差壓式流量計(jì)在蒸汽計(jì)量中的應(yīng)用

1、差壓式流量計(jì)在蒸汽計(jì)量中的應(yīng)用摘 要：本文介紹了差壓式 流量計(jì)（以孔板為例）的工作原理及組成， 并且闡述了各組成部分的作用、分類及特點(diǎn)，分析了流體的基本實(shí)用質(zhì)量流量方程。并以絕對壓力的飽和蒸汽為例，推導(dǎo)出帶壓力補(bǔ)償?shù)恼羝髁繉?shí)用公式。敘述了差壓式流量計(jì)的選用原則、安裝方法、 注意事項(xiàng)及一般的維護(hù)知識，最后以本廠電解鋅蒸汽計(jì)量為例，從設(shè)計(jì)、造型到實(shí)際應(yīng)用做一介紹。關(guān)鍵字：差壓式流量計(jì)節(jié)流裝置孔板差壓變送器二次儀表1引言隨著我國大中型企業(yè)的不斷深化改革，企業(yè)內(nèi)部各分廠（車間）的經(jīng)濟(jì)效益獨(dú)立核算，蒸汽計(jì)量工作已被越來越多的企業(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

2、經(jīng)濟(jì)效益，同時，用汽單位正確控制蒸汽計(jì)量的多少，對生產(chǎn)工藝有很大的幫助。因此，流量儀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)簡單、通用性強(qiáng)、使用壽命長、信號便于遠(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)用中的若干問題進(jìn)行分析。2差壓式流量計(jì)的測量原理及組成2.1測量原理充滿管里的流體經(jīng)直線管道進(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，通過測量差壓，可以確 定流量，見圖1。一一.?.-宇、. 毛 V-.畫土圖1角接取壓法孔板裝置22組成差壓式流量計(jì)由節(jié)流裝置、引壓導(dǎo)管、三閥

3、組、差壓變送器和二次儀表組成。見圖2。Hi-F?圖2差壓式流量計(jì)組成（1 ）節(jié)流裝置。節(jié)流裝置由節(jié)流和取壓裝置構(gòu)成。標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流件有三種類型，即：孔板、噴嘴、文丘利管。其中流體流過孔板所產(chǎn)生的壓力損失最大，且孔板具有制造簡單、適用性廣、使用壽命長等特點(diǎn)，工業(yè)生產(chǎn)中廣泛采用標(biāo)準(zhǔn)孔板， 精度可達(dá)）.5%1%，公稱徑為 501200mm。取壓裝置有兩個取壓口，一個是上游取壓口， 一個是下流取壓口， 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。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)流裝置的差壓信號轉(zhuǎn)變成電流信號，以便于二次儀表處理和運(yùn)算。早期使用的差壓變送器DDZ n（輸

4、出010mA ）和DDZ-川（輸出420mA ）型，其準(zhǔn)確度均為 ）.5%，基本能滿足工業(yè)計(jì)量的要 求。目前，國內(nèi)有兩種系列產(chǎn)品，一種是西安儀表廠生產(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%。顯示儀表。顯示儀表將有效期壓變送氣產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)電流信號及其它裝置產(chǎn)生的補(bǔ)償信號進(jìn)行開方并積算，顯示瞬時流量、累計(jì)流量及其它參量。對于壓力、溫度波動范圍較大的測量介質(zhì)，如過熱蒸汽等，必須進(jìn)行溫度、壓力補(bǔ)償，對于飽和蒸汽，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

5、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，對被測介質(zhì)由于壓力、溫度偏離設(shè)計(jì)工況引起的流量測量誤差及累計(jì)積算等，通過軟件實(shí)現(xiàn)自動補(bǔ)償和積算，從而提高測量精度及可靠性。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 ; a流量系數(shù)；&流體流束的膨脹系數(shù)（對不可壓縮流體 =1對可壓縮流體 1 ; Ad-工作狀態(tài)下的節(jié)流件開孔面積； 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 ; pl-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)測定或查閱

