常見問題

流量儀表的準確度與安裝直管段介紹說明

近一二十年以來，在貿(mào)易全球化的背景下，經(jīng)濟領(lǐng)域中不少物質(zhì)是通過流量儀表的計量進行核算的，買賣雙方都不愿意承擔因流量計量的誤差所造成的經(jīng)濟損失，以價廉的水為例，如果某企業(yè)每日用水1萬t，采用流量儀表誤差±2%計量，則每年將可能多付近15萬元水費;如是天然氣、石油等昂貴的物質(zhì)，損失將更突出，因而迫切需要提高流量儀表的準確度。對工控系統(tǒng)來說，過去曾認為流量儀表只要重復性好，無需準確度高。現(xiàn)在看來，這種觀點已不能適應新的要求，如火電廠，由于不能準確地測量進風量，為保證鍋爐爐膛不因缺氧造成燃燒不完全而污染空氣引起環(huán)保部門的查處，只得采取過量供氣，其結(jié)果造成燃燒效率下降，每多供1%的過氧量就造成5%的過量空氣被加熱，造成了燃料、風機電能的浪費，從節(jié)能降耗角度出發(fā)也急待提高流量儀表的準確度。 1 安裝直管段長度是一個易忽視的重要因素流量儀表的生產(chǎn)廠家在技術(shù)文件中都注明了準確度，它應是在試驗室經(jīng)嚴格的程序標定后確定的，但在現(xiàn)場條件下，大多數(shù)流量儀表都難達到這個準確度。 1.1 直管段長度對準確度的影響對絕大多數(shù)流量儀表來說(容積式、科式雖可除外，但口徑未超過0.25m)流速分布對準確度有舉足輕重的影響。國際、國內(nèi)行業(yè)標準為此都明確規(guī)定了流量儀表前應有30D、后有5D的直管段長度(D為管內(nèi)徑)，只有這樣，管內(nèi)的流速分布才能達到充分發(fā)展紊流，具有確定的分布規(guī)律，采用在試驗室標定的流量系數(shù)，才可保證達到廠家所說的準確度[1]。但實際安裝的現(xiàn)場，從工藝角度出發(fā)會有形形色色的各種阻力件(彎頭、閥門、變徑管、歧管??)其出口流速分布也是變化莫測、十分復雜的。從節(jié)約場地出發(fā)，也不可能安排流量儀表所需的如此長的直管段長度。因此，流量儀表在現(xiàn)場應用中所達到的準確度將遠遠低于廠家提供的數(shù)據(jù)。 1.2 直管段長度不足長期被忽視直管段長度不足的問題長期被忽視，其原因在于流量儀表即使在現(xiàn)場直管段長度達不到規(guī)程要求所需的長度，仍會有輸出，對一線的儀表工來說，儀表工作似仍“正?！保皇桥c必要的準確度相距甚遠。猶如槍沒了準星，仍可射擊，只是子彈打不中靶心。這個問題對以測點速來推算流量的儀表(如雙文丘利、插入式渦街、渦輪、熱式)尤為突出，這類儀表的國標標準ISO07145[2]，規(guī)定前直管段應具有(30～50)D的長度，才可能具有±3%的準確度。顯然，在現(xiàn)場是很難滿足的。 2 流動調(diào)整器(flowconditioners) 2.1 流動調(diào)整器可改善流速分布為解決現(xiàn)場直管段長度不足，又要保持流量儀表具有較高的準確度，國際標準化組織封閉管道流量專業(yè)委員會(ISOTC30)多年來一直建議采用圖1所示的各類流動調(diào)整器[3]，如：管束(AGA/ASME、ISO、AGA、ASME??)、板孔(Mitsubishi)及組合式(Zanker、Sprenkle)。其中，組合式效果雖好，壓損卻數(shù)倍于前二種;而板孔結(jié)構(gòu)簡單，易于加工、安裝、壓損也較低、發(fā)展?jié)摿^大。以上三類各有所長，選用需因地制宜。安裝流動調(diào)整器可以在直管段長度達不到規(guī)范要求時，仍可保持流量儀表具有較高的準確度，但為什么長期以來并未得到預期的推廣應用? 