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孔板流量计测量蒸汽误差原因分析
发布时间:2019-07-16

摘要:介绍了孔板流量计的用途、概念、原理、优点和缺点;从测量误差偏大和偏小两个方面进行了误差分析并提出了解决办法。
1孔板流量计的用途
  孔板流量计被广泛应用于化工、食品、煤炭、建筑、交通、轻纺、农业、医药、环境保护等领域,是改进产品质量、节约能源、提高管理水平和经济效益的重要工具。在过程自动化仪表与装置中,孔板流量计有两大功用:作为过程自动化控制系统的检测仪表和测量物料数量的总量表。
2孔板流量计的概念及原理
  所谓孔板流量计,就是在管道内部加装一个中间开孔的圆板,然后测量蒸汽在孔板前后的压力差,经过计算换算出蒸汽的流量。因为蒸汽的流速在节流件处(孔板)形成局部收缩,静压力降低,流速增加,于是在节流件前后便产生了压差。
  根据流动连续性方程(质量守恒定律)和伯努利方程(能量守恒定律),流量的大小与差压的大小存在一定的比例关系:M2∝ΔP。式中,M为流量;ΔP为差压。
  通过引压管将差压信号引入差压变送器,差压变送器将差压信号送入流量积算仪,积算仪将差压信号换算成流量信号。同时通过温度和压力传感器测出蒸汽的温度和压力,积算仪根据当时的温度和压力计算出补偿后的流量。
制造一个孔板流量计需要以下参数:管道的口径(管径×壁厚);孔板流量计测量的介质;被测介质的工作温度;被测介质的工作压力(最大压力、最小压力、正常压力);被测介质的工作流量(最大流量、最小流量、正常流量);被测介质的黏度。
3孔板流量计的优点和缺点
  孔板流量计的优点:第一,适用于较大口径管道的计量(目前口径大于DN600mm的流量计一般只能选用孔板);第二,经久耐用;第三,标定全面;第四,价格便宜。
  孔板流量计的缺点:第一,对节流装置、引压管、冷凝罐安装要求很高,安装较为复杂。第二,孔板流量计整体校验比较困难,目前只能对差压传感器、压力传感器、温度传感器单独进行校验,整体的精度难于确保。
4实际使用情况
  现在热电联产的供热形式已广泛应用于大中供热公司,主要的优点是有热源有保证,而且价格低廉。我公司采用这种形式供热已多年,从电厂到换热站的蒸汽管道,在电厂出口处安装了一个DN600mm孔板流量计,用于测量蒸汽的流量和用量。该流量计从开始使用到现在已将近20年,在这期间,由于各种方面的原因,曾经出现过各种各样偏大或偏小的误差,我们采取了各种对应的措施。根据笔者的记录,总结了一些经验,仅供大家参考。
5负误差的分析及解决办法
5.1孔板安装不正确
  孔板的尖锐一侧应该迎着流体流向为入口端,呈喇叭口形的一侧为出口端。如果装反,显示将会偏小许多。
解决办法:检查孔板安装方向,正确安装孔板。
5.2孔板入口边缘磨损
  如果孔板使用时间较长,特别是在被测介质夹杂固体颗粒等杂物情况下,都会造成孔板的几何形状和尺寸的变化,如果造成开孔变大或开孔边缘变钝,测量压差就会变小,流量显示就会偏低。
解决办法:对孔板进行重新加工,使开口达到要求;严重时进行更换。
5.3变送器零点漂移
  如果使用时间较长,变送器的零点可能会发生漂移,如果是负漂移,显示的差压将会减小,显示的流量也会减小。解决办法:对变送器的零点进行校正。
5.4上下游直管段长度不够
  上下游直管段长度如果不够,气体将得不到充分发展,会使计量结果造成较大误差,如果上游在规定直管段内存在多个弯头,将使计量结果偏低。
  解决办法:改造蒸汽管道,使上下游直管段长度达到规定要求。在节流装置之前加装整流器。
5.5差压变送器的三阀组漏气
  如果三阀组中的高压阀或平衡阀漏气,将会导致测量差压减小,测量结果就会偏低。
  解决办法:如果三阀组中的高压阀门漏气,将该阀门进行紧固,必要时进行更换。如果三阀组中的平衡阀内漏,将该阀门进行紧固,必要时进行更换。
5.6隔离液液位高度不等
  引压管中从冷凝罐到差压变送器中的液位是为了将高温介质与差压变送器隔开,保护差压变送器。如果低压侧液位高度低于高压侧液位高度,将导致测量差压减小,测量流量就会减小。
  解决办法:检查高低侧冷凝罐的高度是否一致,如果不一致,进行校正。检查冷凝罐的高度是否高于蒸汽管道,如果低于管道,将冷凝罐的高度抬高。
6正误差的分析及解决办法
6.1流通截面积的变化
  在现场使用中,孔板表面可能会黏结上一层污垢或杂质,导致流通截面积变小,测量差压就会增大,从而测量流量增大。
  解决办法:检查孔板周围是否干净,对其进行清洗。
6.2变送器零点漂移
  如果使用时间较长,变送器的零点可能会发生漂移,如果是正漂移,显示的差压将会增大,显示的流量也会增大。
  解决办法:对变送器的零点进行校正。
6.3上下游直管段长度不够
  上下游直管段长度如果不够,气体将得不到充分发展,会使计量结果造成较大误差,如果上游在规定直管段内存在单个弯头或平面双弯头,将使计量结果偏高。
  解决办法:改造蒸汽管道,使上下游直管段长度达到规定要求。在节流装置之前加装整流器。
6.4孔板厚度不符合规定
  标准中规定孔板厚度应介于孔板开孔厚度e与0.05D之间。如果超出这个范围,将使气体流过孔板的阻力损失增大,使计量值比实际值偏高。
  解决办法:检查孔板厚度,如果超出这个范围,进行更换。
6.5差压变送器的三阀组漏气
  如果三阀组中的低压阀漏气,将会导致测量差压增大,测量结果就会增大。
  解决办法:如果三阀组中的低压阀门漏气,将该阀门进行紧固,必要时进行更换。
6.6隔离液液位高度不等
  引压管中从冷凝罐到差压变送器中的液位是为了将高温介质与差压变送器隔开,保护差压变送器。如果低压侧液位高度高于高压侧液位高度,将导致测量差压增大,测量流量就会增大。
  解决办法:检查高低侧冷凝罐的高度是否一致,如果不一致,进行校正。检查冷凝罐的高度是否高于蒸汽管道,如果低于管道,将冷凝罐的高度抬高。
7结论
  总的来说,孔板流量计的测量误差主要是由以下3方面的原因引起的:安装不规范、维护不及时或误操作、工艺系统或工况改变。在孔板流量计的使用过程中,如果发生误差,可以从这3方面进行分析,然后寻找解决的办法。
(1)针对安装不规范的问题,在安装孔板流量计前,一定要把蒸汽的情况(设计温度、设计压力等)、管道的情况、引压元件的情况、传感器的情况了解清楚,根据孔板流量计安装规范,制定准确的安装方案。在安装孔板流量计时,要严格按照安装方案进行施工。在安装孔板流量计后,要经常对各个安装部件进行检查,确保测量的精度。
(2)针对维护不及时或误操作的问题,对孔板流量计的部件,尤其是取源部件,要经常进行位置精度检查,保证差压传感器所显示的差压是孔板测得的真实差压。在平时对流量计进行操作时,要严格按照操作规程来做,避免误操作,给表计带来损坏。
(3)针对工艺系统或工况改变的情况,在使用过程中,要及时对二次仪表的参数进行修改,避免因换算错误给测量带来误差。

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