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阿牛巴流量计在蒸汽计量中的应用

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随着企业节能降耗工作的深入开展和精细化管理工作的深入推进跟企业利益息息相关的能源计量在现代企业中的作用越来越重要了蒸汽计量作为能源计量的重要部分,近年来受到社会各界的关注度越来越高。要提高蒸汽计量的准确性,首先要选择合适的流量计量仪表。一直以来,各用能单位沿袭电厂仪表选型的传统,多数选用范围度较小的节流式差压流量计作为蒸汽结算的计量仪表。由于在供热管网中,蒸汽的温度和压力已经较发电机组大大降低,而且用能装置的负荷存在着明显的季节性,冬季流量与夏季流量相差很大,选用节流式差压流量计计量蒸汽已经不能满足当前的计量需求了。新推岀的T型阿牛巴流量计,在永久压力损失、测量误差、测量范围、安装成本、维护费用等方面的显著优势,使得其在蒸汽流量测量领域得到了大力的推广。本文主要针对T型阿牛巴流量计在蒸汽计量中的优势与当前在蒸汽流量测量领域仍然被普遍使用的孔板流量计作以比较。
 
一、蒸汽特性及其流量测量准确性的影响因素
1.蒸汽特性
1.1过热蒸汽
蒸汽是比较特殊的介质,一般情况下所说的蒸汽是指过热蒸汽。过热蒸汽是由饱和蒸汽加热升温获得。其中不含液滴或液雾,属于实际气体。过热蒸汽的温度与压力参数是两个独立参数,其密度应由这两个参数决定。
过热蒸汽在经过长距离输送后,随着工况(如温度、压力)的变化,特别是在过热度不高的情况下,会因为热量损失温度降低而使其从过热状态进入饱和或过饱和状态,转变成为饱和蒸汽或带有水滴的过饱和蒸汽。饱和蒸汽突然大幅度减压,液体岀现绝热膨胀时也会转变成为过热蒸汽,这样就形成汽液两相流介质。
1.2饱和蒸汽
未经过热处理的蒸汽称为饱和蒸汽。它是无色、无味、不能燃烧又无腐蚀性的气体。饱和蒸汽中液滴或液雾的含量反映了蒸汽的质量,一般用干度这一参数来表示。蒸汽的干度是指单位体积饱和蒸汽中干蒸汽所占的百分数,以“x”表示。
准确计量饱和蒸汽流量比较困难,因为饱和蒸汽的干度难以保证,一般流量计都不能准确检测双相流体的流量,蒸汽压力波动将引起蒸汽密度的变化,流量计示值产生附加误差。所以在蒸汽计量中,必须设法保持测量点处蒸汽的干度以满足要求,必要时还应采取补偿措施实现准确测量。
2.蒸汽准确计量影响因素
影响蒸汽流量准确计量的因素主要有以下几方面:
2.1量程比不足
2.2上下游直管段不足
2.3蒸汽的密度补偿不正确
2.4蒸汽干度的影响
2.5管道振动
2.6差压传送误差
 
阿牛巴流量计是由美国Dieterich Standard Inc 缩写DSD)在60年代末基于伯努利能量守恒原则(Daniel Bernouli, 1700—1782)和皮托管(Pitot)测速原理发展起来的差压式均速管流量计,Annubar 其商标(中文译为阿牛巴)。现在该公司已成为罗斯蒙特公司的一个子公司。Dieterich Standard Inc 阿牛巴流量计从60年代末到现在共经历了第一代圆型、第二代宝石Ⅰ型、宝石Ⅱ型和革命性的T型三代产品的发展。zui初的阿牛巴流量计的检测杆断面形状是圆形的,但圆形阿牛巴的流量系数K值在雷诺数Re<105时基本不变,而在105~106之间时,K值增大且分散,分散度约为±10%。进一步的研究表明:上述现象是由流体流过圆管时分离点位置不固定造成的。由于阿牛巴流量计计算公式中流量与K值成正比,所以K值±10%的分散性将造成流量测量±10%的误差。为解决圆型阿牛巴流量计的这一问题,先后推出了菱型、椭圆型、扇型、子弹型、机翼型等多种断面的第二代阿牛巴,它们突出的优点是流体分离点的位置固定在菱形两侧尖锐的拐点上,解决了圆型阿牛巴流量计系数K值不稳定的问题,测量精度大大提高了。
1.T型阿牛巴流量计测量原理
阿牛巴流量计是由阿牛巴流量传感器和3095MV多参数变送器两部分组合而成,可实现流量、温度、压力的测量,直接输出质量信号。阿牛巴流量计通过阿牛巴传感器测量差压,通过内置于阿牛巴传感器内部的一体化RTD精确地测量过程温度,通过阿牛巴正压室测得过程的压力;然后由3095MV多参数变送器对测得的差压、温度、压力进行检测,zui后经内部动态运算补偿后得到质量流量信号。阿牛巴是基于差压式原理的流量传感器,它是一个截面近似为菱形、上下游侧分布有多个取压孔的棒状传感器,插入流体贯穿整个管道直径。取压孔分布于传感器的上游侧和下游侧,取压孔分别连通两个平均取压室。上游的取压孔和其平均取压室产生一个冲击压,下游取压孔和其平均取压室产生一个参考压,两者之间的差压值是与流量的平方成正比：
即
其中C"为流量系数、气体膨胀系数、管道内径等的函数,而非常数。
2.T型阿牛巴流量计的特点
2.1流量系数K恒定
流量系数(K)是差压式流量计最重要的表征参数。它在测量流量范围内稳定与否直接关系到流量计的测量精度。大量的实验证明,T型阿牛巴的流量系数K在各个雷诺数范围内都能恒定地保持在±0.75%以内,保证了流量计在各种流体状况中能得到精确的测量。
2.2重复性
T型阿牛巴的重复性可达到±0.1%。
2.3抗堵性
阿牛巴在管道中流体的流线图可以看到,流体在T型阿牛巴正面能形成一个大的高压区,流体中的杂质将绕过这个高压区,并流离T型阿牛巴背后低压取压囗的滞流区,一般不会进入T型阿牛巴内部,具有本质的抗堵性。
2.4信噪比和量程
实验证明,T型阿牛巴的差压输岀信号具有非常好的信噪比,使得差压变送器能得到正确的差压信号,从而使得流量测量的精度更高。T型阿牛巴的量程比可达到10:1到20:1。
2.5流量计标定简单
流量计的标定是为了检验它在规定流量测量范围中的精度和重复性。罗斯蒙特的第三代T型阿牛巴在各个流量范围中的高精度、高重复性的指标在美国、欧洲多个权威流量研究中心得到认可。其中包括美国国家标准与技术研究院(National Institute of Standards andTechnology 称 NiST)。并完全符合均速管流量计行业标准(JB/T5325-1991)。重要的是,在中国,已经获得中国质检总局的计量器具的认可批文。流体的冲刷磨损对第三代T型阿牛巴的测量几乎没有影响。所以罗斯蒙特公司T型阿牛巴不需要象其他绝大部分流量计一样需要定期的标定。仅仅只要对它的配套变送器做普通压力测量精度的标定就可以。
 
三、结束语
罗斯蒙特T型阿牛巴具有的高稳定性的测量精度,和高精度变送器一体化的安装方式,本质性抗堵特性,宽的测量量程范围,非常低的运行能耗等等优点使得它在蒸汽流量测量领域有着宽广的应用价值。