6、表格和曲線得到。在實(shí)際生產(chǎn)中，由于鍋爐內(nèi)壓力的變動，使蒸汽密度偏離設(shè)計(jì)時所采用的p值，從而導(dǎo)致測量誤差，因此實(shí)際流量的表示式為：席丸宙燈丿弘沁P將式除以式得連續(xù)測量實(shí)際密度較困難， 對于飽和蒸汽，與壓力或溫度成一定關(guān)系。 對過熱蒸汽，與壓力、溫度成一定關(guān)系，因此，通過測量壓力、溫度得到p2。以絕對壓力 2MPa的飽和蒸汽為例：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式 P= (1/1.7235 ) P015/16( 4)將式進(jìn)行線性化處理得p 2=p 115P/16P0+1/16 )式中：P0-孔板設(shè)計(jì)時采用的絕對壓力MPa ; P-工作壓力MPa。將與代入，得到：= 0 0亦A/ Jp yiS/16p- w+pj/is式

7、中： P-K1X I入1, P-0.1033-K2X I入2(表壓)；1入差壓變送器輸出電流；K2-壓力變送器系數(shù)。將厶P與P代入可得：= Q扁.小Jkjc上式即為帶壓力補(bǔ)償?shù)恼羝髁康膶?shí)用公式。4有效期壓式流量計(jì)選用、安裝和維護(hù)4.1選用孔板的計(jì)算、加工一般委托儀表廠進(jìn)行，而孔的準(zhǔn)確參數(shù)必須由計(jì)量部門提供。主要參數(shù)包括：測量介質(zhì)的最大流量(t/h)、測量介質(zhì)的最小流量(t/h )、平均表壓力(MPa )、 平均溫度(C)、平均大氣壓(Pa)、管道內(nèi)徑(mm )、管道材質(zhì)、測量介質(zhì)黏度(Pa-s)、 測量介質(zhì)的水份以及管道安裝方式等10項(xiàng)。常用流量值在測量上對于測量范圍，選擇時應(yīng)使實(shí)際測量的流

8、量落在流量計(jì)的測量范圍內(nèi),度小的流量測量。差壓變送器及壓力變送器等在訂購時應(yīng)注意如下三點(diǎn)： 測程必須與孔板的最大差壓一致，或可調(diào)至孔板的最大差壓。 輸出信號必須是 010mA或420mA標(biāo)準(zhǔn)信號，以便于與顯示儀表配合使用。 對于需要溫度、壓力補(bǔ)償?shù)臏y量介質(zhì)一定要配備溫度測量儀表和壓力測量儀表。應(yīng)注意顯示儀表和信號測量儀表配合使用。4.2安裝孔板安裝時其 “ +號應(yīng)向著流束。對于未標(biāo)“ +、” “符號的孔板，安裝時應(yīng)注意孔板上的倒角在出氣的一邊?？装灏惭b處不允許存在泄露現(xiàn)象?？装迳?、下游側(cè)應(yīng)有足夠長的直管段，通常，前直管段長10D，后直管段長5D （ D為管道直徑），否則，會產(chǎn)生很大誤差。導(dǎo)壓管

9、應(yīng)垂直或傾斜敷設(shè)，傾斜度不得小于1: 12，導(dǎo)壓管長度應(yīng)盡量短，以減少壓力損失，走絲不能太小，以減少摩擦損失。安裝時應(yīng)注意與測量登記表配套的三閥組的方向，特別對于那些未標(biāo)明安裝方向或高、低壓閥手柄裝反的更應(yīng)仔細(xì)檢查，以免給高度帶來不應(yīng)有的麻煩。變送器應(yīng)在外殼密封的情況下工作，必須防潮、防塵。環(huán)境條件過于惡劣時，可把變送器放在一小房間，以便于保護(hù)和維修。4.3維護(hù)差壓變送器投入運(yùn)行時，應(yīng)正確操作位于它上部的三閥組。首先，應(yīng)打開平衡閥，然后打開正壓閥和負(fù)壓閥， 最后關(guān)閉平衡閥，以避免壓力單相過載沖擊變送器的測量元件，拆除差壓變送器也應(yīng)先打開平衡閥，后關(guān)閉正壓閥和負(fù)壓閥。對于孔板、導(dǎo)壓系統(tǒng)及前后管道

