孔板流量計(jì)測量誤差分析

大唐韓城第二發(fā)電有限責(zé)任公司 陜西 韓城 715400

在600MW機(jī)組中,對于流量的測量眾多,其中流量計(jì)的類型也種類較多,包括孔板流量計(jì)、威力巴流量計(jì)、轉(zhuǎn)子流量計(jì)、電磁流量計(jì)等,測量的介質(zhì)也多種多樣,包括蒸汽、水、油等。2015年我公司為龍門煤化工供熱,增加了蒸汽及除鹽水流量,安裝初期出現(xiàn)蒸汽流量計(jì)測量不準(zhǔn)情況,本文結(jié)合蒸汽流量的特點(diǎn)分析誤差產(chǎn)生的原因及解決方案。

一、流量計(jì)的選型

我公司供熱蒸汽流量計(jì)與除鹽水流量計(jì)采用標(biāo)準(zhǔn)孔板,以下主要針對標(biāo)準(zhǔn)孔板的選型提出建議。選型原則如下:

1.標(biāo)準(zhǔn)孔板現(xiàn)場安裝方式。標(biāo)準(zhǔn)孔板通常水平安裝或垂直安裝,標(biāo)準(zhǔn)孔板生產(chǎn)廠家按用戶提供安裝方式生產(chǎn)孔板,用戶現(xiàn)場安裝時不得隨意更改安裝方式,以免導(dǎo)致測量偏差。我公司為水平安裝方式。

2.被測介質(zhì)。最好能提供介質(zhì)成分,以便孔板廠家選用合適材料生產(chǎn)節(jié)流件,供熱蒸氣流量測量介質(zhì)為過熱蒸汽,除鹽水測量介質(zhì)為水。

3.工藝管道規(guī)格尺寸和材質(zhì)。管道尺寸最好用“外徑×壁厚mm”方式標(biāo)注。

4.標(biāo)準(zhǔn)孔板工作溫度。供熱蒸汽溫度為200℃左右。

5.標(biāo)準(zhǔn)孔板工作壓力。工作壓力為表壓,用戶要提供最大工作壓力、正常工作壓力和最小工作壓力,單位為MPa。

6.被測介質(zhì)流量范圍。用戶需要提供最大工作流量、正常工作流量、最小工作流量和流量單位。

7.介質(zhì)工況密度。

8.在間歇工作工況中不能選用孔板流量計(jì),不然單位時間內(nèi)的累積流量與實(shí)際流量存在很大誤差。

一般在生產(chǎn)現(xiàn)場,都希望采用的孔板流量對應(yīng)的輸出差壓越大越好,但從節(jié)能方面考慮,由于隨著差壓的增大,壓損也越大,會造成能量損失。

二、孔板流量計(jì)測量原理

孔板流量計(jì)為差壓式流量計(jì)。

(一)孔板流量計(jì)是根據(jù)伯努利方程提供的基本原理,通過測量流體差壓信號來反映流體流量的測量方法。

孔板流量計(jì)的測量原理:充滿管里的流體經(jīng)直線管道進(jìn)入節(jié)流裝置,流速將在節(jié)流處收縮,使流速加快,靜壓力降低,導(dǎo)致節(jié)流件前后產(chǎn)生差壓。流速增大,差壓也隨之增大,因此,通過測量差壓,可以確定流量。

(二)孔板流量計(jì)的組成。孔板、引壓導(dǎo)管、三閥組、差壓變送器和二次儀表組成。

1.孔板:工業(yè)生產(chǎn)中廣泛采用標(biāo)準(zhǔn)孔板,精度可達(dá)±0.5—±1%,公稱為50—1200mm.取壓裝置有兩個取壓口,一個是上游取壓口,一個是下流取壓口,上流取壓口引出流體的正壓力,下游取壓口引出流體的負(fù)壓力。

2.差壓變送器:差壓變送器是差壓式流量計(jì)中的重要組成部分,它將節(jié)流裝置的差壓信號轉(zhuǎn)變成電流信號,以便于二次儀表處理和運(yùn)算。

3.顯示儀表:顯示儀表將差壓變送器產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)電流信號及其它裝置產(chǎn)生的補(bǔ)償信號進(jìn)行開方并積算,顯示瞬間流量、累計(jì)流量及其它流量。對于壓力、溫度波動范圍較大的測量介質(zhì),如過熱蒸汽等,必須進(jìn)行溫度、壓力補(bǔ)償,對于飽和蒸汽,應(yīng)進(jìn)行壓力(或溫度)補(bǔ)償。顯示儀表一般采用電磁計(jì)數(shù)式的開方積算器和智能數(shù)顯式的流量積算儀。智能流量積算儀是采用單片為處理機(jī)組成快速修正系統(tǒng),能與壓力、溫度配合,對被測介質(zhì)由于壓力、溫度偏離設(shè)計(jì)引起的流量測量誤差及累計(jì)積算等,通過軟件實(shí)現(xiàn)自動補(bǔ)償和積算。

