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差壓式流量計蒸汽測量準確度的影響因素及改善方法

作者: 來源: 發布時間:2017-06-23 14:41:15

一、差壓式液位計不確定度分析
在 GB/T2624-2006 《用安裝在圓形截面管道中的差壓裝置測量滿管流體液位》中給出了標準差壓式液位計不確定度的計算公式:QQ截圖20170623144038.jpg

在上述公式的 6 個不確定度分量中,流出系數不確定度δC/C會受到雷諾數 Re 的影響,所以目前好的液位計算機一般都帶有雷諾數補償功能;對于蒸汽而言,只要將Δp 1/p 1控制在較小的范圍就可以將可膨脹性系數不確定度 δε/ε控制在 0.1% 以內, 因此對整體不確定度影響不大, 而某些液位計算機也可以提供可膨脹性系數補償的功能。 管道內徑不確定度δD/D以及孔板開孔直徑不確定度 δd/d則屬于機械加工準確度的問題, 下面將重點分析對差壓式液位計蒸汽計量準確度影響zui大的兩項—— — 差壓測量不確定度和密度測量不確定度。

1. 差壓測量不確定度δΔP/ΔP及提高量程比的方法
           對于標準差壓式液位計而言,由于QQ截圖20170623144105.jpg,因此質量液位不確定度與差壓不確定度存在以下關系:QQ截圖20170623144137.jpg

           例如,目前世界上準確度等級zui高的差壓變送器可以達到 0.04 級,即當 ΔP=100%FS時,(δΔP/ΔP)=0.04%;那么當實際液位只有滿量程液位的 10% , 即 ΔP 只有 1%FS時,(δΔP/ΔP)=4% ,換算成δq m/q m就是 2%。

           而蒸汽實際負荷的變化范圍一般是非常大的,有時甚至只有滿量程的百分之幾。 所以,如果要提高差壓式液位計在全量程范圍內的測量準確度,必須想辦法擴大液位計的量程比。

           目前被廣泛采用的方法有兩種:一是增加一臺低量程差壓變送器組成雙量程差壓液位計,這樣可以直接提高在低量程段的差壓測量準確度。例如一臺雙量程差壓液位計,高、低量程的差壓變送器準度等級都是 0.075 級,其中高量程的測量范圍是 0~100kPa ,低量程的測量范圍是 0~3.75kPa , 配合使用后在 3%~100%滿量程范圍內的液位準確度均能達到 ±1.25% 。

           第二種擴大量程比的方法就是采用線性孔板液位計。 顧名思義,與標準差壓式液位計 QQ截圖20170623144105.jpg的開根號關系不同,經過變面積孔板特殊設計的線性孔板液位計,其液位與輸出差壓存在線性的對應關系。 因此在甩掉“根號帽子”后,例如原來只有 10∶1 的量程比可以被瞬間擴大到 100∶1 。

2. 密度測量不確定度δρ 1/ρ 1及補償方法
        蒸汽是可壓縮流體,其密度和壓力、溫度有很大關系。如果沒有采取溫壓補償措施而僅按照固定密度進行蒸汽計量,帶來的后果將是災難性的,實際值將與示值嚴重不符。例如,一個孔板液位計按照 5Pa 的設定壓力來計量飽和蒸汽液位, 然而實際運行壓力為4.2Pa ,通過查詢蒸汽密度表,這樣示值將比真實值偏高QQ截圖20170623151219.jpg。

           因此, 對于飽和蒸汽必須安裝壓力或溫度變送器進行密度校正,而對于過熱蒸汽則必須同時配備壓力和溫度變送器。 在壓力或 / 和溫度變送器正確安裝的前提下,δρ 1/ρ 1的大小就僅取決于變送器自身測量的不確定度了。 根據經驗,這個不確定度一般很小,大約為 0.1% 。

3. 其他可能的影響因素及改善方法
( 1 )蒸汽干度。 由于蒸汽在實際產生和輸送的過程中肯定會夾帶一些水分, 如果不考慮這部分影響,將會使液位計的示值比總質量偏低一些。假定干飽和蒸汽液位 q md 與實際蒸汽(含水)總液位 q mx 的關系可通過下式表示:QQ截圖20170623151241.jpg

