影响管道内蒸汽流量计在蒸汽计量中准确度因素的分析
点击次数：2177 发布时间：2021-01-07 16:01:47
管道内蒸汽流量计的优点与缺点：
优点1、管道内蒸汽流量计的标准节流件是全用的，并得到了国际标准组织的认可，无需实流校准，即可投用，在流量传感器中也是**的；2、结构易于复制，简单、牢固、性能稳定可靠、价格低廉；3、应用范围广，包括全部单相流体(液、气、蒸汽)、部分混相流，一般生产过程的管径、工作状态(温度、压力)皆可以测量；4、检测件和差压显示仪表可分开不同厂家生产，便与专业化规模生产。
缺点1、测量的重复性、精确度在流量传感器中属于中等水平，由于众多因素的影响错综复杂，精确度难于提高；2、范围度窄，由于流量系数与雷诺数有关,一般范围度仅3∶1～4∶1；3、有较长的直管段长度要求，一般难于满足。尤其对较大管径，问题更加突出；4、压力损失大；5、孔板以内孔锐角线来保证精度，因此传感器对腐蚀、磨损、结垢、脏污敏感，长期使用精度难以保证，需每年拆下强检一次；6、采用法兰连接，易产生跑、冒、滴、漏问题，大大增加了维护工作量。在燃料乙醇生产工艺过程中，蒸汽计量大多使用管道内蒸汽流量计。本文对影响管道内蒸汽流量计准确度的因素进行了分析论证，并提出了相应的措施。
一、标准管道内蒸汽流量计工作原理及要求工况条件
1.1工作原理
1．1．1基本原理
充满管道的流体，当它流经管道内的节流件时，流速将在节流件处形成局部收缩，因而流速增加，静压力降低，于是在节流件前后便产生了压差。流体流量愈大，产生的压差愈大，这样可依据压差来衡量流量的大小。
1.1.2流量方程
qv＝qm/ρ
qm——质量流量，kg/s；
qv——体积流量，m3/s；
C——流出系数；
ε——可膨胀性系数；
β——直径比，β=d／D；
d——工作条件下节流件的孔径，m
D——工作条件下上游管道内径，m；
△p——差压，Pa；
ρ1——上游流体密度，kg／m3。
由上式可见，管道内蒸汽流量计运行过程中对计量精度影响*大的两个测量量是差压和密度，密度随蒸汽温度压力的变化而变化。
1.2工况条件
使用标准节流装置时，GB/T2624.2-2006流体的性质和状态必须满足下列条件；
（1）流体必须充满管道和节流装置，并连续地流经管道。
（2）流体必须是牛顿流体，即在物理上和热力学上是均匀的、单相的。
（3）流体流经节流件时不发生相变。
（4）流体流量不**间变化或变化非常缓慢。
（5）流体在流经节流件以前，流速平行于管道轴线的无旋流。
二、影响差压信号的因素
2．1直管段对差压信号的影响
2．1．1直管段长度对差压信号的影响
直管段的作用就是对管道内流动介质进行整流，使流体在流经节流件以前，流速平行于管道轴线的无旋流。当管道有阀门、弯头等阻力件时流动状态会发生改变，如产生旋涡等，此时流体流经节流件时产生的差压信号不能准确反映流量大小。当直管段长度不够时很难起到整流作用。一般来说，差压流量计的设计、安装均参照**规范和具体的安装规定进行的，但在许多情况下，现场条件及工艺情况往往不能满足安装要求，仪表安装位置往往迁就工艺管线走向而缩短上、下游直管段，加上施工时采用工艺管道拼凑直管段，其结果使上、下游直管段与仪表要求的条件相差甚远，测量不确定度增大，测量精度大大降低。
2．1．2前直管段内径、园度、平滑度、
与孔板垂直度和安装条件对差压信号的影响
直管段整流不仅与直管段长度有关，还与直管段园度、平滑度、与孔板垂直度有关，如果直管段园度、平滑度、与孔板垂直度达不到要求，不仅起不到整流作用，还会引起流态发生变化从而引起差压信号不能准确测量。因直管段都是借用现场的管道，对前后直管段的内径D、园度、平滑度都没有实测，至于直管段是否腐蚀、变形、结垢一概不知。另外，管道内蒸汽流量计对安装要求严格，需要专业的安装队伍，但现在的安装队伍经过层层转包，大检修时间很紧，加上施工人员素质、疏忽等原因，很难保证安装质量。例如为了不让焊滴在管道内突起引起流态发生变化，夹持件与管道焊接要求先用氩弧焊打底，再电焊焊接。据了解，施工中很少有施工队这样做。更不会有时间去考虑节流元件的前端面与管道轴线垂直度不超过±1º，从而保证节流元件的中心管线与管道轴线重合的技术要求。以上这些情况都会对介质流动状态产生影响，从而影响差压信号
的准确测量。
2．2孔板反装对差压信号的影响
