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          文章詳情

          蒸汽流量計為什么測量不準,總表和分表的流量不同總有誤差---精威自動化為你分析

          日期:2021-09-27 08:45
          瀏覽次數:6162
          摘要: 蒸汽流量計為什么測量不準,總表和分表的流量不同總有誤差 渦街流量計現在已經得到廣泛應用,尤其是在蒸汽和中低壓氣體的流量測量方面,占有重要地位。這是因為它具有**度較高、范圍度較寬、線性分度、無零點漂移,而且結構簡單、牢固、安裝維護方便等特點。與此同時,它也存在耐振性較差、脈動流影響嚴重、抗干擾能力弱等局限性[1],這就吸引著人們對它進行研究,取其所長,避其所短。 渦街流量計與調節閥(減壓閥)安裝設計在同一根管道上,兩者經常容易碰到。如圖1所示,來自...

          蒸汽流量計為什么測量不準,總表和分表的流量不同總有誤差

           

          渦街流量計現在已經得到廣泛應用,尤其是在蒸汽和中低壓氣體的流量測量方面,占有重要地位。這是因為它具有**度較高、范圍度較寬、線性分度、無零點漂移,而且結構簡單、牢固、安裝維護方便等特點。與此同時,它也存在耐振性較差、脈動流影響嚴重、抗干擾能力弱等局限性[1],這就吸引著人們對它進行研究,取其所長,避其所短。

          渦街流量計與調節閥(減壓閥)安裝設計在同一根管道上,兩者經常容易碰到。如圖1所示,來自鍋爐房或熱力公司的外來蒸汽,在測量流量后經穩壓閥(或減壓閥),進入分配器,供各用汽設備使用。在流量調節系統中,流量計與調節閥直接連接,如圖2所示。

          從儀表的實際運行情況來看,調節閥(或減壓閥)在運行中出現振蕩的情況也時有發生。有的是在某些時段出現振蕩;有的是在某一些開度出現振蕩,而產生振蕩的原因更是復雜多樣。

          按照引起振蕩的原因分類,大致有以下幾種原因[2-3]

          閥芯存在不平衡力,而閥門又在小開度條件下工作,從而引起振蕩,有時甚至發出嘯叫;

          調節系統參數整定不當,引起系統等幅振蕩,調節閥也振蕩不停;

          調節閥的閥芯存在干摩擦,從而導致系統振蕩;

          由于覺察不到的原因而引起的難以覺察的振蕩。

          振蕩的幅值和振蕩頻率也有很大差異,但總的來說,振蕩都會引起流動脈動,進而改變渦街流量計的輸出。

          1 閥門振蕩對渦街流量計的影響

          渦街流量計是*容易受流動脈動傷害的流量計之一。流動脈動從發生源經流體向下游或上游傳遞到渦街流量計,并作用在其傳感器上,導致傳感器輸出脈沖數量額外增加,更嚴重的是渦街流量計還會出現一種鎖定現象[4]。

          1.1 脈動頻率的影響

          在分析流動脈動對渦街流量計影響時,脈動頻率是重要參數,起決定性作用的是脈動頻率fP與旋渦剝離頻率fv的比值。當此比值較小時,具有近似的穩定流特性,旋渦剝離頻率隨流速變化,斯特羅哈爾數或校準常數不變。當脈動頻率與旋渦剝離頻率的比值較大時,就出現一種強烈的趨勢,即旋渦剝離周期被鎖定,即與脈動周期相同(fv=fP)或是脈動周期的一半在鎖定條件下,流量計輸出停頓,流量指示誤差可高達±80%。當脈動頻率大大高于旋渦剝離頻率時,無明顯的鎖定現象,但斯特羅哈爾數發生變化,造成穩定流校準數據明顯偏離,達到10-1的數量級。

          流速脈動幅值U′rms/U的試驗數據表明,此幅值不能超過20%。其中,U′rms為流速脈動均方根值;U為軸向流速。脈動頻率的限定是指在*低流速時,脈動頻率應小于旋渦剝離頻率的25%[2]。

          1.2 渦街流量計測量脈動流流量

          采取合適的阻尼方法將脈動衰減到足夠小的幅值(通常為3%)是渦街流量計測量脈動流流量時常用且有效的方法。但當脈動幅值仍高于3%時,可對測量不確定度進行估算,然后對誤差進行校正。

          脈動引起的鎖定現象應設法避免??尚械姆椒ㄓ袃蓚€:一是制造發生體較窄的渦街流量計,提高儀表的輸出頻率,從而使旋渦剝離頻率同脈動頻率錯開得遠一些;二是采用插入式渦街流量計測量大管徑流量。在相同流速的條件下,小口徑流量計輸出頻率比大口徑高若干倍。因此,采用插入式渦街流量計也能將旋渦剝離頻率同脈動頻率有效錯開。

          1.3 測量不確定度的估算

          如果fv/fP<0.25,且U′rms/U<0.2,測量不確定度約為1%;如果fvfP高得多,但無明顯的鎖定現象,流速脈動幅值在0.10.2之間,則誤差可能為流量示值的10-1的數量級。

