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渦街流量計在用作蒸汽流量測量時産生誤差的原因分析
  渦街流量計普遍用在工况中测量液体、气体流量常用工具,是属于新型的一类流量计,但其发展迅速,目前已成为通用的一类流量计。智能渦街流量計是在流体中安放一根非流线型游涡发生体,流体在发生体两侧交替地分离释放出两串规则地交错排列的游涡的仪表。在工业生产过程中对于蒸汽流量的测量有多种类型的仪表可以选择,其中渦街流量計就是较为常见的一种,它通常被用作计量蒸汽的流量。下面笔者以渦街流量計为例,结合自己近几年现场校验仪表的经验,介绍渦街流量計及其配套仪表在安装和使用中常出现的问题以及解决办法。
渦街流量計
一、現場安裝中容易出現的問題
  1.渦街流量計上、下游直管段的长度不够引入误差众所周知,渦街流量計安装对直管段的要求是非常严格的,国内外各个厂家的技术资料对渦街流量計上、下游直管段都有明确要求,然而很多现场不能满足所需直管段长度的要求,例如管径较大的管道等,从而给渦街流量計的测量带来了很大的附加误差。
  针对上述情况,可采用在渦街流量計上游加装流动调整器的办法,来消除上游阻流件产生的涡街和流速分布畸变的影响。单板式流动调整器的漩涡消除能力和速度分布恢复能力较强,压力损失较小,其孔径是固定的,因而备受制造厂和用户的青睐。
  2.壓力補償儀表安裝不規範引入誤差
  在壓力變送器的安裝現場,爲了維修方便,壓力變送器安裝地點與取壓點往往不在同一高度,這樣,引壓管中的冷凝水就會對壓力測量帶來影響。圖1爲4種常見的形式,其中:Ps爲蒸汽壓力,Pa;ρ爲冷凝水密度,kg/m3;P0爲變送器壓力輸入口處實際壓力,Pa;h爲高度差,m;g爲重力加速度,m/s2。
  渦街流量計的压力变送器引压管中冷凝水液柱高度对压力测量的影响通常可以用以下两种方法校准。
  (1)在壓力變送器中進行校准。這種方法的實質是對壓力變送器的零點進行遷移。一般的壓力變送器都帶HART協議,可采用手持終端將測量範圍進行調整,從而達到消除液柱高度差帶來的影響。然而,對于非智能的或不帶HART協議的壓力變送器上述辦法很難實現,相比之下,在二次儀表中作校准成爲一種很受歡迎的方法。
(2)在流量顯示儀表中進行校准。這裏說的二次儀表不僅包括普通二次儀表也包括流量演算器、DCS等,可采用在二次儀表中對壓力的量程進行遷移以達到目的。
  3.現場工礦條件不理想引入的誤差
  渦街流量計一个大的局限性就是对管道机械振动较敏感,不宜用于强振动场所,容易受周围环境干扰的影响。往往很多安装人员忽略了这一点,安装在风机、空压机等动力设备旁边,这些设备运行时都有不同程度的振动,这些振动都有可能让渦街流量計有额外的输出。工频干扰也是一个不容忽视的问题,如变频器的干扰。
  針對上述情況可采用減振措施,可在傳感器上、下遊,分別設置防振管支架並加裝防振墊,如果還不能達到效果,可采取:(1)現場進行檢查,檢查一次儀表和二次儀表有沒有按規定屏蔽和按規定接地。(2)如果接地和屏蔽都已做到,還是有小流量,可采用調整一次儀表的觸發電平(TLA),將幅值小的幹擾進行濾除。如果小流量處于某一恒定值左右,可采用在二次儀表中進行適當的小信號切除,從而消除幹擾帶來的誤差。
  二、二次儀表參數設置錯誤
  1.誤把常溫條件下的K系數當做工礦條件下的K系數
  很多人错误地认为渦街流量計送法定计量检定机构检定后证书中所给的K系数就是仪表的K系数,其实不然。根据JJG1029-2007《渦街流量計》检定规程的要求,渦街流量計的仪表K系数是通过液体或气体流量标准装置在常温、常压条件下标定后确定,所以检定证书中所给的K系数不能代表仪表工作时的K系数。因为当渦街流量計测量高温(例饱和蒸汽、过热蒸汽、热水等)介质时,仪表的表体(测量管)和发生体都处在高温介质中,进而影响渦街流量計的仪表系数K,所以测量高温介质时应该对仪表系数K进行修正。其温度修正系数为
  Et=〔1+(2a0+ax)(t-t0)〕-1
  式中:a0——渦街流量計表体材料的膨胀系数,(℃·mm)-1;ax——发生体材料的膨胀系数,(℃·mm)-1;t——流体温度,℃;t0——实验室标定时流体的温度,℃。
  如果表體和發生體采用同種材料,則
  Et=[1+3a(t-t0)]-1
  式中:a——表體、發生體材料的膨脹系數,(℃·mm)-1。
  對儀表系數進行溫度修正後,有
  K=EtK0
  式中:K0——實驗室標定獲得的平均儀表系數。
  2.顯示儀表(流量積算儀)中的參數設置錯誤
  一般的渦街流量計积算仪都有手动温度、压力补偿项,设置该项的目的主要是为了在温度、压力测量出现异常数值时作为恒定补偿来计算蒸汽密度,而这两项参数许多人任意设置,更有人甚至不装温压补偿仪表,采用固定补偿来测量蒸汽。而当温压补偿仪表损坏或出现故障时,仪表人员不能及时的发现或处理使得仪表所测流量与实际流量偏差较大,从而影响测量准确度。建议该两项参数的设置应根据管道中常用的实际压力、温度值进行设置。
以上僅是容易忽略但對日常測量影響較大的幾個誤差來源及解決辦法,然而蒸汽渦街流量計測量誤差的來源包括很多因素。筆者希望有關人員無論在儀表的安裝還是日常的維護使用中都能重視起來,從而爲企業能源計量、貿易結算等提供准確可靠的數據。
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