论扩大节流装置流量测量范围的简单方法.docx

编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第页共NUMPAGES8页第PAGE\*MERGEFORMAT8页共NUMPAGES\*MERGEFORMAT8页扩大节流装置流量测量范围的简单方法摘要简述了节流式流量测量的基本原理，分析了影响质量流量范围度的主要因素。认为扩大节流装置流量测量范围最简单而有效的方法是改变差压变送器的量程，一般可使节流装置的范围度由3～5：1扩大到9～25：1。关键词节流装置；流量；测量范围1引言以孔板和喷嘴为节流件的流量测量装置是目前工业生产及贸易结算中应用最广泛的流量测量装置之一，具有结构简单、安装方便、耐高压高温、使用寿命长等优点，在目前的蒸汽计量中占有相当大的比例，其不足之处是流量测量范围小，最大流量与最小流量之比(即范围度)为3～5:1。而在实际应用中，某些热用户的热负荷受季节及生产状况的影响，其范围度往往会远大于3～5：1，最有普遍性的是冬季流量大、夏季流量小。按冬季大流量设计的节流装置在夏季流量小时，几乎计量不出。若选用涡街式流量测量装置，虽其测量范围度可达10：1以上，但其传感器的稳定性和可靠性较差，故障率较高，尤其是在温度大于200℃以上时。目前对于这种高温蒸汽的计量，普遍采用的办法有二种：一是按冬、夏季用汽量设计一套具有二块节流件的节流装置，冬季用大流量节流件、夏季用小流量节流件；二是并列安装一大一小两套节流装置。前者必须停汽更换节流件，繁琐而且需要停汽，影响用户生产；后者多一条管道、阀门和一套节流装置及二次仪表，不但成本较高，而且多次倒换阀门操作后易产生阀门内漏而使计量失准。用简单而有效的办法扩大节流装置的测量范围具有重要意义。本文将依据国家标准GB/T2624—93《用孔板、喷嘴和文丘里管测量充满圆管的流体流量》对扩大节流装置的测量范围的方法问题加以探讨。2流量测量的基本原理充满管道的流体在流经管道内的节流装置时，流束将在节流处收缩，使流速增加，静压力降低，于是在节流件前后产生了静压力差(或称差压)。流体的流速越大，在节流件前后产生的差压也越大。根据该差压的实测值及流体的压力、温度实测值的测量，可以确定其质量流量。按GB/T2624—93之规定，质量流量与差压的关系由下式确定：qm=C/(1-β4)0.5επ/4d2(2△Pρ)0.5=(π/4)·αεd2(2△Pρ)0.5(1)式中，qm为质量流量；β为节流件内径与管道内径之比；C为流出系数；α=C/(1-β4)0.5为流量系数；ε为节流件上游流体的可膨胀性系数；d为工作状态下节流件的内径；△P为节流件上、下游之静压差；ρ为节流件上游流体的密度。由孔板构成的节流装置的流出系数C由Stolz方程给出。当采用角接取压时：C=0.5959+0.0312β2.1-0.1840β8+0.0029β2.5(106/ReD)0.75(2)式中，ReD为管道雷诺数，ReD=4qm/πμD；μ为流体动力粘度；D为管道内径。当介质为可压缩流体时，计算可膨胀性系数的公式为：ε=1-(0.41+0.35β4)△P/KP(3)式中，K为流体的等熵指数；P为节流件上游的绝对静压。d=d20(1+λd(t-20))D=D20(1+λD(t-20))式中，d20、D20分别为20℃时的节流件和管道内径；λd、λD分别为节流件和管道的线胀系数。质量流量的不确定度的计算公式为：δqm/qm=((δC/C)2+(δε/ε)2+(2β4/(1-β4)·δD/D)2+(2/1-β4·δd/d)2+(1/2·δρ/ρ)2+(1/2·δ△P/△P)2)1/2(4)由此可见，在一定的温度、压力范围内，其C(或者α)、ε、D、ρ的变化幅度较小，对qm的量程范围影响也较小，只有△P的变化范围最大。不考虑其它因素影响时qm∝(△P)0.5，即△P∝(qm)2。当qm变化3至5倍时，△P变化9到25倍。3影响流量测量范围的因素分析我国有关标准规定，准确度为a量程为b的差压仪表，在全程范围内每一测点的最大误差为±ab/100，它等于标准偏差的3倍，即标准偏差σ△P=±ab/300,置信概率为95%的差压不确定度为：δ△P=2σ△P=±ab/150测量1/n倍上限流量时的差压为b/n2，此时差压测量的百分率不确定度为：δ△P/△P=±an2/150=±an2/1.5(%)仅差压测量的不确定度引起流量测量的百分率不确定度(概率95%)为：(δqm