差壓式流量計的誤差分析及處理
差壓式流量計是使用最廣泛的一種流量測量?jì)x表,根據差壓式流量計的組成和測量原理分析測量誤差產(chǎn)生的各種原因,并針對性給出誤差消除辦法。
差壓式流量計是使用歷史最久,使用最廣泛的一種流量測量?jì)x表,同時(shí)也是目前生產(chǎn)中最成熟的流量測量?jì)x表之一。它具有原理簡(jiǎn)明,設備簡(jiǎn)單,無(wú)可動(dòng)部件,工作可靠,壽命長(cháng),應用技術(shù)成熟,容易掌握等特點(diǎn)。
節流裝置通常與差壓變送器配套使用,因此差壓流量計的測量誤差與差壓變送器的精度有直接關(guān)系。目前許多智能差壓變送器的精度最高可以達到 0.075級,但由于種種原因,在實(shí)際運行中其測量誤差常常較大,有時(shí)甚至達到 15% ~25%,在進(jìn)行經(jīng)濟核算時(shí),這一問(wèn)題顯得尤為突出。因此,找出測量誤差產(chǎn)生的原因并盡量克服,具有重要的實(shí)際意義。筆者根據多年的工作經(jīng)驗,總結了差壓流量計誤差產(chǎn)生的一些常見(jiàn)原因及消除誤差的方法。
1、差壓式流量計的組成與工作原理
差壓式流量計由標準節流裝置( 如標準孔板) 、引壓管路和差壓變送器組成,如圖1 所示。常用的標準節流裝置有標準孔板節流裝置、噴嘴節流裝置、文丘利管節流裝置。標準孔板節流裝置由于其在加工制造和安裝方面最為簡(jiǎn)單,通過(guò)長(cháng)期使用,已實(shí)現了設計安裝計算的標準化,在應用中廣泛采用標準孔板節流裝置。導壓管把差壓信號引出至差壓變送器,差壓變送器把差壓信號轉換成標準信號輸出。
充滿(mǎn)管道的流體流經(jīng)管道內的節流裝置,由于節流元件造成的流束局部收縮,使管中心流體流速發(fā)生變化,其靜壓力隨之變化。由于流體流經(jīng)孔板時(shí),產(chǎn)生局部渦流損耗和摩擦阻力損失,在流束充分恢復后,靜壓力不能恢復到原來(lái)的數值。節流元件前后的靜壓差大小與流量有關(guān),流量愈大,流束的收縮和動(dòng)、靜壓能的轉換也愈顯著(zhù),則產(chǎn)生的壓差也愈大。只要測得節流元件前后的靜壓差大小,即可確定流量,這就是節流裝置測量流量的基本原理,如圖2 所示。這種測量方法是以能量守恒定律和流動(dòng)連續性方程為基礎的。
體積流量公式為:
式中: qv為被測介質(zhì)的體積流量,m3/ h; α 為介質(zhì)的流量系數( 無(wú)量綱) ; ε 為流速膨脹校正系數( 無(wú)量綱) ; ρ1為節流裝置前的流體密度,kg/m3; δp 為節流元件前后的壓差,pa; d 為節流件開(kāi)孔直徑,mm。
2、測量誤差產(chǎn)生的原因及消除辦法
簡(jiǎn)單地說(shuō),產(chǎn)生測量誤差的原因主要有三個(gè): 安裝不規范或錯誤安裝、維護不及時(shí)或誤操作、工藝系統或工況改變。
2.1 節流裝置安裝不規范
節流裝置的安裝是否滿(mǎn)足要求,是保證幾何相似和動(dòng)力學(xué)相似的重要條件,直接關(guān)系到差壓式流量計計量準確度的高低。雖然標準節流裝置是通過(guò)大量實(shí)驗總結出來(lái)的,不需要實(shí)際標定就可直接投產(chǎn)使用,但在安裝過(guò)程中很有可能出現以下幾項不規范甚至錯誤安裝的情況,從而導致測量誤差的產(chǎn)生。
