差壓式流量計(jì)在蒸汽計(jì)量中的應(yīng)用
隨著我國(guó)大中型企業(yè)的不斷深化改革,企業(yè)內(nèi)部各分廠(chǎng)(車(chē)間)的經(jīng)濟(jì)效益獨(dú)立核算,蒸汽計(jì)量工作已被越來(lái)越多的企業(yè)所重視。蒸汽計(jì)量關(guān)系到能源水泵的統(tǒng)計(jì)和考核,直接關(guān)系到產(chǎn)汽單位和用汽單位的經(jīng)濟(jì)效益,同時(shí),用汽單位正確控制蒸汽計(jì)量的多少,對(duì)生產(chǎn)工藝有很大的幫助。因此,流量?jī)x表的正確選用尤為重要。目前工業(yè)上使用的流量計(jì)品種很多,由于差壓流量計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、通用性強(qiáng)、使用壽命長(zhǎng)、信號(hào)便于遠(yuǎn)傳等特點(diǎn),已被廣泛應(yīng)用。本文就差壓式流量計(jì)在蒸汽計(jì)量應(yīng)用中的若干問(wèn)題進(jìn)行分析。
2 差壓式流量計(jì)的測(cè)量原理及組成
2.1 測(cè)量原理
充滿(mǎn)管里的流體經(jīng)直線(xiàn)管道進(jìn)入節(jié)流裝置,流束將在節(jié)流件處收縮,使流速加快,靜壓力降低,導(dǎo)致節(jié)流件前后產(chǎn)生差壓。流速增大,差壓也隨之增大,因此,通過(guò)測(cè)量差壓,可以確定流量,見(jiàn)圖1。
圖1 角接取壓法孔板裝置
差壓式流量計(jì)由節(jié)流裝置、引壓導(dǎo)管、三閥組、差壓變送器和二次儀表組成。見(jiàn)圖2。
圖2 差壓式流量計(jì)組成
標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流件有三種類(lèi)型,即:孔板、噴嘴、文丘利管。其中流體流過(guò)孔板所產(chǎn)生的壓力損失最大,且孔板具有制造簡(jiǎn)單、適用性廣、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn),工業(yè)生產(chǎn)中廣泛采用標(biāo)準(zhǔn)孔板,精度可達(dá)±0.5%~±1%,公稱(chēng)徑為50~1200mm。
取壓裝置有兩個(gè)取壓口,一個(gè)是上游取壓口,一個(gè)是下流取壓口,上游取壓口引出流體的正壓力,下游取壓口引出流體的負(fù)壓力。
⑵差壓變送器。差壓變送器是差壓式流量計(jì)中的重要組成部分,它將節(jié)流裝置的差壓信號(hào)轉(zhuǎn)變成電流信號(hào),以便于二次儀表處理和運(yùn)算。早期使用的差壓變送器DDZ—Ⅱ(輸出0~10mA)和DDZ-Ⅲ(輸出4~20mA)型,其準(zhǔn)確度均為±0.5%,基本能滿(mǎn)足工業(yè)計(jì)量的要求。目前,國(guó)內(nèi)有兩種系列產(chǎn)品,一種是西安儀表廠(chǎng)生產(chǎn)的1151±0.5%系列差壓變送器,另一種是北京遠(yuǎn)東儀表公司生產(chǎn)的1751系列,其準(zhǔn)確度可達(dá)±0.25%。
⑶顯示儀表。顯示儀表將有效期壓變送氣產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)及其它裝置產(chǎn)生的補(bǔ)償信號(hào)進(jìn)行開(kāi)方并積算,顯示瞬時(shí)流量、累計(jì)流量及其它參量。對(duì)于壓力、溫度波動(dòng)范圍較大的測(cè)量介質(zhì),如過(guò)熱蒸汽等,必須進(jìn)行溫度、壓力補(bǔ)償,對(duì)于飽和蒸汽,應(yīng)進(jìn)行壓力(或溫度)補(bǔ)償。
常用的顯示儀表有電磁計(jì)數(shù)式的開(kāi)方積算器和智能數(shù)顯式的流量積算儀。智能流量積算儀是采用單片微處理機(jī)組成快速修正系統(tǒng),能與差壓、壓力、溫度變送器或與熱電偶、熱電阻配合,對(duì)被測(cè)介質(zhì)由于壓力、溫度偏離設(shè)計(jì)工況引起的流量測(cè)量誤差及累計(jì)積算等,通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)自動(dòng)補(bǔ)償和積算,從而提高測(cè)量精度及可靠性。
3 流量方程
由于氣體具有可壓縮性質(zhì),測(cè)量蒸汽應(yīng)采用質(zhì)量流量。
根據(jù)經(jīng)典的伯努利定律、節(jié)流裝置的基本實(shí)用流量方程為: 式中:qm-質(zhì)量流量kg/h;α-流量系數(shù);ε-流體流束的膨脹系數(shù)(對(duì)不可壓縮流體ε=1,對(duì)可壓縮流體ε1);Ad-工作狀態(tài)下的節(jié)流件開(kāi)孔面積;△P-節(jié)流件上、下流側(cè)規(guī)定的取壓孔位置上的表壓差,MPa;ρ1-工作狀態(tài)下的流體密度kg/m3。
由于影響的因素很多,通常利用經(jīng)驗(yàn)公式,直接實(shí)驗(yàn)測(cè)定或查閱表格和曲線(xiàn)得到。
在實(shí)際生產(chǎn)中,由于鍋爐內(nèi)壓力的變動(dòng),使蒸汽密度偏離設(shè)計(jì)時(shí)所采用的ρ值,從而導(dǎo)致測(cè)量誤差,因此實(shí)際流量的表示式為: 將式⑵除以式⑴得 連續(xù)測(cè)量實(shí)際密度較困難,對(duì)于飽和蒸汽,與壓力或溫度成一定關(guān)系。對(duì)過(guò)熱蒸汽,與壓力、溫度成一定關(guān)系,因此,通過(guò)測(cè)量壓力、溫度得到ρ2。
以絕對(duì)壓力≤2MPa的飽和蒸汽為例:
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式P=(1/1.7235)P015/16 (4)
將⑷式進(jìn)行線(xiàn)性化處理得
ρ2=ρ1(15P/16P0+1/16) ⑸
式中:P0-孔板設(shè)計(jì)時(shí)采用的絕對(duì)壓力MPa;P-工作壓力MPa。
將⑴與⑸代入⑶,得到: 式中:△P=K1×Iλ1,P-0.1033=K2×Iλ2(表壓);Iλ1-差壓變送器輸出電流;K2-壓力變送器系數(shù)。
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