2.2 采用流動調(diào)整器的利與弊采用流動調(diào)整器不僅僅會增加了成本及維護工作量，也需要一些現(xiàn)場直管段長度，如圖1所示的管束結(jié)構(gòu)，它本身就要求具有(2～4)D長度(D管內(nèi)徑)，而安裝前后又要求具有前(4～5)D，后(調(diào)整器與流量儀表間)(3～4)D，總共約10D，對于已經(jīng)捉襟見肘的現(xiàn)場直管段長度很不現(xiàn)實，難以實現(xiàn)。其次還有以下的缺點，如：①增加了成本，一臺復合式流動調(diào)整器的加工成本不亞于一臺節(jié)流裝置;②增加了安裝、維修工作量，若流體中含有粉塵，或固相物、凝析物，長期使用又得不到及時清洗，則將沉積在水平調(diào)整器的下方，其結(jié)果反倒造成了速度分布的不對稱后果，豈不畫蛇添足，多此一舉?③造成額外的壓力損失??鑒于上述種種原因，雖經(jīng)ISOTC30多年推薦，并未得到工程界廣泛認同。但是，它所取得的整流效果，還是啟發(fā)了業(yè)界的有志之士，為以后開發(fā)新型流量儀表提供了依據(jù)。 (a)類用于消除旋渦，(b)類用于消除旋渦和改善中等程度速度分布畸變，(c)類用于消除旋渦和改善嚴重速度分布畸變。裝用流動調(diào)整器會增加阻力，其壓力損失與消除速度分布畸變而異，(a)類最小，(c)類最大。 3 多孔平衡節(jié)流裝置 3.1 基本原理本文前面已闡述了采用流動調(diào)整器的利弊，由于它本身就需要一定的直管段長度制約了它的推廣應用。在長期的實踐過程中，人們發(fā)現(xiàn)縮小流動調(diào)整器與節(jié)流件之間的距離，對其整流效果影響不大，最終推出了將整流器與節(jié)流件合二為一，即直接將整流器作為節(jié)流件的新型節(jié)流裝置，這么做不僅節(jié)約了成本，還解決了已很局促的直管段長度。在此理念啟發(fā)下，2002年美國Rosemount公司首先按類似AGA/ASME的四管整流器推出了稱為調(diào)整孔板(Condi2tioningOrifice)的四孔孔板(圖2a)，據(jù)稱可以將直管段長度縮短至2D，仍可維持較高準確度。 3.2 多孔平衡流量裝置在此基礎(chǔ)上，2004年美國A+Flowtek公司又推出了17孔的多孔孔板(圖2b)[4]，這17個孔分為三組，中心的一個孔孔徑最大，其余16孔分為二組，每組8孔，其圓心分處于2個不同的直徑上，中間的8孔孔徑次之，外圍的孔徑最小。A+Flowtek公司稱其為BalancedFlowmeter，譯為平衡流量計，按其說明書，相關(guān)技術(shù)參數(shù)如下：準確度±0.15%;直管段要求：前0.5D、后0.5D;量程比：10:1;壓力損失：Δω為30%。 3.3 前直管段長度的表述對于以上這些技術(shù)參數(shù)是否如廠商宣傳的那么完美值得商榷，也有待實踐證實。特別有關(guān)所需直管長度的表述，行業(yè)中一般確定為自節(jié)流件前端面(即多孔孔板)至上游阻力件出口的距離為前直管段長度，而多孔平衡流量計是由多孔孔板與短管組合成一個整體供貨的。它所指的上游直管段0.5D是指平衡流量計進口法蘭與阻力件之間的距離，平衡流量計的短管長度是(2～10D)，是要占有現(xiàn)場直管段的，如此表述無論有意無意，效果是誤導用戶，而不是實事求是。 