蒸汽的温度是压力的单值函数,因此可将密度的温压补偿简化为压力补偿。但应看到,设计时通常都把饱和蒸汽当作干度X=1,把它作为单相流来处理,但实际情况是饱和蒸汽大多数都是湿蒸汽,它的干度X<1,此时饱和蒸汽在管道中流动时属于两相流体,就是有了压力补偿措施也难以准确测出质量流量来。

4、温压补偿要从生产实际出发

采用温压补偿要综合考虑,如计量要求、流量计用途、温度、压力变送器的成本等因素。对于计量用的一定要采用温压补偿措施,并应选好、选对经验公式及配套的温度、压力变送器的精度,并进行正确、合理、认真地设置和调校。对于作显示用的仪表,应从生产要求的实际出发,该补偿的就要补偿,不用和不能补偿的场合就不补偿。该补偿的场合不采取补偿措施是不对的,但夸大温压补偿的作用也是不妥的。对于被测蒸汽流量的实际参数(温度、压力)与设计的参数相差不大时,可用下式进行密度修正.                                                                             5、正确对待极端倩况

有的厂商夸大了温压补偿的作用,举工艺参数的极端情况来说明误差。对于用户而言,一定要对实际工况波动频繁及波动很大的场合持慎重态度。否则单靠温压补偿仍难达到测量精度要求。自控人员应建议工艺人员查找工况参数波动大及波动频繁的原因,从工艺或设备上进行改进才是上策。假设某流程生产、设计要求蒸汽压力为1.2MPa,温度为220℃向后工段供汽。但供汽压力经常只有0.5MPa,而温度却到300℃,这样的供汽质量,后工序能正常生产吗?这时应该从生产管理或设备上找原因,并解决问题才行,因为这也超出了计量的范畴,工艺参数大大偏离了设计值,仅依靠温压补偿显然是不行的,再者,连后工序的生产都难以保证了,计量也没有什么实际意义了。

6、测量误差的计算差别

当实际工况的温度、压力发生变化,蒸汽的密度将偏离设计值,即流量仪表示值将产生误差,对于误差可进行计算。

 

先复习一下误差的内容:

 

式中X——真值,其可为相对真值或约定真值;

X0——测量值;

A——测量仪表的满量程(有的又称为刻度范围)。

对流量的定义是:

M1——实际工况下的流量;

M2——设计状态下的流量;

M3——温压补偿后的流量。

对于误差计算,所见文献的计算算式分别有:

 

从上式可看出,由于采用的算式不同而略有差别,计算结果也会有所差异。

 

7、要避免出现新的误差

采用温压补偿时都要用到压力变送器,这时应考虑:大气压及液柱静压力的影响,以免出现新的误差。分述如下。

 

大气压力引起的误差,由于温压补偿的经验公式中,都包含有蒸汽压力这一参数,而一般做法是用压力变送器,把检测出来的蒸汽表压力加上当地大气压来表示绝压,因此在建立数学模型时,应根据当地大气压来计算,不能不加区别采用近似等于0.1MPa来代替大气压,尤其是海拔较高的地区及所测蒸汽压力较低时,更应引起注意。如果选用压力变送器则不会产生上述影响。

液柱静压力引起的误差,由于各种压力变送器的取压口与变送器本体大多不可能处于同一高度,因此冷凝水的静压力对变送器的输出会造成影响,而产生附加误差。取压口与变送器的垂直距离越大则影响越大,这一影响对普通压力变送器、压力变送器都存在影响。这时可采取零点迁移和加修正值的方法来调整压力变送器,以消除影响。

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