孔板方向装反是很容易犯的错误，并且不易发现。孔板装反虽然也有差压信号，但此时差压信号不能准确反映实际流量。例如我们安装现场一台测汽表，运行一年计量值一直与工艺估算量相差达15％左右，原因很难查清，在一次检修中才发现孔板方向装反。造成孔板方向装反主要原因是施工人员对介质流向不十分清楚或安装疏忽等。使用过程中很难想到计量不准是因为孔板方向装反造成的。
三、温度压力变化对蒸汽密度的影响
在实际生产中，随着生产工艺调整和蒸汽长距离输送，蒸汽温度、压力波动较大，蒸汽密度随着变化。理论公式中差压和密度都是动态值，但仪表中流量计算公式中的密度值都是设计固定值，公式中密度值并不是蒸汽实际密度值，不随蒸汽温度压力的变化而变化。所以，需要对蒸汽流量进行温度压力补偿。
四、措施
4．1加强技术培训，提高质量意识
流量仪表不同于其它一般管道设备，特别是管道内蒸汽流量计对安装条件有着更为特殊的要求，在生产中往往由于对计量表原理、性能、影响因素认识不足，对安装要求、使用要求重视不够，造成使用过程中出现这样那样问题。因此必须加强对安装、维护、使用人员的流量仪表知识方面的培训，提高误差意识，尽量避免或减少因施工安装原因给孔板计量准确度带来影响。
4．2孔板前加装整流器
由于前直管段对计量准确度影响很大，而且不容易满足要求，因此加装整流器不仅是一个很好的办法，既解决了整套购买计量设备成本较高的问题，又解决差压信号不准问题。
4．3借用现有设备引入温压补偿
直接对蒸汽密度进行测量目前还没有这样高准确的计量设备，在利用管道内蒸汽流量计对蒸汽进行计量虽然不能对密度进行直接测量，但可通过温压补偿的办法对蒸汽密度进行修正，使其接近实际密度，从而提高蒸汽计量准确度。生产中除了装置外围管道内蒸汽流量计附近没有压力和温度表外，装置内管道内蒸汽流量计附近基本上都有压力表和温度表，把现有的温度压力信号借用过来组态到管道内蒸汽流量计计算公式中对密度进行补偿修正，既节约了资金又提高了管道内蒸汽流量计计量精度。
五、结论
管道内蒸汽流量计使用条件要求较高，在实际中很难达到，其计量精度就会受到一定影响。因此，在设计、安装、使用过程中要充分考虑各种影响因素，尽量避免这些影响因素的发生，提高管道内蒸汽流量计在蒸汽计量中的准确度。
优点1、管道内蒸汽流量计的标准节流件是全用的，并得到了国际标准组织的认可，无需实流校准，即可投用，在流量传感器中也是**的；2、结构易于复制，简单、牢固、性能稳定可靠、价格低廉；3、应用范围广，包括全部单相流体(液、气、蒸汽)、部分混相流，一般生产过程的管径、工作状态(温度、压力)皆可以测量；4、检测件和差压显示仪表可分开不同厂家生产，便与专业化规模生产。
缺点1、测量的重复性、精确度在流量传感器中属于中等水平，由于众多因素的影响错综复杂，精确度难于提高；2、范围度窄，由于流量系数与雷诺数有关,一般范围度仅3∶1～4∶1；3、有较长的直管段长度要求，一般难于满足。尤其对较大管径，问题更加突出；4、压力损失大；5、孔板以内孔锐角线来保证精度，因此传感器对腐蚀、磨损、结垢、脏污敏感，长期使用精度难以保证，需每年拆下强检一次；6、采用法兰连接，易产生跑、冒、滴、漏问题，大大增加了维护工作量。在燃料乙醇生产工艺过程中，蒸汽计量大多使用管道内蒸汽流量计。本文对影响管道内蒸汽流量计准确度的因素进行了分析论证，并提出了相应的措施。
一、标准管道内蒸汽流量计工作原理及要求工况条件
1.1工作原理
1．1．1基本原理
充满管道的流体，当它流经管道内的节流件时，流速将在节流件处形成局部收缩，因而流速增加，静压力降低，于是在节流件前后便产生了压差。流体流量愈大，产生的压差愈大，这样可依据压差来衡量流量的大小。
1.1.2流量方程
qv＝qm/ρ
qm——质量流量，kg/s；
qv——体积流量，m3/s；
C——流出系数；
ε——可膨胀性系数；
β——直径比，β=d／D；
d——工作条件下节流件的孔径，m
D——工作条件下上游管道内径，m；
△p——差压，Pa；
ρ1——上游流体密度，kg／m3。
由上式可见，管道内蒸汽流量计运行过程中对计量精度影响*大的两个测量量是差压和密度，密度随蒸汽温度压力的变化而变化。
1.2工况条件
使用标准节流装置时，GB/T2624.2-2006流体的性质和状态必须满足下列条件；
（1）流体必须充满管道和节流装置，并连续地流经管道。
