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流量测量方法和仪表漫谈

行业聚焦点 2011年04月25日 10:01:17来源:孙淮清 8388
摘要

  
  目前物性参数数据主要存在以下问题:
  
  a.物性参数数据准确度低,置信度差及数据不一致
  
  流量测量的物性参数数据一般取自各种物理、化学及工程手册,数据来源复杂,数据存在不一致现象。各种手册使用目的不同,难以完全满足流量测量高准确度及需要明确准确度数值的要求。许多流体物性数据不足,甚至完全没有,特别是高参数(高压、高温、低温、高真空等)流体及多元混合流体的物性参数,不但置信度差,甚至完全缺少。
  
  b.在线物性测量仪表缺乏、质量差应用范围窄,价格昂贵
  
  为了提高流量测量的准确度,急需开发物性测量仪表,以便在测量过程中进行直接的物性补偿。例如:密度是一种急需的在线测量仪表,在昂贵的物料计量中使用,以便提高其测量准确度。但是目前此类仪表作为变送器(传感器)是一种稀货,现有的一些品种,结构复杂,价格昂贵且使用期限短。
  
  针对以上问题,流量测量工作者急需进行以下工作:
  
  a.制订物性参数的规范
  
  物性参数与其它参数一样,需进行规范化才能提高数据的准确度以及置信度和数据的一致性。上已制订若干物性参数的国家标准和标准,如ISO/TC193天然气技术委员会已制订不少应用于天然气需要的标准,如ISO12213-1,2,3(1997)天然气压缩因子的计算(1),(2),(3)等。水和水蒸汽性质会议成立“公式化委员会(简称I·F·C)”,提出了“工业用1967年I·F·C公式”,规范了水蒸汽热力性质的骨架表。但是规范的品种不多,仍不能满足流量测量的需要。
  
  b.开发物性变送器
  
  许多体积流量计(如涡轮、涡街、电磁、超声等)需进行密度修正才能获得质量流量测量。气体和石油制品大都采用压力、温度修正,它是通过密度与压力、温度的函数关系进行计算而得。但这种方法并非所有情况都是有效的,如被测介质组分经常变动,密度与压力、温度的函数关系不明确或准确度不高(混合流体就是这种情况)就难以应用,因此发展补偿的直接法(密度,粘度补偿),使直接法和间接法(压力、温度补偿)同时并举,相辅相成。
  
  c.编纂流量测量的物性数据手册
  
  由于流量测量的特殊要求,不能再仅依靠其它物理、化学及工程手册来提供这些数据了,有必要编纂一本流量测量专用的物理性质数据手册,即使今后上制订出若干主要测量介质(如水、蒸汽、天然气、油品等)的物性参数规范,也不能代替这样一本手册的作用,手册应尽量用数学式表示,微机在流量测量中的广泛应用,数据以图表表示是不够的。
  
  ②流体性状
  
  流体性状指流体的腐蚀、磨蚀、积垢、脏污、冻结、混相、相变、有毒、易挥发等特性,流体这些特性会改变检测件的几何形状尺寸,管道内壁粗糙度以及管道流通面积等。有些类型的流量计其计量特性与检测件几何形状及尺寸密切相关,例如孔板入口锐边钝化,入口侧堆积杂物,引压管线堵塞;涡轮流量计轴承磨损,叶片沉积脏物;超声探头(换能器)积垢;涡街旋涡发生体缠绕纤维状物等。管壁粗糙度与速度分布有一定关系,流量计仪表系数与速度分布有关,因此此种因素在高准确度计量时不能不考虑。流体性状恶劣严重威胁仪表的正常工作及计量准确度,是现场使用维护的重点注意目标。麻烦的是流体性状极难掌握,即使企业工艺人员亦不一定了解,在重要场合可能需进行专门试验才能掌握。应该指出,流体性状是流量计可靠性差,长期稳定性差,准确度变动的主要影响因素,必须在选型时予以高度注意。
  
  2.流动特性
  
  一般流量计的实流校准是在流量标准装置参比工作条件下进行的,参比工作条件中的流动条件为充分发展管流和定常流(稳定流),这时流量计校准的误差为基本误差,仪表的准确度应称为实验室准确度(仪表生产厂的产品样本所称的准确度即指这种准确度),但是在现场应用时普遍的工作条件为非充分发展管流和非定常流(如脉动流或波动流,间歇流等),它们使流量计产生附加误差,流量计现场准确度应该是基本误差和附加误差的合成,合成方法复杂多变,是现场误差估算的需探讨的内容。
  
  ①非充分发展管流
  
  非充分发展管流主要为流速分布畸变和旋转流。一般来说,推理式流量计都或多或少受流速分布的影响,而容积式和科氏质量流量计等则不受或基本不受流速分布的影响。流速分布在现场复杂多变,是难以掌握的影响量,它在实验室里又难以完全复制,因此对其影响的研究遇到很大的困难。
  
  工艺管道的管配件,如弯头、渐缩管、渐扩管、阀门等称为阻流件,流体经阻流件后会产生流速分布畸变,旋转流及非定常流等。流量计上游侧应配备必要的直管段长度或流动调整器,以消除这些非充分发展管流及达到稳定流,这样可以避免流量计在实验室校准得到的准确度发生偏移。目前在流量测量标准中,以标准ISO5167对阻流件的影响研究为成熟。它列举详尽表格,示出阻流件类型或流动调整器后必要的直管段长度与差压流量计准确度的关系,这些数据常为其它类型流量计作为参考。其它已有标准的较为成熟的流量计虽亦示有类型的表格,但皆不尽成熟可靠和完整。

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