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差压式流量计蒸汽测量准确度的影响因素及改善方法

编辑: 来源: 发布时间:2017-06-23 14:41:15

一、差压式液位计不确定度分析
在 GB/T2624-2006 《用安装在圆形截面管道中的差压装置测量满管流体液位》中给出了标准差压式液位计不确定度的计算公式:QQ截图20170623144038.jpg

在上述公式的 6 个不确定度分量中,流出系数不确定度δC/C会受到雷诺数 Re 的影响,所以目前好的液位计算机一般都带有雷诺数补偿功能;对于蒸汽而言,只要将Δp 1/p 1控制在较小的范围就可以将可膨胀性系数不确定度 δε/ε控制在 0.1% 以内, 因此对整体不确定度影响不大, 而某些液位计算机也可以提供可膨胀性系数补偿的功能。 管道内径不确定度δD/D以及孔板开孔直径不确定度 δd/d则属于机械加工准确度的问题, 下面将重点分析对差压式液位计蒸汽计量准确度影响最大的两项—— — 差压测量不确定度和密度测量不确定度。

1. 差压测量不确定度δΔP/ΔP及提高量程比的方法
           对于标准差压式液位计而言,由于QQ截图20170623144105.jpg,因此质量液位不确定度与差压不确定度存在以下关系:QQ截图20170623144137.jpg

           例如,目前世界上准确度等级最高的差压变送器可以达到 0.04 级,即当 ΔP=100%FS时,(δΔP/ΔP)=0.04%;那么当实际液位只有满量程液位的 10% , 即 ΔP 只有 1%FS时,(δΔP/ΔP)=4% ,换算成δq m/q m就是 2%。

           而蒸汽实际负荷的变化范围一般是非常大的,有时甚至只有满量程的百分之几。 所以,如果要提高差压式液位计在全量程范围内的测量准确度,必须想办法扩大液位计的量程比。

           目前被广泛采用的方法有两种:一是增加一台低量程差压变送器组成双量程差压液位计,这样可以直接提高在低量程段的差压测量准确度。例如一台双量程差压液位计,高、低量程的差压变送器准度等级都是 0.075 级,其中高量程的测量范围是 0~100kPa ,低量程的测量范围是 0~3.75kPa , 配合使用后在 3%~100%满量程范围内的液位准确度均能达到 ±1.25% 。

           第二种扩大量程比的方法就是采用线性孔板液位计。 顾名思义,与标准差压式液位计 QQ截图20170623144105.jpg的开根号关系不同,经过变面积孔板特殊设计的线性孔板液位计,其液位与输出差压存在线性的对应关系。 因此在甩掉“根号帽子”后,例如原来只有 10∶1 的量程比可以被瞬间扩大到 100∶1 。

2. 密度测量不确定度δρ 1/ρ 1及补偿方法
        蒸汽是可压缩流体,其密度和压力、温度有很大关系。如果没有采取温压补偿措施而仅按照固定密度进行蒸汽计量,带来的后果将是灾难性的,实际值将与示值严重不符。例如,一个孔板液位计按照 5Pa 的设定压力来计量饱和蒸汽液位, 然而实际运行压力为4.2Pa ,通过查询蒸汽密度表,这样示值将比真实值偏高QQ截图20170623151219.jpg

           因此, 对于饱和蒸汽必须安装压力或温度变送器进行密度校正,而对于过热蒸汽则必须同时配备压力和温度变送器。 在压力或 / 和温度变送器正确安装的前提下,δρ 1/ρ 1的大小就仅取决于变送器自身测量的不确定度了。 根据经验,这个不确定度一般很小,大约为 0.1% 。

3. 其他可能的影响因素及改善方法
( 1 )蒸汽干度。 由于蒸汽在实际产生和输送的过程中肯定会夹带一些水分, 如果不考虑这部分影响,将会使液位计的示值比总质量偏低一些。假定干饱和蒸汽液位 q md 与实际蒸汽(含水)总液位 q mx 的关系可通过下式表示:QQ截图20170623151241.jpg