（2）流体必须是牛顿流体，即在物理上和热力学上是均匀的、单相的。
（3）流体流经节流件时不发生相变。
（4）流体流量不**间变化或变化非常缓慢。
（5）流体在流经节流件以前，流速平行于管道轴线的无旋流。
二、影响差压信号的因素
2．1直管段对差压信号的影响
2．1．1直管段长度对差压信号的影响
直管段的作用就是对管道内流动介质进行整流，使流体在流经节流件以前，流速平行于管道轴线的无旋流。当管道有阀门、弯头等阻力件时流动状态会发生改变，如产生旋涡等，此时流体流经节流件时产生的差压信号不能准确反映流量大小。当直管段长度不够时很难起到整流作用。一般来说，差压流量计的设计、安装均参照**规范和具体的安装规定进行的，但在许多情况下，现场条件及工艺情况往往不能满足安装要求，仪表安装位置往往迁就工艺管线走向而缩短上、下游直管段，加上施工时采用工艺管道拼凑直管段，其结果使上、下游直管段与仪表要求的条件相差甚远，测量不确定度增大，测量精度大大降低。
2．1．2前直管段内径、园度、平滑度、
与孔板垂直度和安装条件对差压信号的影响
直管段整流不仅与直管段长度有关，还与直管段园度、平滑度、与孔板垂直度有关，如果直管段园度、平滑度、与孔板垂直度达不到要求，不仅起不到整流作用，还会引起流态发生变化从而引起差压信号不能准确测量。因直管段都是借用现场的管道，对前后直管段的内径D、园度、平滑度都没有实测，至于直管段是否腐蚀、变形、结垢一概不知。另外，管道内蒸汽流量计对安装要求严格，需要专业的安装队伍，但现在的安装队伍经过层层转包，大检修时间很紧，加上施工人员素质、疏忽等原因，很难保证安装质量。例如为了不让焊滴在管道内突起引起流态发生变化，夹持件与管道焊接要求先用氩弧焊打底，再电焊焊接。据了解，施工中很少有施工队这样做。更不会有时间去考虑节流元件的前端面与管道轴线垂直度不超过±1º，从而保证节流元件的中心管线与管道轴线重合的技术要求。以上这些情况都会对介质流动状态产生影响，从而影响差压信号
的准确测量。
2．2孔板反装对差压信号的影响
孔板方向装反是很容易犯的错误，并且不易发现。孔板装反虽然也有差压信号，但此时差压信号不能准确反映实际流量。例如我们安装现场一台测汽表，运行一年计量值一直与工艺估算量相差达15％左右，原因很难查清，在一次检修中才发现孔板方向装反。造成孔板方向装反主要原因是施工人员对介质流向不十分清楚或安装疏忽等。使用过程中很难想到计量不准是因为孔板方向装反造成的。
三、温度压力变化对蒸汽密度的影响
在实际生产中，随着生产工艺调整和蒸汽长距离输送，蒸汽温度、压力波动较大，蒸汽密度随着变化。理论公式中差压和密度都是动态值，但仪表中流量计算公式中的密度值都是设计固定值，公式中密度值并不是蒸汽实际密度值，不随蒸汽温度压力的变化而变化。所以，需要对蒸汽流量进行温度压力补偿。
四、措施
4．1加强技术培训，提高质量意识
流量仪表不同于其它一般管道设备，特别是管道内蒸汽流量计对安装条件有着更为特殊的要求，在生产中往往由于对计量表原理、性能、影响因素认识不足，对安装要求、使用要求重视不够，造成使用过程中出现这样那样问题。因此必须加强对安装、维护、使用人员的流量仪表知识方面的培训，提高误差意识，尽量避免或减少因施工安装原因给孔板计量准确度带来影响。
4．2孔板前加装整流器
由于前直管段对计量准确度影响很大，而且不容易满足要求，因此加装整流器不仅是一个很好的办法，既解决了整套购买计量设备成本较高的问题，又解决差压信号不准问题。
4．3借用现有设备引入温压补偿
直接对蒸汽密度进行测量目前还没有这样高准确的计量设备，在利用管道内蒸汽流量计对蒸汽进行计量虽然不能对密度进行直接测量，但可通过温压补偿的办法对蒸汽密度进行修正，使其接近实际密度，从而提高蒸汽计量准确度。生产中除了装置外围管道内蒸汽流量计附近没有压力和温度表外，装置内管道内蒸汽流量计附近基本上都有压力表和温度表，把现有的温度压力信号借用过来组态到管道内蒸汽流量计计算公式中对密度进行补偿修正，既节约了资金又提高了管道内蒸汽流量计计量精度。
五、结论
管道内蒸汽流量计使用条件要求较高，在实际中很难达到，其计量精度就会受到一定影响。因此，在设计、安装、使用过程中要充分考虑各种影响因素，尽量避免这些影响因素的发生，提高管道内蒸汽流量计在蒸汽计量中的准确度。