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渦街流量計在氣體測量中影響測量精度的原因分析和改進

一、本文概述
流量是企業(yè)監(jiān)控生產(chǎn)過程中的一個重要參數(shù),是保證優(yōu)質(zhì)、高效、安全、平穩(wěn)運行和改善環(huán)境的重要手段。氣體流量的測量在環(huán)保、化工、能源等行業(yè)加強物料管理、能源管理,進行物料交接、貿(mào)易結(jié)算、經(jīng)濟核算和效益分析與評價中具有重要意義。從某種意義上講:計量就是企業(yè)眼睛,計量就是計效益。現(xiàn)代企業(yè)對流量計量的要求越來越高。工業(yè)計量中常用差壓式流量計、渦街流量計、渦輪流量計和超聲流量計等作為氣體測量儀表。其中渦街流量計以結(jié)構(gòu)簡單牢固、適用于多流體種類和測量精度較高且測量范圍寬、圧損小等特點應(yīng)用*為廣泛。本文通過對渦街流量計在氣體測量中容易出現(xiàn)影響測量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的幾點原因分析和改進,從而進一步提高氣體流量測量準(zhǔn)確度。
二、工作原理與結(jié)構(gòu)
渦街流量計是在流體中安放非流線型旋渦發(fā)生體,流體在旋渦發(fā)生體兩側(cè)交替地分離釋放出兩列規(guī)則的交替排列的旋渦渦街。在一定的流量(雷諾數(shù))范圍內(nèi),旋渦的分離頻率與流經(jīng)渦街流量傳感器處流體的體積流量成正比。
三、影響準(zhǔn)確度的因素分析及解決辦法
由于渦街流量計的結(jié)構(gòu)和測量原理的特點,渦街流量計測量精度受到振動、脈沖干擾、測量介質(zhì)、安裝方式以及流體狀況等原因有較大的影響。
1.管道振動
渦街流量計本質(zhì)上是流體振動型流量計,除壓電晶體檢測式渦街流量計,其它渦街流量計對機械振動特別敏感。由于渦街流量計輸出脈沖與流速成正比、檢測渦街的升力與流速平方和被測流體的密度成正比,所以在小流量時,渦街流量傳感器信號頻率低且幅值小,受到低頻的管道振動干擾影響嚴(yán)重,輸出脈沖誤差大;隨著流量的增大,渦街流量傳感器信號頻率變大且幅值增強,受到低頻的管道振動干擾影響減弱,輸出脈沖也隨之誤差變小。
當(dāng)渦街流量計安裝位置出現(xiàn)管道振動時可以采取以下方法:
1.1增設(shè)管道固定支架,限制管道振幅;
1.2調(diào)整儀表電路的設(shè)定狀態(tài),力求排除振動影響;
1.3如以上無法實現(xiàn)時可根據(jù)渦街流量計對不同方向的抗振能力的不同,在安裝管線上的流量計方向用X-Y-Z三維坐標(biāo)表示,X是管道中心線方向,即流量計進出口的方向;Z是流量計柱體軸向;Y是與管道中心線垂直同時與流量計柱體軸向垂直的方向,也是渦街流量計橫向力作用的方向。流量計Z方向的抗振能力*強而Y方向*差。觀察或測量管道的主要振動方向,旋轉(zhuǎn)流量計,直到Z軸與此主振方向重合,把儀表固定在該方向上。盡可能減小管道振動對流量計測量的影響。
2.脈沖干擾
渦街流量計如果附近存在與其測量脈沖信號重疊的變頻器、電機等設(shè)備時,易發(fā)生外界干擾信號覆蓋或疊加被測信號,致使流量計無法進行準(zhǔn)確計量。這時應(yīng)做好流量計接地和屏蔽保護。也可對影響信號的噪聲源進行控制,如對變頻器、電機電纜加裝金屬套管進行屏蔽;遠離噪聲源安裝流量計;在流量計與噪聲源之間加裝T形管、90?彎頭、多孔消音器等管件可以在一定程度上降低噪聲的影響。
3.測量介質(zhì)
渦街流量計主要對單相流體進行測量,當(dāng)出現(xiàn)兩相流時測量結(jié)果將有明顯的偏差。如測量過熱蒸汽時,如果管道保溫不好或流動阻力損失太大,將造成過熱蒸汽溫度快速下降而使蒸汽由過熱變?yōu)轱柡?,出現(xiàn)凝結(jié)水。而凝結(jié)水的密度遠遠大于蒸汽密度,因而,蒸汽凝結(jié)導(dǎo)致渦街流量計測量蒸汽流量明顯變小。我們應(yīng)對易于液化氣體介質(zhì)進行加壓或保溫措施,并實時監(jiān)控介質(zhì)溫度與壓力,防止氣液兩相流出現(xiàn)。
4.流體狀況
流量計正常工作流體條件:① 具有充分發(fā)展的湍流速度分布、無旋渦、速度軸對稱分布;②充滿圓管的單相流體;③定常流。④牛頓流體[4]
流量計在使用中偏離這些條件將產(chǎn)生附加誤差,在現(xiàn)場流體流動特性中的具有充分發(fā)展的湍流速度分布、無旋渦、速度軸對稱分布及定常流常是難以滿足的,它們將造成測量誤差的增大,有時增大多少難以定量確定,因此在現(xiàn)場使用中必須密切注意流動特性的情況。
影響準(zhǔn)確流體原因:流速分布畸變及旋轉(zhuǎn)流:流速分布畸變及旋轉(zhuǎn)流對流量計特性的影響因工作原理而異,有的很嚴(yán)重,有的無甚影響,一般來說,推理式流量計(差壓、渦輪、渦街、超聲、電磁等)都要受影響,而容積式流量計不受或基本不受影響。
非定常流:在現(xiàn)場使用中非定常流并不少見,非定常流可分為二大類:周期性脈動和隨機性波動。在發(fā)動機、泵、風(fēng)機等出口的流動可見周期脈動,而管道中的流動受阻流件及管道系統(tǒng)的干擾一般都存在隨機性波動。至今還沒有明確規(guī)定流量所需要的定常流條件的定量指標(biāo)。在流量測量標(biāo)準(zhǔn)中只是含糊地規(guī)定:管道內(nèi)的流量應(yīng)該不**間而變化,或?qū)嶋H上只**間有微小和緩慢的變化。滿足流量檢測件上下游直管段所需要的作業(yè)空間、加裝多孔導(dǎo)流裝置和保證安裝管線與流量計管徑中心線對齊,且無凸出物(如安裝的墊片)突入測量管道,可以有效避免非定常流的出現(xiàn)。
三、結(jié)束語
隨著社會的發(fā)展人們對能源的需求越來越大,能源短缺的現(xiàn)實逐步顯現(xiàn),人們對能源管理和控制意識進一步加強,能源計量的準(zhǔn)確性將會愈來愈重要。通過分析影響渦街流量計在氣體測量準(zhǔn)確度的幾點原因,并加以改善,從而有效提高測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。保障工藝操作控制、加強效益核算管理,為企業(yè)經(jīng)營管理決策提供更加可靠的依據(jù)。