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高温压大口径蒸汽流量计的选型
发布时间:2020-10-15 08:45:04

一、高温压、大口径蒸汽流量计的选型分析
  近年来,流量测量技术获得了飞速发展,蒸汽流量测量大多使用差压式流量计涡街流量计,在实际应用中,高温型涡街流量计最大口径只能做到300mm,最高温度450℃。因此,在高温压大口径蒸汽流量测量中,差压式流量计仍然具有独到的优势,其选型综合分析如表1所示。

  由表1可知,在高温压、大口径蒸汽管线上采用ISA1932标准喷嘴可获得较高的测量准确度。但包括标准喷嘴在内的标准节流装置是在常用流量下按额定工况进行设计的,在传统的蒸汽流量测量中,由于密度受压力、温度的影响较大,所以在测量差压AP的同时,安装压力变送器和温度变送器进行部分密度补偿。
数由额定工况时的各参数值(C、β、e、d)计算得到,但在蒸汽流量测量这个动态过程中,随着管道中温度、压力和流量的不断变化,流体的雷诺数Re也在动态地变化,不仅密度ρ在动态变化,其他参数(C、β、e、d)均可能偏离额定工况值,部分补偿的方式导致测量误差较大。针对传统差压流量测量系统中存在的缺点和不足而研制智能化多变量变送器,将影响精确测量的这些因素降到最低程度。
二、多变量变送器全补偿方法.
  根据差压式流量计流量公式(1)的分析推导,

  在式(3)中,将影响流量测量的各参数比式(1)更清晰直观表达出来了。首先:多变量变送器稳定性高,差压△P准确度可高达+0.04%,满足了差压△P测量的高准确度要求;其次,采用智能技术的多变量变送器运行速度极快,通过参数C、ε、E、d和ρ实时动态全补偿,补偿方法如下:
1.流出系数C的补偿.
  根据GB/T2624.3-2006《用安装在圆形截面管道中的差压装置测量满管流体流量第3部分:喷嘴和文丘里喷嘴》,ISA1932喷嘴流出系数C与Re和β的之间的定量关系为

C系数与蒸汽流量qm为线性关系,对于气体和蒸汽来说,流量变化引起的C系数误差一般在0.25%~2.5%之间。运用流量系数补偿后,C系数误差就可避免。
2.蒸汽膨胀系数ε的补偿
  根据GB/T2624.3--2006,标准喷嘴的可膨胀系数为

  式中:k-等熵指数;τ=P|/P,下游取压口处的绝对静压P2与上游取压口处的绝对静压P1之比;气体膨胀系数?与蒸汽流量qm为线性关系。
  现场一个在用的直径450mm、设计流量为50t/h的ISA1932喷嘴,当用户因不同工况所需蒸汽流量在(33~130)t/h变化时,引起的气体膨胀系数。误差在0.17%--1.72%之间。由此可见,在测量蒸汽流量时,若把气体膨胀系数ε当作常数处理将产生误差,对ε进行补偿是很有必要的。
3.渐进系数E和d2的补偿

将式(6)代人式(8)得:
△qm=[1+a1(1-330℃)]2-1=2a1(t-330)+[a1(1-330℃)]2
  如果喷嘴工作的温度范围为300~400℃,节流件材质为316,查表得a=0.0000175mm/mm℃,喷嘴喉部内径为206.236mm,则由内径d所造成的最大相对误差为.
△qm=2a1(400-330)+[a1(400-330)]2=0.26%
  由此可知,对d2和E进行补偿,即实现了孔径d、管径D和孔径比β的全补偿,这也是多变量变送器能实现高准确度计量的一个重要因素。
4.蒸汽密度ρ的补偿
  在其他参数不变的情况下,蒸汽流量qm与密度.ρ之间的关系为,可以看出,蒸汽流量计与蒸汽密度的平方根成正比关系。蒸汽是压缩性气体,当其温度、压力变化时,其密度将发生明显的变化,这将引起流量很大的误差

  式中:qm、qm设一一实际流量测量和设计工况下的流量,kg/s;ρ和p设一-蒸汽的实际密度和设计工况下的密度,kg/m3。
假如设计时,蒸汽工作表压为10.3MPa,温度为330℃,实际工况时蒸汽工作表压在(9.7~10.3)MPa、温度330℃~340℃之间变化时,密度引起的相对误差为-6.7%~0。因此,由蒸汽密度的变化造成的测量误差会很大,蒸汽的实际状况偏离标准喷嘴设计状况越严重,所引起的误差就越大。
  多变量变送器内置的水蒸气的温度范围为0~850℃,压力≤25MPa,密度误差小于0.1%,因此蒸汽密度变化引起的计量误差可基本避免。
三、结论
  差压式流量计虽已年代久远,但制造技术和国家、国际标准相当成熟,随着多变量变送器动态全补偿智能技术的引入,大大提高了高温压、大口径蒸汽流量测量的准确度,减少了安装维护工作量。但同时,标准节流装置安装在高温压蒸汽管道上,实施规范化的监督检验,安装后必须和管道--起通过特种设备检验检测这一步万万不可忽视。

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