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    技術(shù)文章

    影響流量?jī)x表準(zhǔn)確度的主要因素

    閱讀:772發(fā)布時(shí)間:2011-1-12

    排除流量儀表原理與結(jié)構(gòu)自身的原因,影響其準(zhǔn)確度的外在因素主要?dú)w結(jié)為以下三個(gè)方面:

    (1) 流體的物性

    在試驗(yàn)中常用的介質(zhì)為水、空氣及油品。 而在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中面臨的將是數(shù)以萬(wàn)計(jì)的各種流體,其物性(如密度、黏度、電導(dǎo)體、導(dǎo)熱系 數(shù),聲速、成分……)均不同于在試驗(yàn)中常用的介質(zhì),將或多或少地影響流量?jī)x表的準(zhǔn)確度。 但這些流體的物性可以通過(guò)一些工程手冊(cè)查到,并給予修正以減輕其影響。這也是流量?jī)x表智能化的一項(xiàng)重要內(nèi)容。

    (2) 流體的性狀

    在現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)流量?jī)x表的流體不可能如實(shí)驗(yàn) 室所用流體那么潔凈,它們可能會(huì)有沉淀物, 有腐蝕性。使用一段時(shí)間后,還會(huì)在管邊檢測(cè) 件上產(chǎn)生積垢、磨損、腐蝕。在管壁上的沉淀 物將改變管道的壁厚及粗糙度。對(duì)標(biāo)準(zhǔn)孔板而 言會(huì)改變β值,造成±3~10%的誤差;對(duì)渦輪、轉(zhuǎn)子、容積式流量計(jì)的運(yùn)動(dòng)件造成磨損、 腐蝕,輕則產(chǎn)生誤差,重則無(wú)法工作;對(duì)電磁 流量計(jì)的電極、超聲流量計(jì)的換能器、熱式流量計(jì)的熱電阻的污染會(huì)降低其靈敏度,增大誤差;對(duì)差壓式流量計(jì)取壓孔的造成阻塞,等等。當(dāng)然這個(gè)過(guò)程是緩慢的,但絕不能掉以輕心。而只要重視定期維修并形成制度也可以減輕(或消除)其影響。

    (2) 流體的性狀

    在現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)流量?jī)x表的流體不可能如實(shí)驗(yàn) 室所用流體那么潔凈,它們可能會(huì)有沉淀物, 有腐蝕性。使用一段時(shí)間后,還會(huì)在管邊檢測(cè) 件上產(chǎn)生積垢、磨損、腐蝕。在管壁上的沉淀 物將改變管道的壁厚及粗糙度。對(duì)標(biāo)準(zhǔn)孔板而 言會(huì)改變β值,造成±3~10%的誤差;對(duì)渦輪、轉(zhuǎn)子、容積式流量計(jì)的運(yùn)動(dòng)件造成磨損、 腐蝕,輕則產(chǎn)生誤差,重則無(wú)法工作;對(duì)電磁 流量計(jì)的電極、超聲流量計(jì)的換能器、熱式流量計(jì)的熱電阻的污染會(huì)降低其靈敏度,增大誤差;對(duì)差壓式流量計(jì)取壓孔的造成阻塞,等等。當(dāng)然這個(gè)過(guò)程是緩慢的,但絕不能掉以輕心。而只要重視定期維修并形成制度也可以減輕(或消除)其影響。

    (3) 流動(dòng)的特性

    在實(shí)驗(yàn)室中,流量?jī)x表應(yīng)處于較為理想的流 動(dòng)狀態(tài)中,它應(yīng)是:

    牛頓流體:在流程工業(yè)中,除食品工業(yè)多為 牛頓流體。

    定常流:測(cè)量管段中流量不隨時(shí)間變化的一種流動(dòng)狀態(tài),但有緩慢的變化是允許的,在工業(yè)中所說(shuō)的脈動(dòng)流(流量隨時(shí)間變化較快的一種流動(dòng)狀態(tài))即非定常流。在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中由于泵、壓氣機(jī)、 鼓風(fēng)機(jī)、某些調(diào)節(jié)器、閥門(mén)的振蕩都將產(chǎn)生脈動(dòng)流,它將給流量?jī)x表帶來(lái)較大的誤差。早在1956年Head 就提出了這個(gè)問(wèn)題,并提出了脈動(dòng)系數(shù)Ip的概念,以界定脈動(dòng)流對(duì)流量測(cè) 量的影響,并認(rèn)為當(dāng)Ip小于0.03時(shí)就可以視為定常流;大于0.03就應(yīng)給予重視。

