噴嘴流量計(jì)非標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用分析

1、噴嘴流量計(jì)非標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用分析 分析了噴嘴流量計(jì)測量工況蒸汽流量時，在其直管段長度不能滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的情況下，利用標(biāo)定試驗(yàn)和流場計(jì)算得出應(yīng)用系統(tǒng)初步結(jié)論的過程。 1、概述 由于噴嘴流量計(jì)具有耐高溫高壓、耐沖擊、使用壽命長等特點(diǎn)，在工業(yè)上仍然廣泛采用噴嘴流量計(jì)開展蒸汽流量測量。在實(shí)際使用過程中，很多情況下直管段長度難以滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，這給測量準(zhǔn)確度帶來較大影響。目前國內(nèi)尚無公開文獻(xiàn)資料對該情況提供準(zhǔn)確測量數(shù)據(jù)，本文針對噴嘴流量計(jì)前直管段6D 開展了相關(guān)試驗(yàn)和計(jì)算，取得了初步的成果。 2、測量分析 流量測量系統(tǒng)采用ISA 1932 噴嘴流量計(jì)，管道尺寸為219mm 7mm，節(jié)流裝置直徑比 為0.678 77

2、3。實(shí)際使用時在噴嘴流量計(jì)前設(shè)有三通和蝶閥，系統(tǒng)連接如圖1 所示。 (1) 流量測量 根據(jù)GB /T 2624 - 20* 要求，用噴嘴流量計(jì)測量充滿圓管的流體流量時，噴嘴流量計(jì)安裝在直管段的要求見表1。 當(dāng)噴嘴流量計(jì)按照GB /T 2624 - 20* 的直管段要求使用時，測量精度完全能夠滿足設(shè)計(jì)要求，并且有充分的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)保證。但當(dāng)噴嘴流量計(jì)的直管段長度不能滿足GB /T 2624 - 20* 規(guī)定的要求時，目前在流量測量領(lǐng)域還沒有試驗(yàn)數(shù)據(jù)和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)可以參考，只能根據(jù)具體的安裝情況開展試驗(yàn)和仿真計(jì)算。 表1 噴嘴流量計(jì)所要求的最小直管段長度 1. 水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置2、4. G219 7

3、3. 節(jié)流裝置5. 差壓變送器6. 三通7. 蝶閥 圖1 噴嘴流量計(jì)測量系統(tǒng) 由于標(biāo)定條件的限制，噴嘴流量計(jì)的標(biāo)定一般采用水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置開展，這是因?yàn)閲娮斓牧鞒鱿禂?shù)C 只與雷諾數(shù)有關(guān)，實(shí)測流出系數(shù)與理論流出系數(shù)的誤差大小直接反映噴嘴在實(shí)際工況時的測量精度。因此，只要雷諾數(shù)相同，不管用什么流體對節(jié)流裝置開展標(biāo)定，標(biāo)定結(jié)果都是相同的，這也是采用水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置對蒸汽流量測量節(jié)流裝置開展標(biāo)定的理論根底。 式中C噴嘴流出系數(shù)；節(jié)流裝置的直徑比( d /D)；ReD雷諾數(shù)；D管道內(nèi)徑；v管道中流體的平均軸向速度；流體的運(yùn)動粘度 對于同樣的質(zhì)量流量，蒸汽對應(yīng)的雷諾數(shù)較水對應(yīng)的雷諾數(shù)要大得多，因此水流量標(biāo)準(zhǔn)裝

4、置無法完成蒸汽流量測量節(jié)流裝置在全量程范圍內(nèi)的標(biāo)定，而只對其低量程段開展標(biāo)定，標(biāo)定結(jié)果在高量程段適用。 (2) 標(biāo)定試驗(yàn) 為了分析噴嘴在實(shí)際安裝條件下的測量準(zhǔn)確度，對噴嘴開展了流量標(biāo)定試驗(yàn)，利用水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置在最大范圍內(nèi)對噴嘴的測量精度開展了標(biāo)定，并得到了不同直管段長度下噴嘴的測量精度。標(biāo)定試驗(yàn)在*儀器儀表自控系統(tǒng)檢驗(yàn)測試所，根據(jù)JJG640 - 1994 要求，利用水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置對噴嘴開展了流量標(biāo)定試驗(yàn)。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，將流量標(biāo)定點(diǎn)設(shè)置為500m3 /h、460m3 /h、420m3 /h 和380m3 /h，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2。 表2 直管段1.2m 流出系數(shù)誤差及重復(fù)性誤差 (3) 流場計(jì)

5、算 對于水流量標(biāo)準(zhǔn)裝置無法標(biāo)定的工況，通過建立數(shù)字化模型對管道內(nèi)蒸汽流動的動量修正系數(shù)開展計(jì)算，分析高、低工況時蒸汽流場的分布，推導(dǎo)低工況時標(biāo)定試驗(yàn)所取得的測量精度在高工況時的有效性。蒸汽管道內(nèi)的流場計(jì)算采用流體力學(xué)分析計(jì)算軟件Fluent。根據(jù)圖2 所示的蒸汽隔艙閥和噴嘴安裝情況，建立了基于realizable k - epsilon 紊流模型對內(nèi)置雙蝶閥管道內(nèi)部蒸汽流動開展定常數(shù)值模擬。 1. 噴嘴2. 三通3. 蝶閥 圖2 流場計(jì)算數(shù)學(xué)模型 流場計(jì)算時管道內(nèi)徑為205mm( 219 7) 、蒸汽壓力為2. 1MPa( 表壓) 的飽和蒸汽。流場計(jì)算完成了蒸汽流量分別為10t /h、24.

6、9t /h、58t /h 和83t /h時，直管段長度為1. 2m 的蒸汽流場分布計(jì)算和流體動量修正系數(shù)計(jì)算。 蒸汽流量分別為10t /h、24. 9t /h、58t /h 和83t /h時，直管段1. 2m 處蒸汽流場分布如圖3 所示。 (a) 流量為10t /h (b) 流量為24. 9t /h(c) 流量為58t /h (d) 流量為83t /h 圖3 直管段1 200mm 處蒸汽管道內(nèi)速度場分布 由圖3 可見，同一橫截面處，管道內(nèi)蒸汽流量處于不同工況時，其流體流態(tài)基本一致，真空技術(shù)網(wǎng)(http:/)認(rèn)為即蝶閥對流體流態(tài)的影響與流量大小基本無關(guān)。流體在管道中速度分布的均勻程度可用動量修正系數(shù) 衡量。一般而言，對于圓管紊流其動量修正系數(shù) 為1. 005 1. 05 之間， 越小則斷面速度分布越均勻，流體流場越穩(wěn)定。 式中A管道截面積；u流向速度；U截面質(zhì)量平均速度 蒸汽流量分別為10t /h、24. 9t /h、58t /h 及83t /h時，1. 2m 處的動量修正系數(shù)如下表3。 表3 動量修正系數(shù)計(jì)算結(jié)果 從表3 可見，10t /h、24. 9t /h、58t /h 和83t /h 工況下各斷面的動量修正系數(shù)均小于1. 016，處于圓管紊流( 動量修正系數(shù) 為1. 005 1. 05 之間) 的狀態(tài)。隨著前直管段長度的增加，管道內(nèi)的動量修正系數(shù)逐漸減小，蒸汽的速度不均