煤氣流量計-金湖奧科儀表有限公司-銷售直線：0517-86919886 手機(jī)：15261725556 柏經(jīng)理
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一、煤氣流量計概述
隨著成本意識的不斷增強(qiáng)，人們對能源計量的準(zhǔn)確性提出了更高的要求[1、2]，而對于流量測量中的溫度、壓力補(bǔ)償問題也進(jìn)一步重視[3]。由于流量測量裝置的設(shè)計溫度、壓力與實(shí)際運(yùn)行的工作溫度、壓力有一定的差異，或者由于工藝條件造成流體溫度、壓力波動較大，致使測出的流量不能真實(shí)反映其工作狀態(tài)下的實(shí)際流量。絕大多數(shù)流量計只有在流體工況與設(shè)計條件一致的情況下才能保證較高的測量精度[4]，例如氣體隨著溫度、壓力的變化對測量精度的影響特別大[5]，必須進(jìn)行溫壓補(bǔ)償[6]。而不同類別的流量測量裝置，測量不同的流體介質(zhì)，其溫度、壓力的補(bǔ)償方式及在二次儀表中的數(shù)學(xué)模型是有差異的。下面以威力巴流量計為例，對其在不同介質(zhì)、不同工況下的溫壓補(bǔ)償方式和不同的溫壓補(bǔ)償方式在二次儀表中的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行分析。
二、 煤氣流量計測量原理
威力巴流量計采用一種差壓式的流量探頭，其計算模型和其他差壓式流量計(如孔板流量計[7～8])的數(shù)學(xué)模型相同。的工作原理見圖1。其計算模型為：
式中qm——質(zhì)量流量，kg/h
K——流量常量
ρ——介質(zhì)工況密度，kg/m3
△p——探頭前后的差壓(即圖1中高壓區(qū)與低壓區(qū)的差壓)，kPa
△p的準(zhǔn)確測量不應(yīng)只限選用一臺高精度的差壓變送器，實(shí)際上壓力變送器能否接收到真實(shí)的差壓還取決于一系列因素，其中探頭的正確選型及探頭、引壓管的正確安裝和使用，都是保證獲得真實(shí)差壓值的關(guān)鍵。
這些影響因素很多是難以定量確定的，只有在選型、安裝和使用上加強(qiáng)準(zhǔn)確性和規(guī)范化。從計算模型中還可以看出，ρ在方程中同△p處于同等地位，當(dāng)追求差壓變送器高精度等級時，絕不要忽視ρ的測量精度與△p相匹配，否則△p精度的提高將會被ρ的精度的降低所抵消。介質(zhì)密度ρ一般難以直接測得，通常是通過溫度、壓力、組成計算求得。
3 溫壓補(bǔ)償方式及數(shù)學(xué)模型
本文結(jié)合威力巴流量計計算軟件來說明對于各種狀態(tài)介質(zhì)ρ的正確補(bǔ)償[2]及溫壓補(bǔ)償在二次儀表中的數(shù)學(xué)模型。目前在流量計量的二次儀表中，規(guī)模比較大的項(xiàng)目一般選用分散控制系統(tǒng)(Distributed Control System，簡稱DCS)或可編程邏輯控制系統(tǒng)(Programmed Logic Control，簡稱PLC)，而規(guī)模比較小的項(xiàng)目一般選用流量積算儀、無紙記錄儀等二次儀表。本文以DCS系統(tǒng)和流量積算儀為例進(jìn)行說明。
3.1 氣體測量
煤氣流量計在氣體測量中常用差壓計算標(biāo)準(zhǔn)狀況(0℃，101.32kPa，以下簡稱標(biāo)況)體積流量。對氣體而言，由于密度受壓力影響比較大，一般在溫度變化不大，壓力波動比較大的場所，只進(jìn)行壓力補(bǔ)償就可以；但在溫度、壓力變化都比較大的場所，要同時進(jìn)行溫壓補(bǔ)償才能使得測量準(zhǔn)確。下面對二次儀表進(jìn)行壓力補(bǔ)償和溫壓補(bǔ)償?shù)那闆r分別加以說明。
某測點(diǎn)介質(zhì)為空氣，管徑規(guī)格為Φ219×6，操作壓力為5kPa，操作溫度為20℃，刻度流量(最大流量，標(biāo)況)為3000m3/h，標(biāo)況密度為1.293kg/m3，當(dāng)?shù)卮髿饨^對壓力為100kPa。
由威力巴流量計計算軟件可知，差壓上限為0.74377kPa，該數(shù)據(jù)為差壓變送器使用范圍的最大值。
由于測點(diǎn)中空氣的操作壓力為5kPa，可設(shè)定其壓力補(bǔ)償范圍為0～25kPa；操作溫度為20℃，可設(shè)定其溫度補(bǔ)償范圍為0～50℃。
3.1.1 DCS系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型
從威力巴流量計算軟件中得知計算公式為
式中qV——標(biāo)況體積流量，m3/h
C——流量常量
pa——探頭之前工作狀態(tài)絕對壓力(即圖1中高壓區(qū)的絕對壓力)，kPa
T——工作狀態(tài)下溫度，K
Z——工作狀態(tài)下該氣體的壓縮因子
將測點(diǎn)中的參數(shù)代入威力巴流量計計算軟件可得，該測點(diǎn)中C=5812.354，Z=1。將數(shù)據(jù)C=5812.354，Z=1代入式(2)，則DCS系統(tǒng)中流量計算公式為：