          2 應用實例

          為了增加讀者對調節閥(減壓閥)振蕩對渦街流量計影響的感性認識,下面列舉兩個來自使用現場的實例。

          2.1 調節系統振蕩引入的脈動及其克服方法

          上海米其林輪胎公司新建兩臺35t/h鍋爐供3.9MPa飽和蒸汽。蒸汽流量使用渦街流量計測量,儀表配置如圖3所示[5-6]。鍋爐投入運行后,各路蒸汽分表的示值之和與總表經平衡計算的差值≤1%R,發汽量與進水量平衡測試結果也令人滿意。運行三個星期后出現了新情況,即去除氧器的一套蒸汽流量計示值有時會突然跳高,從而使分表之和比總表示值高約20%。

          在現場了解情況時,儀表人員觀察到了流量計示值突然跳高的現象。從記錄紙上可清楚看出,測量范圍為010t/h的除氧器耗汽流量,正常時在3t/h左右波動,*高時也未高于5t/h;但在異常情況發生后,流量示值突然跳到10t/h以上并長時間維持此值。

          儀表人員立即到蒸汽分配器處觀察,發現去除氧器的一路蒸汽管有異常的振動,管內壓力有周期性的小幅度擺動。儀表人員又到除氧器處觀察,其蒸汽系統如圖4所示。

          3.9MPa蒸汽經壓力調節器直接作用,減壓到0.6MPa后,再經用于除氧溫度控制的偏芯旋轉閥送出。觀察發現,經減壓后的蒸汽壓力在0.10.8MPa之間大幅度、周期性地擺動,周期約4s;而偏芯旋轉閥閥位并無明顯擺動。顯然,壓力振蕩是由直接作用式壓力調節系統振蕩引起的。

          因此,建議熱力工程師將減壓前的切斷閥緩慢關小,直至振蕩停止,流量示值也就恢復正常。分析上述現象,歸納如下。

          流量示值突然跳高是由于流體從定常流突然變為脈動流。

          脈動流的形成源于減壓閥振蕩。

          減壓閥振蕩是因其兩端壓差大,閥門開度小,閥芯還可能存在一定的干摩擦。

          關小調節閥的上游切斷閥后,減壓閥開度增大,振蕩停止。這是因為閥門開大后,減壓閥兩端壓差減小,等效放大系數相應減小。

          減壓閥應盡早拆開檢查,改善干摩擦、**卡滯,以徹底消除產生脈動的根源。

          2.2 減壓閥引入的脈動及其克服方法

          該實例發生在上海的一幢88層大廈。大廈所屬鍋爐房經分配器向洗衣房供汽。因蒸汽壓力太高,所以中間設置了一個直接作用式減壓系統。減壓與流量測量系統如圖5所示。

          該系統投運后的*初幾年,運行一直良好。白天和上半夜,洗衣房開工,蒸汽流量在1.02.5t/h之間波動;后半夜收工后,流量減為0.2t/h左右。

          但在20071月的一次停車小修之后,情況發生了變化。其中,開工期間的流量變化范圍并無異樣,而停工期間的流量示值卻大幅度升高,甚至比開工期間的*大流量還要大。因此,有關人員特地在收工期間進行檢查。典型流量曲線如圖6所示。

          分析減壓閥異常原因過程中,因為不論流量大與小,減壓閥后的壓力總是穩定在0.4MPa,所以,人們一直認為它是好的,沒有懷疑的必要。但在一籌莫展的情況下,不得不開始懷疑減壓閥。于是,通過閥門V3對出口壓力進行控制,而將閥門V2逐步關小,直至關死。待切換完畢,流量示值跌到0.2t/h以下,從而真相大白。后來,維修人員更換了減壓閥的金屬膜片,*終處理了故障。

          這一故障的處理帶給筆者的啟發大致有以下幾條。

          一臺減壓閥能將出口壓力(或進口壓力)穩定地控制在規定值,從而完成其主要任務,但不能因此而忽視其對流量測量可能存在的影響。

          一臺減壓閥在開度大的時候可能對流量測量不存在影響,但不能因此斷定在開度小的時候也不存在影響。因為閥門前后的壓差不同、開度不同、管網的配置不同等,都可能影響減壓閥的穩定性。

          減壓閥是否振蕩,通常觀察它是否存在明顯的振動,閥芯是否存在明顯的抖動,是否發出振蕩叫聲。但即使無振動、無抖動也無叫聲,也不能作出不振蕩的判斷。

          檢驗減壓閥是否振蕩并對渦街流量計產生干擾,*可靠和簡單的辦法就是跳開減壓閥,改由旁通閥控制。

          減壓閥振蕩(或僅在某一開度存在振蕩現象)導致渦街流量計示值偏高,是由于振蕩引起流動脈動,干擾渦街流量傳感器的工作。

          解決減壓閥振蕩的方法是對減壓閥進行維修或改善其工作條件,使振蕩條件不成立。

          3 結束語

          在渦街流量計與調節閥(減壓閥)串聯安裝在同一根管道的情況下,要特別留心調節閥可能存在振蕩及振蕩對渦街流量計量的影響。破壞振蕩的條件、消除振蕩是消除調節閥(減壓閥)對渦街流量計產生影響的較直接的方法。在*終無法根除振蕩的情況下,也可在流量計與干擾源之間增設阻尼器[7],阻斷流動脈動的傳遞。

           

          粵公網安備 44011302001265號

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