4 多孔整流式節(jié)流裝置基于技術(shù)的發(fā)展及市場的需求，天津市潤泰自動化儀表有限公司自行研發(fā)了多孔整流式節(jié)流裝置，并在第三方實驗室進行了流出系數(shù)、前直管段長度等測試，測試數(shù)據(jù)表明，由天津市潤泰自動化儀表有限公司研發(fā)的多孔整流式節(jié)流裝置，在直管段較短情況下，具有較好的整流效果，值得推廣，現(xiàn)將部分數(shù)據(jù)及相關(guān)說明分述如下： (1)名稱：本裝置的節(jié)流件是一個按一定規(guī)律布局的多孔孔板，其功能除節(jié)流外，還具有整流功能，故按其主要功能確定為多孔整流式節(jié)流裝置。 (2)實驗設(shè)備：為某航天部門的水流量實驗室，實驗設(shè)備流量不確定度為0.05%，差壓變送器準確度為0.075%，測試介質(zhì)為水，測試管徑為DN100。 (3)β值的選定：建議β值取0.50～0.65之間，β值過大強度減弱、β值過大壓損太大。 (4)三種結(jié)構(gòu)性能對比在前直管段長度約為30D的條件下，對三種結(jié)構(gòu)的多孔節(jié)流裝置進行了流出系數(shù)的重復性、不確定度、線性度進行了對比，數(shù)據(jù)表明A型(圖3a)的各項技術(shù)指標優(yōu)于B型(圖2b)及C型(圖3b)。因此，重點對A型多孔整流節(jié)流裝置進行了不同前直管長度的測試。相關(guān)數(shù)據(jù)見表1。 (5)前直管段長度：將A型整流節(jié)流裝置進行三種直管段長度(30D、5D、2D)測試，阻力件為90°彎頭，測試數(shù)據(jù)如表2所示。從表2的數(shù)據(jù)表明，A型節(jié)流件在前直管段僅2D時，流出系數(shù)與基準(30D)的流出系數(shù)之間的相對誤差可控制在±1%以內(nèi);而當前直管段長度達到5D時，與基準流出系數(shù)之間相對誤差即可小于±0.3%，說明其整流效果較好，適用于直管段不長而又要求較高準確度的現(xiàn)場。 (6)永久壓損：由于流體通過多孔節(jié)流裝置后不至于形成大漩渦而造成較大的永久壓損，在相同的β值條件下，應小于孔板，而大于文丘里，這個預測還有待試驗證實。 5 小結(jié) (1)應運而生的新型節(jié)流裝置近10余年以來，從貿(mào)易結(jié)算、工業(yè)計量與控制都迫切需要一種對直管段長度要求不高而能維持較高準確度的流量儀表。內(nèi)錐流量計因此曾風光一時，但無序的急于推廣，不分場合的非理性選用，已造成了嚴重事故，應吸取教訓，但不宜全盤否定，目前國內(nèi)外推出的多孔節(jié)流裝置，在結(jié)構(gòu)強度上優(yōu)于內(nèi)錐，測試其數(shù)據(jù)也表明了較優(yōu)越的性能，值得逐步推廣應用。 (2)產(chǎn)品與生產(chǎn)仿制與創(chuàng)新應該承認，我國在工業(yè)自動化領(lǐng)域與國外尚有差距。改革開放以來，國內(nèi)不少產(chǎn)品商將國外先進產(chǎn)品、先進技術(shù)介紹到國內(nèi)，確實起到一些推動技術(shù)進步的作用。但是國外的產(chǎn)品在壟斷的情況下，價格都過于昂貴。為打破這一局面，不能滿足于產(chǎn)品而應立足于自行生產(chǎn)，而生產(chǎn)又不能局限于仿制(內(nèi)錐流量計應是一個教訓)。認真學習了國外的先進技術(shù)，并通過應用中出現(xiàn)的問題，就會發(fā)現(xiàn)不少國外產(chǎn)品也不是那么完美，他們也在不斷地改進、完善，我們?yōu)槭裁催€滿足于仿造別人早已落后的產(chǎn)品呢?在認真學習的基礎(chǔ)上，完全可以著手改進，創(chuàng)立具有我國獨立知識產(chǎn)權(quán)的新產(chǎn)品.

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