① 只進(jìn)行壓力補(bǔ)償
將溫度(20℃)換算成熱力學(xué)溫度(293.15K)代入式(3)，流量公式為：
式中pg——工作狀態(tài)下的相對壓力(即圖1中高壓區(qū)的相對壓力)，kPa
② 同時進(jìn)行溫度、壓力補(bǔ)償
若同時進(jìn)行溫度、壓力補(bǔ)償，則公式(3)變?yōu)椋?/span>
式中t——工作狀態(tài)下的溫度，℃
3.1.2流量積算儀的數(shù)學(xué)模型
① 只進(jìn)行壓力補(bǔ)償
選擇積算儀計算模型：
式中ρn——介質(zhì)標(biāo)況密度，kg/m3
A1、A2——介質(zhì)密度系數(shù)，無量綱
氣體壓力和密度的關(guān)系在一定的范圍內(nèi)基本上是線性關(guān)系：
A1+A2pg=℃ (7)
因此，只要取兩組壓力和密度的對應(yīng)關(guān)系，將式(8)、(9)組成一個二元一次方程組，就可求出A1、A2值。
A1+A2pg,1=ρ1 (8)
A1+A2pg,2=ρ2 (9)
查表得知空氣在20℃、0kPa時密度為1.189kg/m3；在20℃、25kPa時密度為1.486kg/m3。將這些數(shù)據(jù)代入式(8)、(9)組成的方程組，解得A1=1.189，A2=0.0119。
根據(jù)式(6)可知：
將數(shù)據(jù)qV=3000m3/h，ρn=1.293kg/m3，A1=1.189，A2=0.0119，pg=5kPa，△p=0.7437 kPa代入式(10)，可求得：K=4025.5293。
② 同時進(jìn)行溫度、壓力補(bǔ)償
選擇積算儀計算模型：
式中Tn——標(biāo)況溫度，K，取273.15K
p0——當(dāng)?shù)卮髿饨^對壓力，kPa
pn——標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，kPa，取101.32kPa
根據(jù)式(11)可知：
將數(shù)據(jù)qV=3000m3/h，ρn=1.293kg/m3，L=273.15K，pg=5kPa，p0=100kPa，pn=101.32kPa，t=20℃，△p=0.74377kPa代入式(12)，可求得：K=4025.3021。
3.2 過熱蒸汽測量
由于過熱蒸汽密度受溫度、壓力影響較大，因此對過熱蒸汽的密度，要同時進(jìn)行溫度、壓力補(bǔ)償才能使得流量測量準(zhǔn)確。
某測點(diǎn)介質(zhì)為過熱蒸汽，管徑規(guī)格為Φ219×6，操作壓力為200kPa，操作溫度為150℃，刻度流量(最大流量)為10000kg/h，當(dāng)?shù)卮髿饨^對壓力為100kPa。
通過威力巴流量計計算軟件可知，差壓上限為3.92113kPa，該數(shù)據(jù)為差壓變送器使用范圍的最大值。
由于測點(diǎn)中過熱蒸汽的操作壓力為200kPa，可設(shè)定其壓力補(bǔ)償范圍為0～400kPa；操作溫度為150℃，可設(shè)定其溫度補(bǔ)償范圍為0～300℃。
最先進(jìn)的差壓式流量測量技術(shù)
TC-WLB威力巴采用了完全符合空氣動力學(xué)原理的工程結(jié)構(gòu)設(shè)計，是一種在精度、功效及可靠方面達(dá)到了無比卓越程度的傳感元件。
1、用途
適用于氣體、液體和蒸汽的高精度流量測量。威力巴是一種差壓式、速率平均式流量傳感器，通過傳感器在流體中所產(chǎn)生的差壓進(jìn)行流量測量。威力巴反映流體真實(shí)的流速，其精度達(dá)到± 1.0%，重復(fù)性達(dá)± 0.1%。威力巴的突出優(yōu)點(diǎn)是：輸出一個非常穩(wěn)定、無脈動的差壓信號
2 、探頭的設(shè)計特點(diǎn)
截面形狀的探頭能產(chǎn)生精確的壓力分布，固定的流體分離點(diǎn)；位于探頭側(cè)后兩邊、流體分離點(diǎn)之前的低壓取壓孔，可以生成穩(wěn)定的差壓信號，并且有效防堵。內(nèi)部一體化結(jié)構(gòu)能避免信號滲漏，提高探頭結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，保持長期高精度。
三、煤氣流量計工作原理簡介
當(dāng)流體流過探頭時，在其前部產(chǎn)生一個高壓分布區(qū)，高壓分布區(qū)的壓力略高于管道的靜壓。根據(jù)伯努利方程原理，流體流過探頭時速度加快，在探頭后部產(chǎn)生一個低壓分布區(qū)，低壓分布區(qū)的壓力略低于管道的靜壓。流體從探頭流過后在探頭后部產(chǎn)生部分真空，并在探頭的兩側(cè)出現(xiàn)旋渦。均速流量探頭的截面形狀、表面粗糙狀況和低壓取壓孔的位置是決定探頭性能的關(guān)鍵因素。低壓信號的穩(wěn)定和準(zhǔn)確對均速探頭的精度和性能起決定性作用。威力巴均速流量探頭能精確地檢測到由流體的平均速度所產(chǎn)生的平均差壓。威力巴均速流量探頭在高、低壓區(qū)有按一定準(zhǔn)則排布的多對取壓孔，使準(zhǔn)確測平均流速成為可能.
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