(三)流量小信號切除。針對利用差壓測量的傳感器由于有開方,所以很微小的偏差,都會有比這個偏差大很多的量的出現(xiàn)。并且在小流量的時候,流量計(jì)的測量一般是不準(zhǔn)。因?yàn)殚_方器的特點(diǎn)是輸入信號越小,放大倍數(shù)越大。根據(jù)公式Iout=√10×Iin,當(dāng)輸入電流為10mA時,輸出Iout=10mA電流,放大倍數(shù)為1;當(dāng)輸入電流為0.01mA時,Iout為0.31mA,放大倍數(shù)為31。所以若輸入Iin在零點(diǎn)附近稍有一點(diǎn)波動,則Iout將會有較大幅度的擺動,為了避免小信號波動的影響,提高開方器的使用精度,采用了小信號切除。

三、孔板流量計(jì)的安裝要求

(一)基本要求

1.新安裝管路系統(tǒng),必須先對管路進(jìn)行吹掃后再安裝標(biāo)準(zhǔn)孔板,防止管內(nèi)雜物堵塞或損傷標(biāo)準(zhǔn)孔板。

2.安裝前應(yīng)仔細(xì)核對標(biāo)準(zhǔn)孔板的編號、位號、規(guī)格是否與管道情況、流量范圍等參數(shù)相符。在取壓口附近標(biāo)有“+”的一端應(yīng)與流體上游管段聯(lián)接,標(biāo)有“—”的一端應(yīng)與流體下游管段聯(lián)接。

3.標(biāo)準(zhǔn)孔板的中心線應(yīng)當(dāng)與管道中心線同軸。

(二)對管路的要求

1.看你測量的是氣體、液體還是蒸汽。氣體取壓口最好在管道上部;液體取壓口在側(cè)面中心線以下45度范圍內(nèi)但不要在正下方,沉積顆粒會堵著取壓口的;蒸汽的話取壓口在管道側(cè)面中心線以上45度范圍內(nèi);

2.孔板方向不要弄錯了,標(biāo)“+”的為正向,“-”為負(fù)向,“+”是迎著流體過來的方向。

3.正負(fù)取壓口引出的導(dǎo)壓管在任何情況下都要保持平行;

4.孔板一般都要配合差壓變送器用的,導(dǎo)壓管與差壓變送器連接時要注意正負(fù)壓不要裝反,“H”為正,“L”為負(fù);

5.測氣體的話差壓裝置建議放在管道上方,液體的話放在管道下部,測蒸汽如果有配冷凝罐的話,應(yīng)當(dāng)保持冷凝罐在同一水平面高度上。

6.對管路直管段的要求,一般要求在孔板前后無其他裝置情況下,直管段為前10D后5D(D是指孔板的口徑)。在此基礎(chǔ)上孔板廠家會有更嚴(yán)格的要求,此時以孔板說明書要求為準(zhǔn)。

7.作為壓力及溫度修正的壓力及溫度測點(diǎn)按照介質(zhì)流向應(yīng)安裝在孔板前,且壓力應(yīng)安裝在溫度側(cè)點(diǎn)前,中間間隔至少大于D。由于孔板壓損較大,嚴(yán)禁將壓力測點(diǎn)安裝在孔板之后。

四、孔板流量計(jì)的測量誤差產(chǎn)生的原因及消除辦法

簡單地說,測量誤差主要是由安裝不規(guī)范、參數(shù)設(shè)置不當(dāng)、維護(hù)不到位這三個原因引起的。

1.孔板安裝不規(guī)范

(1)孔板前后直管段不符合要求:孔板對前后直管段要求比較高。我公司供熱蒸汽流量計(jì)安裝時按照規(guī)程要求前10D后5D,管道外徑為720mm,安裝初期按照前10米,后5米進(jìn)行安裝,后發(fā)現(xiàn)孔板說明書要求前直管段為30米,后直管段為5米,雖然滿足了規(guī)程要求但未滿足說明書要求,誤差較大。當(dāng)規(guī)程與說明書不一致時應(yīng)以嚴(yán)格的一方為準(zhǔn)進(jìn)行安裝。