           舉例:假設蒸汽的實際干度為 0.95 ,如果不考慮干度補償,則示值液位將比實際總液位偏低 QQ截圖20170623151246.jpg=2.53% 。蒸汽干度的影響可以通過在液位計算機內置干度補償系數或直接在液位計的上游安裝一臺汽水分離器解決。
           ( 2 )通過液位計站整體配套校驗、使用并引入誤差在線修正的一些理念方法,可以zui大限度地消除整體誤差,提高液位計量的準確度等級。二、液位計在蒸汽系統正確的安裝方式除了上述分析的影響蒸汽計量的因素和改善方法,差壓式液位計在蒸汽系統中如何正確安裝往往也是人們忽略的一塊重要內容。由于對蒸汽系統特點的不了解和知識匱乏, 當液位計出現較大偏差或故障時,人們通常會把注意點放在液位計本身,而往往忽略了由于選型、 安裝不合理甚至錯誤所導致的問題。液位計在蒸汽系統正確的安裝方式包括:

           1. 液位計上游應安裝汽水分離器和過濾器。 蒸汽帶水不僅會對液位計量產生誤差,還會對液位計一次裝置造成水錘、沖蝕等破壞;過濾器可以保證液位計不受管道雜質、垃圾的卡塞與損壞,但是注意過濾器要經常檢查清洗,尤其是新建的蒸汽系統。
           2. 液位計前的管道應做好支撐和疏水,確保停機階段在液位計前沒有積水,否則起機時會對液位計造成沖擊。
           3. 液位計后應安裝止回閥,防止蒸汽凝結水倒流對液位計造成損壞。
           4. 液位計不要安裝在減壓閥或調節閥的后面,一來這類閥門在控制過程中一旦關閉,殘余蒸汽就會在閥門和液位計之間冷凝, 如果沒有疏水就會帶來水錘的隱患;二來如果控制閥門開度很小,就有可能導致差壓式液位計前后因無法形成足夠的壓差而無法正常工作。
           5. 液位計也不要安裝在氣動開關閥后面,否則液位的急劇變化會對液位計造成損壞。
           6. 液位計上下游應根據廠商要求保證留有足夠的直管段距離。

           7. 應檢查差壓變送器的高、低側引壓管高度是否一致;壓力變送器引壓管液柱高度及當地海拔高度的影響是否已修正;差壓或壓力變送器是否存在零點漂移等問題。
 

三、VA 彈簧負載變面積差壓式液位計介紹
           ILVA ( In-Line Variable Area )彈簧負載變面積差壓式液位計是英國 Spirax Sarco 公司專門為蒸汽液位計量而設計的產品。它是一種輸出差壓與液位之間保持線性關系的特殊孔板液位計,因此又稱為線性孔板液位計。其zui大的產品特點就是可以將液位測量的量程比范圍擴大至 100∶1 , 極大提高了流體在小液位工況下的計量準確度等級。
ILVA 液位計主要特點:
( 1 )量程比可達 100∶1 ,可以滿足不同工況負荷變化的要求。
( 2 )出廠經過 14 點實流標定,消除非線性誤差。
( 3 )準確度高,誤差在 5%FS~100%FS 時為測量值的 ±1%,在1%FS~5%FS 時為全量程的 ±0.1% 。
( 4 )重復性好,優于 ±0.25% 。
( 5 )法蘭對夾式的設計非常緊湊,且安裝方便。
( 6 )紡錘形錐體自帶整流效果,因此對上下游直管段長度要求低,僅需前 6D 后 3D ,并且可以有效避免蒸汽帶水的沖蝕,使用壽命長。
( 7 )配套的液位計算機程序內部自帶雷諾數、可膨脹性系數、溫度和干度補償功能,經由目前國家weiyi使用蒸汽實流檢定的煙臺國家蒸汽液位站校驗,在用蒸汽實測時 ILVA 的準確度等級可以達到 1.5 級, 該誤差遠遠低于其他任何形式的液位計。

四、總結
           差壓式液位計影響其液位測量準確度的因素很多,其中差壓測量不確定度、是否具備溫壓補償、干度補償以及液位計的安裝方式是影響zui大的幾個方面。ILVA 彈簧負載變面積差壓式液位計由于其獨特的性能設計,可以做到 100∶1 的高量程比,特別適合于蒸汽這種負荷變化范圍廣的液位計量應用。

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