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孔板流量计测量蒸汽

文章日期:2019-07-21|阅读数:



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。
      蒸汽的流量测量方法按工作原理划分,可分为直接式质量流量计和间接式质量流量计,在工业企业中蒸汽的测量多采用间接式,其中节流式差压流量计和涡街流量计是主流。这两种流量计在测量中各有优缺点,如差压流量计以孔板流量计为例,其范围度广,稳定性好;而涡街流量计的优越性是孔板式流量计所不具备的,尤其是在蒸汽参数偏离设计值时,其测量误差远小于孔板式流量计的测量。

1.孔板式流量计
孔板流量计是差压式流量计的一种,流体流经一个收缩截面,测量通过此截面的差压。根据丹尼尔·伯努利在1738年的研究工作,流体经过孔板的速度和其压力损失的平方根成比例关系。
1.1孔板流量计的测量原理
充满管道的流体,当它们流经管道内的节流装置时,流束将在节流装置的节流件处形成局部收缩,从而使流速增加,静压力低,于是在节流件前后便产生了压力降,即压差,介质流动的流量越大,在节流件前后产生的压差就越大,所以孔板流量计可以通过测量压差来衡量流体流量的大小。这种测量方法是以能量守衡定律和流动连续性定律为基准的。
 
1.2孔板流量计的安装条件
图1 孔板流量计测量原理
孔板流量计工作原理


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。

(1)标准孔板的中心线应当与管道中心线同轴。
(2)孔板流量计安装时应配有一段测量管,至少保持前10DN、后5DN的等径直管段,以提高测量精度。
(3)引压管路的内径与管路长度和介质脏污程度有关,通常在16米以内用内径为8-12mm的管子。
(4)引压管路应有牢固的支架托承,两根取压管路应尽可能互相靠近并远离热源或震动源,测量水蒸汽流量时,应用保温材料一同包扎,必须时(如气温0℃以下)加伴热管防止结冰。在测量脏污流量时, 应附设隔离器或沉降器。
 
(5)引压管路内必须始终保持单相流体状态。被测流体是液体时,引压管路内全部是液相,绝对不能有气泡。为此应在引压管路的最低点装排水阀或在最高点装排气阀,在新装或检修差压变送器时时应特别注意。
1.3孔板流量计的优缺点孔板流量计的优点:
(1)应用最多的孔板式流量计结构牢固,性能稳定可靠,使用寿命长;
(2)检测件与变送器、显示仪表分别由不同厂家生产,便于规模经济生产。  孔板流量计的缺点:
a 测量精度偏低;
b 量程比小,一般仅为1:3~1:5; c 现场安装要求高;
d 压损大。
 

2孔板流量计的优点和缺点

孔板流量计优点:适用于较大口径管道的计量(目 前口径大于 DN 1000 mm 的流量计一般只能选用孔板)。经久耐用;
孔板流量计缺点 :对节流装置、引压管、冷凝罐安装要求很高,安装较为复杂。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。
 

3 负误差的分析及解决办法

3.1 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。
3.2 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。
3.3 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。
3.4 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。
3.5 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。
3.6 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。

4 正误差的分析及解决办法

4.1 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。
4.2 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。
4.3 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。
4.4 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。
4.5 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。
4.6 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。

5 结论

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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