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任何一種儀表,都有它的使用條件和適用范圍,孔板式蒸汽流量計(jì)也不例外。孔板式蒸汽流量計(jì)的正確設(shè)計(jì)、檢驗(yàn)、安裝和使用是保證測(cè)量精度,提高測(cè)量可靠性的前提條件。筆者就孔板式蒸汽流量計(jì)在實(shí)際應(yīng)用中出現(xiàn)的問題進(jìn)行探討。
1、節(jié)流裝置的構(gòu)成
節(jié)流裝置由孔板、取壓裝置、節(jié)流件*和節(jié)流件后50長(zhǎng)的測(cè)量管段構(gòu)成。
國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,新制的節(jié)流裝置必須組裝成套,檢驗(yàn)合格后才許出廠,因此節(jié)流裝置實(shí)際上還包括了連接法蘭,取壓引出的短導(dǎo)管和冷凝器。
2、節(jié)流件的技術(shù)指標(biāo)和安裝要求
(1)孔板開孔圓筒形厚度e0.005D≤e≤0.02D在各處測(cè)量e的結(jié)果不得相差0.001D
(2)孔板厚度Ee≤E≤0.05D在各處測(cè)量E的結(jié)果不得相差0.005D
(3)孔板上游端面上任意兩點(diǎn)之間的連線必須垂直于軸線,zui大斜率應(yīng)小于1%。
(4)上游側(cè)孔板開孔直角入口邊緣應(yīng)該是尖銳的,無(wú)毛刺和劃痕,若由于加工或磨損使直角入口邊緣形成圓弧,則圓弧半徑r≤0.0004d。
(5)節(jié)流件安裝在管道中,必須與管道軸線垂直,允許zui大不垂直度不得越過1°。
(6)必須安裝在直管段上,并保持前有10倍于管徑的直管段,后有5倍于管徑的直管段。
3、節(jié)流件不符合標(biāo)準(zhǔn)要求帶來(lái)的誤差分析
以角接取壓法為例,我們知道采用節(jié)流孔板測(cè)量過熱蒸汽流量時(shí),流量方程式為:
式中:α為流量系數(shù)
ε為過熱蒸汽的膨脹系數(shù)
d為工作狀態(tài)下的孔板開孔直徑
γ為工作狀態(tài)下的過熱蒸汽重度
ΔP為孔板前后壓差(ΔP=P1-P2)
3.1 流量系數(shù)α
流量系數(shù)α是與節(jié)流件型式、截面比m、雷諾數(shù)Re及管道內(nèi)壁粗糙度等有關(guān)的一個(gè)參數(shù)。
通常,在孔板設(shè)計(jì)安裝符合要求的情況下,用于過熱蒸汽測(cè)量,其雷諾數(shù)Re一般趨向于一個(gè)臨界值Rek,這時(shí)α僅是截面比m和管道內(nèi)徑D的函數(shù),可以認(rèn)為α是個(gè)恒定的常數(shù),不會(huì)引起大的測(cè)量誤差,其誤差可以忽略掉。但當(dāng)孔板在使用一段時(shí)間后,由于化學(xué)腐蝕、微小顆粒的撞擊等使孔板都有不同程度的形,在節(jié)流件的結(jié)構(gòu)異變不符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求的情況下,對(duì)其流量系數(shù)α就有修正的要求,若設(shè)定修正系數(shù)為b,則根據(jù)不同情況,修正b的傾向,如表1所示
由于上述原因,孔板式蒸汽流量計(jì)在實(shí)際應(yīng)用中它的測(cè)量誤差往往超過5%,有時(shí)甚至達(dá)到10%～20%,特別是蒸汽流量計(jì)用于供熱,進(jìn)行經(jīng)濟(jì)核算計(jì)量時(shí),這一矛盾顯得更為突出。
那么是不是孔板式流量計(jì)不能在實(shí)際中應(yīng)用呢。不是的,可以這樣認(rèn)為,節(jié)流件尺寸及安裝不符合要求可稱其為非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置,只不過在實(shí)際使用中必須對(duì)整套節(jié)流裝置流量系數(shù)
用實(shí)驗(yàn)的方法重新校正。
3.2 膨脹系數(shù)e
μ為被測(cè)介質(zhì)等熵指數(shù);
β為節(jié)流件開孔直徑d與管道直徑D之比
3.3 介質(zhì)重度γ
介質(zhì)重度γ與測(cè)點(diǎn)處工作壓力P、溫度T有關(guān)。查表得知,當(dāng)孔板設(shè)計(jì)壓力為3.5MPa,溫度為430℃時(shí),工作壓力每變化0.1MPa,過熱蒸汽重度約變化3%,工作溫度每變化10℃,重度約變化1.8%。
由于供熱站供汽壓力溫度不恒定,隨著被測(cè)介質(zhì)壓力溫度的改變,其偏離設(shè)計(jì)值越大,由此引起的誤差越大,這一誤差不能忽略不計(jì),有必要給予相應(yīng)的壓力、溫度校正(見表2)。
目前生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的流量?jī)x表都帶有壓力溫度補(bǔ)償,在實(shí)際應(yīng)用中不能貪圖安裝及維護(hù)的方便,把壓力溫度補(bǔ)償省掉。
4、孔板式流量計(jì)的其它問題
4.1 壓力損失大
流體經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置時(shí),由于克服磨擦阻力和渦流等原因必然要造成壓力損失,壓力損失近似的計(jì)算公式為:
據(jù)估算,每一節(jié)流裝置壓力損失在4%～10%,這樣,若在管道上安裝10只節(jié)流裝置就會(huì)造成相當(dāng)大的壓力損失。熱電站為滿足用戶壓力要求不得不提高供汽壓力,長(zhǎng)期下去,造成能源的巨大浪費(fèi)。
4.2 安裝條件高
孔板式蒸汽流量計(jì)要求不論在空間什么位置都必須裝在直管段上,并保持前有10倍于管徑的直管段、后有5倍于管徑的直管段,這在某些地方是難以達(dá)到的。另外,孔板式流量計(jì)安裝及拆卸都十分麻煩,不利于企業(yè)生產(chǎn)。
4.3 解決上述問題的辦法
針對(duì)上述問題,可采用其它流量計(jì),如渦街式蒸汽流量計(jì)、電磁流量計(jì)、阿牛巴流量計(jì)等。這類流量計(jì)對(duì)流體的阻力很小,其阻力zui大不超過zui大差壓值的15%,儀表結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,易于安裝及拆卸維護(hù),對(duì)被測(cè)介質(zhì)要求不高而測(cè)量精度較高,可達(dá)1%,優(yōu)于孔板流量計(jì)的測(cè)量精度。
在流量測(cè)量中,孔板式流量計(jì)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,使用壽命長(zhǎng)及價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn),占據(jù)了流量計(jì)市場(chǎng)的主流,雖然在不同的情況下存在測(cè)量精度不高的現(xiàn)象,但在使用中注意滿足孔板式流量計(jì)的使用條件和適用范圍,孔板式流量計(jì)仍能達(dá)到±1.5%精度,若經(jīng)個(gè)別標(biāo)定可進(jìn)一步提高到±0.75%精度,不失為一種較好的計(jì)量器具。
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