10、應(yīng)定期排污，新裝引壓導(dǎo)管需排污勤一點(diǎn)（約1個星期排一次），以后時間可長一點(diǎn)。當(dāng)工作條件改變或孔板開孔直角入口邊緣的銳利度和垂直度、孔板端面平行度、光潔度等參數(shù)超差時，應(yīng)及時對孔板進(jìn)行修正和予以更換。引壓管中應(yīng)保持冷凝水，以防蒸汽進(jìn)入變送器正負(fù)壓容室，弓I起測量誤差。當(dāng)變送器因誤操作，而受到單向工作壓力時，應(yīng)盡快使高低壓室無壓力，并調(diào)整零點(diǎn)，使輸出電流變化不大于 0.1mA 。差壓變送器容室“ O”密封圈拆裝時，必須清除密封槽內(nèi)垃圾，并用洗滌劑潤滑。變送器、顯示儀表應(yīng)定期校驗(yàn)。5孔板式流量計(jì)在我廠的應(yīng)用以西區(qū)電解鋅蒸汽計(jì)量為例：工藝條件。最大流量：qmax=90t/h ;常用流量：qcom=72

11、t/h ;最小流量：qmin=30t/h ;絕對壓力： P=0.5MPa ;工作溫度：t=240 C；流體密度：p =2.152kg/m3 ;管道內(nèi)徑：D=509mm ;差壓上限： Pmax=6000Pa ;流體粘度：卩=0.01774MPa-s ;等熵指數(shù)：K=1.3027 ;管道相 對粗糙度：K=0.075m ;管道線膨脹系數(shù)入0=1.72 x 1-6mm/mm C；管節(jié)流件線膨脹系數(shù)：入 0=1.72 x 16mm/mm C； 20 C時節(jié)流體開孔直徑 d20 C =312.93+0.16mm。由以上有關(guān)工藝條件得出：直徑比：3 =0.61479;流出系數(shù)；C=0.60413 ;可膨脹系

12、數(shù)： =0.97288;最大雷諾數(shù)： REDMAX=3512667;常用雷諾數(shù)：REDCOM=2810134;最小雷諾數(shù)：REDMIN=1170889;常用差壓： P=38400Pa ;壓力損失 W=36778Pa ;計(jì)算誤差：E=0.0009% ;流量不確定 度：e=+0.88% ;前直管段：L1=9.8mm ;后直管段 L2=3.6mm 。 |因該水蒸汽是過熱蒸汽，故應(yīng)進(jìn)行壓力溫度補(bǔ)償，目前智能型儀表對流體密度采用兩種不同 方法，有的儀表是預(yù)先給定的密度值，再通過所測得的溫度，有些儀表在軟件中采用查表法或補(bǔ)償法得到每一瞬間的液體密度值，此準(zhǔn)確度高，鑒于此兩種情況，我廠選用的二次儀表為大華儀

13、表廠生產(chǎn)的智能型通用流量過熱蒸汽質(zhì)量流量（帶壓力、溫度補(bǔ)償）。其數(shù)字模型。測量過熱蒸汽質(zhì)量流量（帶壓力、溫度補(bǔ)償）：丹曲0、y A爲(wèi)工*占尹r式中：F2-儀表顯示的經(jīng)壓力或溫度補(bǔ)償后的瞬時質(zhì)量流量；QFS-流量量程設(shè)定值，即組態(tài)表中單元“08F” I-對應(yīng)于瞬時流量輸入電流；Imax-當(dāng)輸入信號為420mA , I= （20-4 ） mA=16mA ; p P-對應(yīng)的壓力（Pa ）、溫度（C）狀態(tài)下過熱蒸汽的密度 kg/m3 ; Ks2-第 二流量補(bǔ)償系數(shù)、參數(shù)設(shè)置表中 “ 17F單元。也刃/ 6P0為參考狀態(tài)下的蒸汽密度kg/m3。此公式模型在參數(shù)設(shè)置中選擇見表1。表102CIA2060000OJC50001 IF0001州加17TZ 1淮該孔板式流量計(jì)投入運(yùn)行后，二次