(1) 節流裝置前后直管段不符合要求
節流裝置前后直管段的作用就是為了保證管道內流體的流動(dòng)穩定,但由于工藝管道上常有拐彎、分叉、匯合、閥門(mén)等阻力件出現,使流束由穩定變?yōu)閿_動(dòng),從而導致測量誤差的產(chǎn)生。消除辦法就是根據現場(chǎng)實(shí)際情況并按照前后直管道要求,合理設計節流裝置安裝位置,而后施工。
(2) 節流裝置上下游面受損
由于節流裝置在運輸過(guò)程中或由于施工人員安裝粗心造成其上下游面受損,從而導致測量誤差。消除辦法就是提高施工人員的技術(shù)素質(zhì)和責任心,在安裝前應仔細檢查,發(fā)現節流裝置上下游面受損,應及時(shí)更換; 并且在安裝過(guò)程時(shí)應精心施工,避免損害節流裝置。
(3) 節流裝置上下游面裝反
安裝過(guò)程中應正確辨認管道內介質(zhì)流向及節流裝置方向,若方向不一致則將導致測量值偏低。這主要是因為施工人員的粗心所致,消除辦法同上。
(4)不同節流裝置裝反位置
這種情況一般在試車(chē)階段特別容易出現,在試車(chē)階段,幾乎所有工藝管道需要多次吹掃,可能頻繁拆裝節流裝置; 若節流裝置大小尺寸一樣,稍不注意就會(huì )弄錯。某公司制氫裝置 fe - 800 與 fe - 801 就曾出現過(guò)裝反情況,剛投用時(shí)誤差都很大,經(jīng)查變送器和導壓管道都正常,后來(lái)利用停車(chē)機會(huì )將節流孔板拆下處理時(shí)發(fā)現兩節流裝置序號和編號反了,調換后均指示正常。消除辦法也同上兩項中所講。
(5)節流件本體未按照要求安裝
節流件在安裝過(guò)程中有很多標準,如應垂直于管道軸線(xiàn),其偏差不能超過(guò)1°; 節流件應與管道、夾持件( 采用時(shí)) 同軸等。只有按照節流件的安裝要求才能保證使用時(shí)的測量精度,如果出現偏差則測量不準。消除辦法也同上。
(6) 墊片的錯誤使用
無(wú)論是環(huán)室與法蘭還是環(huán)室與孔板之間的墊片,其內徑尺寸最好小于管道內徑 2 ~3 mm,以防墊片突入管道而影響介質(zhì)流動(dòng)狀態(tài)。消除辦法是使用合適尺寸的墊片,并保證安裝的中心對正。
2.2 導壓管路安裝不規范
安裝導壓管路的主要目的是用來(lái)傳遞壓力,不規范安裝會(huì )造成正負壓側產(chǎn)生附加誤差,從而產(chǎn)生測量誤差。通常有以下幾個(gè)原因。
(1) 導壓管路太短或太長(cháng)
根據一般技術(shù)規定,導壓管道應在 3 ~50 m 之間,太短時(shí)測量波動(dòng)大,太長(cháng)則測量滯后; 且在測量液體時(shí)應保證水平管線(xiàn)應有 1∶ 12 的坡度,保證管道內充滿(mǎn)液體,以免產(chǎn)生測量誤差。但在橫平豎直美觀(guān)的安裝條件下往往會(huì )與該規定相沖突。消除辦法就是保證按照技術(shù)規定和設計來(lái)施工。
(2)在測量蒸汽流量時(shí),冷凝液罐的取壓端不同高
這種情況也會(huì )產(chǎn)生測量的額外附加誤差。消除辦法為正確安裝冷凝罐,保證取壓端等高。
(3)伴熱不均勻或離熱源太近,導致導壓管內介質(zhì)汽化或密度變化