           举例:假设蒸汽的实际干度为 0.95 ,如果不考虑干度补偿,则示值液位将比实际总液位偏低 QQ截图20170623151246.jpg=2.53% 。蒸汽干度的影响可以通过在液位计算机内置干度补偿系数或直接在液位计的上游安装一台汽水分离器解决。
           ( 2 )通过液位计站整体配套校验、使用并引入误差在线修正的一些理念方法,可以最大限度地消除整体误差,提高液位计量的准确度等级。二、液位计在蒸汽系统正确的安装方式除了上述分析的影响蒸汽计量的因素和改善方法,差压式液位计在蒸汽系统中如何正确安装往往也是人们忽略的一块重要内容。由于对蒸汽系统特点的不了解和常识匮乏, 当液位计出现较大偏差或故障时,人们通常会把注意点放在液位计本身,而往往忽略了由于选型、 安装不合理甚至错误所导致的问题。液位计在蒸汽系统正确的安装方式包括:

           1. 液位计上游应安装汽水分离器和过滤器。 蒸汽带水不仅会对液位计量产生误差,还会对液位计一次装置造成水锤、冲蚀等破坏;过滤器可以保证液位计不受管道杂质、垃圾的卡塞与损坏,但是注意过滤器要经常检查清洗,尤其是新建的蒸汽系统。
           2. 液位计前的管道应做好支撑和疏水,确保停机阶段在液位计前没有积水,否则起机时会对液位计造成冲击。
           3. 液位计后应安装止回阀,防止蒸汽凝结水倒流对液位计造成损坏。
           4. 液位计不要安装在减压阀或调节阀的后面,一来这类阀门在控制过程中一旦关闭,残余蒸汽就会在阀门和液位计之间冷凝, 如果没有疏水就会带来水锤的隐患;二来如果控制阀门开度很小,就有可能导致差压式液位计前后因无法形成足够的压差而无法正常工作。
           5. 液位计也不要安装在气动开关阀后面,否则液位的急剧变化会对液位计造成损坏。
           6. 液位计上下游应根据厂商要求保证留有足够的直管段距离。

           7. 应检查差压变送器的高、低侧引压管高度是否一致;压力变送器引压管液柱高度及当地海拔高度的影响是否已修正;差压或压力变送器是否存在零点漂移等问题。
 

三、VA 弹簧负载变面积差压式液位计先容
           ILVA ( In-Line Variable Area )弹簧负载变面积差压式液位计是英国 Spirax Sarco 企业专门为蒸汽液位计量而设计的产品。它是一种输出差压与液位之间保持线性关系的特殊孔板液位计,因此又称为线性孔板液位计。其最大的产品特点就是可以将液位测量的量程比范围扩大至 100∶1 , 极大提高了流体在小液位工况下的计量准确度等级。
ILVA 液位计主要特点:
( 1 )量程比可达 100∶1 ,可以满足不同工况负荷变化的要求。
( 2 )出厂经过 14 点实流标定,消除非线性误差。
( 3 )准确度高,误差在 5%FS~100%FS 时为测量值的 ±1%,在1%FS~5%FS 时为全量程的 ±0.1% 。
( 4 )重复性好,优于 ±0.25% 。
( 5 )法兰对夹式的设计非常紧凑,且安装方便。
( 6 )纺锤形锥体自带整流效果,因此对上下游直管段长度要求低,仅需前 6D 后 3D ,并且可以有效避免蒸汽带水的冲蚀,使用寿命长。
( 7 )配套的液位计算机程序内部自带雷诺数、可膨胀性系数、温度和干度补偿功能,经由目前国家唯一使用蒸汽实流检定的烟台国家蒸汽液位站校验,在用蒸汽实测时 ILVA 的准确度等级可以达到 1.5 级, 该误差远远低于其他任何形式的液位计。

四、总结
           差压式液位计影响其液位测量准确度的因素很多,其中差压测量不确定度、是否具备温压补偿、干度补偿以及液位计的安装方式是影响最大的几个方面。ILVA 弹簧负载变面积差压式液位计由于其独特的性能设计,可以做到 100∶1 的高量程比,特别适合于蒸汽这种负荷变化范围广的液位计量应用。

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