近年來,渦街流量計開始步入過熱蒸汽流量測量領域,并取得了一些令人滿意的效果。渦街流量計發展速度之快、應用范圍之廣是不少流量計所不及的。究其原因,還是由其自身特點所決定的。渦街流量計不存在零位漂移,無可動部件,高可靠性,量程范圍較寬,測量準確度高,壓力損失小(僅為節流式差壓流量計的1/4~1/2)。將渦街流量計應用到過熱蒸汽計量中,可充分發揮其優勢。因此,處理好現場應用中影響渦街流量計準確度的因素,渦街流量計是一種非常有前途、準確可靠的過熱蒸汽計量方式。影響渦街流量計在過熱蒸汽計量中準確度的因素較多,本文從二次儀表的角度給出了相應改進措施和修正方法。
1二次儀表輸入信號選擇
渦街流量傳感器的常用輸出信號(即二次儀表的輸入信號)形式為脈沖信號或4~20mA直流電流信號,現在市場上的渦街流量計已有同時輸出脈沖信號或者4~20mA直流電流信號的產品,兩種信號輸出各有其優劣。頻率信號為傳感器產生的原始信號,但在傳輸過程中易受到干擾,特別是現場有振動源、大功率電氣設備等干擾源存在的情形尤其要引起注意,部分渦街流量計在不通流的情況下仍然出現流量示值,或者工況穩定時出現流量示值突然增大,正是由干擾源引起的;電流信號在傳輸過程中不易受到干擾,但由于電流信號要通過F/頻率電流轉換單元轉換而來,而這一過程中至少要損失0.02%的準確度。所以選型時應該充分考慮現場的環境條件,選擇合理的儀表。
2.壓力測量校準
在壓力變送器滿足準確度等級的前提下,壓力測量的可靠性主要受引壓管設置的影響。一般情況下,供熱單位在鋪設管路和安裝儀表的時候,為了更方便地校驗和維修儀表,壓力變送器安裝位置與管道取壓口往往不在同一高度,由于引壓管內冷凝水的重力作用,使壓力變送器測得的壓力值和蒸汽的實際壓力值之間會有偏差。以壓力變送器在取壓口的下方2m為例,假定引壓管內冷凝水高度為1m,則壓力變送器示值會偏高9.8kPa。以實際壓力為0.5MPa,溫度為170℃的過熱蒸汽為例,壓力示值偏高導致的二次儀表查表計算得到的密度值比真實密度值偏高2.04%,導致質量流量相應也偏高。對引壓管內冷凝液影響的校準,zui方便的方法是在智能二次儀表中,將壓力量程設置為-9.8~1590.2kPa(壓力變送器量程為0~1.6MPa)即可,既省力省時、又準確方便。當然要準確對壓力測量校準,需要對管道特別是引壓管路進行充分保溫,然后在穩定工況下,使用同一只壓力變送器在安裝位置A和校準位置A分別進行測量,A處壓力值減去A壓力值即可獲得冷凝水的重力作用引起的壓力偏差,如圖1所示。
3.高溫蒸汽對儀表系數的影響
渦街流量計的儀表系數(個脈沖/m3)一般是在實驗室的常溫空氣中標定得到的,現場使用時渦街傳感器處于高溫蒸汽介質中,測量管內徑和發生體的寬度都會由于熱膨脹而改變尺寸,進而影響渦街流量計的儀表系數,所以應對儀表系數進行修正,依據傳感器和測量管材質的不同,可參考生產廠家提供的儀表系數隨流體溫度變化的關系式,并將其置入二次積算儀表中。例如:國內某廠家給出的關系式為K1=[1-4.8×10-5(t-t0)Km,Kt:蒸汽溫度為t時的儀表系數;t0:儀表標定時的介質溫度,可參考相應的檢測報告;K:實驗室條件下標定得到的儀表系數。如果現場溫度工況穩定,接近于定溫,也可直接將計算得到的新儀表系數K置入二次積算儀表,這對于無法通過編程方式置入上述關系式的二次積算儀表也更為方便。如果不進行儀表系數修正,以170℃的過熱蒸汽為例,假定渦街流量傳感器是在20℃的空氣環境中標定的,按照上述關系計算,由于受熱膨脹將使儀表系數偏移-0.72%,如果仍按照標定時的儀表系數(比使用現場的儀表系數大)進行積算,將使積算值偏低,并且蒸汽的溫度越高,偏低量也越大。由此可見,不對儀表系數進行校準帶來的偏差還是相當可觀的。
4.儀表系數非線性校準
一般情況下,渦街流量計的儀表系數是在實驗室環境下校準得到的單一值,該值是Qmax、0.4Qmax、0.2Qmax(Qmax:zui大流量值)三個流量點的儀表系數中zui大值與zui小值平均之后得出的,對于線性度不好的渦街流量計,當流量波動偏離儀表系數中間值對應的流量點時,將不可避免地產生誤差。特別是對于大流量貿易結算,百分之一的誤差就可能引起巨大的貿易差額,因此為了維護供需雙方的公平利益,需要有更高準確度的計量等級,建議配置帶儀表系數非線性校準的智能二次儀表,目前國內已有廠家在使用六點、五段非線性修正儀表系數校正方法。主要原理是將實驗室條件下標定得到的多個流量點(個數由儀表的線性度來決定,一般來說,線性度差的儀表個數要多一點,反之則可相應減少的儀表系數及各點對應的頻率值置入智能流量積算儀中,這樣就能獲得比單一儀表系數更高的測量準確度,而且各個點的準確度都能得到相應提高,不失為一種提高測量準確度的好辦法。
5.結語
影響渦街流量計在過熱蒸汽計量中準確度的因素還有很多,包括日常維護保養、定期校驗比對等等,本文僅從二次儀表的角度,分析了主要幾個因素。總之,要提高渦街流量計在過熱蒸汽計量中的準確度,選擇一臺智能、可編程的二次儀表是必不可少的,并用二次儀表對實際測量進行相應的修正,消除影響渦街流量計在過熱蒸汽計量中準確度的不利因素真正用好二次儀表。
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