在北方,冬季里有些導壓管需要保溫,若出現上述情況,則會(huì )由于導壓管內介質(zhì)汽化或密度變化,正負側導壓管傳遞壓力不一致從而產(chǎn)生測量的附加誤差。某公司制氫裝置就出現過(guò)這種情況,流量計 ft -204 在未送伴熱時(shí)一直指示正常,但在冬季送上伴熱后,指示經(jīng)常出現負值,在查找問(wèn)題時(shí)發(fā)現伴熱管道離正導壓管太近,導致正壓側冷凝液有汽化現象。消除辦法就是正確安裝伴熱,合理選擇導壓管環(huán)境位置。
2.3 差壓變送器安裝不規范
差壓變送器安裝環(huán)境太差,如振動(dòng)大、塵土大或者有強腐蝕性介質(zhì)。消除辦法就是按照有關(guān)技術(shù)規定選擇合適的位置來(lái)安裝變送器,若屬特殊情況必須在此環(huán)境安裝,則應按照現場(chǎng)實(shí)際情況增加防護措施,譬如增加防護箱或者固定支架。
2.4 維護不及時(shí)或誤操作
為了保證流量計的長(cháng)周期穩定運行,精確進(jìn)行各種計量,這就要求相關(guān)儀表人員平時(shí)精心維護。否則由于維護不及時(shí)或誤操作,都會(huì )引起測量誤差的產(chǎn)生。
(1)節流裝置長(cháng)期受工藝介質(zhì)腐蝕和磨損導致變形消除辦法是要定期拆卸檢查,發(fā)現變形應及時(shí)更換。
(2)節流裝置內表面結垢,導致流通面積改變消除辦法是要定期拆卸檢查,發(fā)現結垢應及時(shí)清洗或更換。
(3)導壓管堵或漏,三閥組堵或漏消除辦法: 按時(shí)巡檢,發(fā)現問(wèn)題要及時(shí)處理,漏則用工具緊固,堵則排污清洗,用手壓泵或其他工具疏通,保證壓力的正常傳遞。
(4) 隔離液或冷凝液由于誤操作流失,從而產(chǎn)生附加誤差具體的消除辦法是: 對于運行中的三閥組要嚴格按照以下兩個(gè)原則: 第一,不能讓導壓管內的隔離液或冷凝液由于誤操作而流失; 第二,不能使測量膜盒單向受壓或受熱。
(6)變送器的零點(diǎn)漂移消除辦法是要定期校驗變送器的零點(diǎn)和量程。
2.5 工藝系統或工況改變
這種問(wèn)題一般情況下不會(huì )出現,但在實(shí)際出現時(shí),則可能引起相當大的測量誤差。例如:
(1)工藝實(shí)際介質(zhì)與設計時(shí)的介質(zhì)在溫度、壓力、密度、粘度等參數不一致,這樣經(jīng)補償后所得的流量與實(shí)際流量產(chǎn)生誤差。消除辦法是認真核實(shí)設計資料及相關(guān)參數,并按照實(shí)際情況進(jìn)行修訂,保證測量的準確性。
(2) 由于系統改造,造成流量值超出原設計上限,或者造成管道內介質(zhì)的狀態(tài)發(fā)生改變,從而引起測量誤差。消除辦法: 根據系統改造后的實(shí)際情況,重新修改工藝補償參數,滿(mǎn)足工藝測量精度要求。
3 、總結
綜上所述,差壓流量計在使用中會(huì )出現測量誤差,可以通過(guò)以下步驟找出差壓流量計測量誤差產(chǎn)生的原因并消除: ①對于剛施工投用的流量計,其測量誤差產(chǎn)生的原因多是安裝不規范或錯誤安裝所致; ②對于長(cháng)期投用的流量計,測量誤差產(chǎn)生的原因多是維護不及時(shí)或誤操作; ③對于技改后出現的測量誤差,多是系統或者工藝方面的原因。
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