    1989年,Mottram和Sproston就指出了脈動(dòng)流會(huì)給流量 儀表帶來(lái)誤差,這種影響對(duì)差壓式流量?jī)x表尤為嚴(yán)重。其他如:對(duì)渦輪流量計(jì)脈動(dòng)流會(huì)引起轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的變化;對(duì)渦街流 量計(jì)如脈動(dòng)的頻率與渦街頻率相近,將產(chǎn)生所謂“同步現(xiàn)象”,也會(huì)產(chǎn)生很大的誤差。對(duì)流體而言,氣體的可壓縮性 優(yōu)于液體,脈動(dòng)流在流動(dòng)中將很快被衰減,對(duì)流量?jī)x表的影響將小于液體。人們關(guān)注脈動(dòng)流對(duì)流量?jī)x表的影響已近60 年,雖然也開(kāi)展了許多研究力圖進(jìn)行修正,但至今尚缺乏足夠的數(shù)據(jù)。當(dāng)前常用的方法是在管道中采用濾波器來(lái)消除(或減輕)它的影響。

    單相流體:流量?jī)x表在單相或者多相流體的測(cè)量結(jié)果有 很大的差異,本文只討論單相流量?jī)x表的測(cè)量,流量?jī)x表也僅是在單相流量實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行校驗(yàn),而在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中,將不可避免地會(huì)遇到多相流體的問(wèn)題。

    在流程工程中,由于流體流經(jīng)各種阻力件,將不可避免 地產(chǎn)生摩阻、分離,以及由于截面的變化、壓力的下降,使溶于液相中的氣相分離出來(lái)產(chǎn)生空穴,對(duì)于節(jié)流裝置來(lái)說(shuō)由 于孔板的流動(dòng)變化較為劇烈產(chǎn)生空穴的機(jī)率將為文丘利管的8 倍,道爾管的三倍,空穴的產(chǎn)生如能限制在一定范圍內(nèi),所產(chǎn)生測(cè)量誤差可高達(dá)20%,如果失控發(fā)展太大,將可能損壞儀表。

    對(duì)于氣固,及液固兩相流來(lái)說(shuō),對(duì)于流量?jī)x表的測(cè)量也將帶來(lái)較大的誤差及危害,這些已在上節(jié)流體的性狀中有所表述,不再贅述。避免的方法,是盡可能地將流量?jī)x表安裝在垂直的管道上方,以避開(kāi)固相的沉積。

    充分發(fā)展紊流:*,管道中的流速分布影響了絕大部分原理(科氏、容積除外)流量?jī)x表的準(zhǔn)確度,所以ISOTC30 規(guī)定流量?jī)x表要保持較高的準(zhǔn)確度必需安裝在充分發(fā)展紊流中,當(dāng)然流量實(shí)驗(yàn)室也應(yīng)具有充分發(fā)展紊流,這樣校驗(yàn) 的流量系數(shù)才有意義。一般來(lái)說(shuō),只要具備了30D(D為管內(nèi) 徑)的直管段長(zhǎng)度就可獲得充分發(fā)展紊流。

    但是在工程日益現(xiàn)代化、大型化的趨勢(shì)下,工程中管徑日益增大,工藝設(shè)計(jì)從節(jié)約場(chǎng)地出發(fā)從未考慮流量?jī)x表維持較高準(zhǔn)確度所必需的直管段長(zhǎng)度,且現(xiàn)場(chǎng)的阻力件品種成千上萬(wàn),組合形形色色,管道中的流速分布十分復(fù)雜,在試驗(yàn)室理想條件下所校驗(yàn)的流量系數(shù),由于流場(chǎng)差異,不可能無(wú)誤地傳遞給現(xiàn)場(chǎng)的流量?jī)x表,因此難以得到較高的準(zhǔn)確度。

    上述討論了影響流量?jī)x表準(zhǔn)確度的因素如流體的物性、 性狀和流動(dòng)特性,都可修正或采取一定措施減輕或消除其影響,流速分布很難解決,因?yàn)楣に囋O(shè)計(jì)不可能照顧到流量?jī)x表所需的直管段長(zhǎng)度,以下討論幾種典型阻力件對(duì)流量?jī)x表的影響。

     


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