(2)孔板片受損或孔板法蘭墊片凸出管道內(nèi)導(dǎo)致測量誤差。必須在安裝前對孔板片及法蘭墊片進(jìn)行認(rèn)真檢查,確保孔板片完好。

(3)孔板上下游面反裝:安裝前,確認(rèn)介質(zhì)流向及孔板方向,不然將會使測量值偏低。安裝孔板時,使孔板上標(biāo)有“+”的面處在流向的上游側(cè)。

(4)孔板量程設(shè)計(jì)錯誤,由于孔板設(shè)計(jì)時需要提供標(biāo)準(zhǔn)孔板工作溫度、工作壓力、介質(zhì)密度、最大流量、最小流量、常用流量,孔板的設(shè)計(jì)必須嚴(yán)格按照以上參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì),而現(xiàn)場流量及介質(zhì)也應(yīng)與設(shè)計(jì)一致,當(dāng)實(shí)際流量小于最小流量時,會出現(xiàn)蒸汽流量誤差偏大且正負(fù)誤差無法預(yù)知情況。而當(dāng)工作溫度、工作壓力、介質(zhì)密度與設(shè)計(jì)不一致時,也會出現(xiàn)誤差較大情況。我公司供熱蒸汽流量計(jì)初始設(shè)計(jì)流量為最大流量160噸每小時,常用流量100噸每小時,最小流量50噸每小時,而由于用汽方原因,流量長期小于50噸每小時,致使雙方流量計(jì)偏差大,誤差不可控,無法計(jì)量。

2.管路及冷凝器安裝不規(guī)范

導(dǎo)壓管路的主要作用是用來傳遞孔板產(chǎn)生的差壓。

導(dǎo)壓管路的敷設(shè)長度應(yīng)在3～50m之間。測量蒸汽流量時,導(dǎo)壓管路中正負(fù)壓側(cè)冷凝液罐的取壓端必須等高,不然會產(chǎn)生附加誤差。

3.由于北方冬天溫度低,因此必須對導(dǎo)壓管加裝伴熱帶,并敷設(shè)保溫。要求正負(fù)壓側(cè)導(dǎo)壓管共同均勻加裝伴熱帶,不然會由于正負(fù)壓側(cè)受熱不均勻產(chǎn)生附加誤差。保溫必須敷設(shè)均勻,并且無未敷設(shè)到位地方,防止管路解凍,造成測量異常。冷凝器上部不得進(jìn)行保溫。

4.差壓變送器安裝不規(guī)范。差壓變送器應(yīng)安裝在保溫箱或保護(hù)箱內(nèi),并靠近取源部件的位置,利于維修及調(diào)試,導(dǎo)管引入處應(yīng)密封,排污閥應(yīng)裝在箱外,并設(shè)排污槽及排污總管。

5.孔板損壞或結(jié)垢。孔板長期使用或安裝過程造成損壞,內(nèi)部結(jié)垢,都會造成測量不準(zhǔn)。利用設(shè)備停運(yùn)機(jī)會對孔板進(jìn)行檢查,進(jìn)行清洗,嚴(yán)重時進(jìn)行更換。

6.排污閥或取樣一、二次閥門泄漏。由于拆卸變送器或進(jìn)行排污,可能會造成閥門泄漏,正壓側(cè)閥門泄漏可能造成測量數(shù)值偏小;反之負(fù)壓側(cè)閥門泄漏會造成測量數(shù)值偏大。必須定期進(jìn)行巡回檢查,進(jìn)行消除存在問題。

7.參數(shù)設(shè)置不當(dāng)。顯示儀表的溫度及壓力補(bǔ)償,工藝條件相關(guān)參數(shù)及變送器量程未按照孔板計(jì)算書設(shè)置,都會造成流量顯示不準(zhǔn)。

8.變送器顯示不準(zhǔn)。變送器在長期使用后,可能會出現(xiàn)零位漂移、精度降低情況。根據(jù)JJG882-2004

壓力變送器要求壓力變送器的檢定周期應(yīng)不超過1年。必須按要求對變送器檢驗(yàn),對不滿足精度要求的變送器進(jìn)行更換。

通過以上分析,孔板流量計(jì)的測量誤差產(chǎn)生原因主要為安裝初期未按照規(guī)程要求進(jìn)行安裝,參數(shù)設(shè)置不當(dāng)及后期維護(hù)不當(dāng)。消除測量誤差,需要分類進(jìn)行分析,才能保證孔板流量計(jì)測量準(zhǔn)確。