概述

流體的質(zhì)量流量測(cè)量是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外流量技術(shù)研究的重要課題。目前, 化工和煉油生產(chǎn)過(guò)程中使用的流量計(jì), 例如孔板、轉(zhuǎn)子、靶式、渦輪、電磁、容積和旋渦等流量計(jì), 其工作原理均是測(cè)量單位時(shí)間內(nèi)所流過(guò)被測(cè)介質(zhì)的體

積量, 即體積流量。當(dāng)流體的密度隨著溫度、壓力或成分的變化發(fā)生改變時(shí), 將會(huì)導(dǎo)致流量測(cè)量產(chǎn)生較大的誤差。在密度有較大變化的場(chǎng)合, 為了準(zhǔn)確測(cè)量流量, 目前一般采用以下三種措施。

( l) 采用直接式質(zhì)量流量計(jì)進(jìn)行測(cè)量;

( 2) 采用間接式質(zhì)量流量計(jì)進(jìn)行測(cè)量;

( 3) 采用溫度、壓力自動(dòng)補(bǔ)償措施。

直接式質(zhì)量流量計(jì)雖已有開發(fā)生產(chǎn)( 例如根據(jù)科里奧利效應(yīng)制造的直接式質(zhì)量流量計(jì)), 但由于品種規(guī)格少, 價(jià)格昂貴, 實(shí)際使用尚少。流量計(jì)與密度計(jì)組合的間接式質(zhì)量流量計(jì), 亦由于國(guó)產(chǎn)密度計(jì)在質(zhì)量、品種和適用范圍存在較多問(wèn)題, 從而在使用上受到限制。目前較多地采用溫度、壓力自動(dòng)補(bǔ)償?shù)姆绞�。該方法必須建立密度與度、壓力之間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型、根據(jù)溫度、壓力的測(cè)量信號(hào)予以補(bǔ)償修正。但在介質(zhì)成分改變、或溫度、壓力變化范圍大, 或密度與溫度、壓力的關(guān)系呈非線性時(shí), 自動(dòng)補(bǔ)償?shù)男Ч�甚差或無(wú)能為力。

      1 9 9 0 年6 月, 我們?cè)谝蚁�廠口徑為D N 1 5 o外送乙烯氣體管道上安裝了孔板流量計(jì)與氣體旋渦流量計(jì), 將兩臺(tái)流量計(jì)的測(cè)量信號(hào)經(jīng)電腦流量積算儀運(yùn)算處理, 組成間接式質(zhì)量流量測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量乙烯氣體的質(zhì)量流量。系統(tǒng)投運(yùn)后, 對(duì)檢測(cè)情況作了詳細(xì)的分析對(duì)比,取得了較為滿意的效果, 提高了計(jì)量的準(zhǔn)確度。

 

1、方法原理及運(yùn)算數(shù)學(xué)模型 

      測(cè)量系統(tǒng)由孔板流量計(jì)、旋渦流量計(jì)及流量積算儀組成。兩臺(tái)流量計(jì)串聯(lián)安裝在同

一根管道上, 由于安裝距離很近( 中間保持必要的直管段), 因此所測(cè)量的是同一( 或幾乎接近) 操作條件下的介質(zhì)流量。測(cè)量原理圖如圖1 所示。

     當(dāng)有體積流量為Q, 密度為p 的流體通過(guò)兩臺(tái)流量計(jì)時(shí), 孔板流量計(jì)的輸出信號(hào)x與PQ2成正比, 旋渦流量計(jì)的輸出信號(hào)y 與Q 成比例, 兩個(gè)信號(hào)進(jìn)入運(yùn)算顯示儀進(jìn)行除法等運(yùn)算處理后, 顯示質(zhì)量流量、體積流量及介質(zhì)密度等。

      對(duì)于孔板流量計(jì)：

 

對(duì)于輸出電流為4 ~ 20 m A 的差壓變送, 為器 其輸 出電流 I 與差壓 △P 的關(guān)系可表達(dá)

 

 

 

后來(lái), 由于乙烯送出量增大, 儀表指示超出滿刻度, 將儀表差壓由2 .4 5 1 k8 P a( 2 5 0 0 m m H ZO ) 改為6 0.o o o k P a ( 6 1 2 0 m mH 2 0 ), 儀表滿刻度體積流量相應(yīng)改為標(biāo)準(zhǔn)狀況下1 0 9 5 2.2 6m 3 / h, 質(zhì)量流量為1 3 8 0 4

.2 3k g / h。

( 2 ) 差壓變送器: 采用R O S EM O U N T生產(chǎn)的1 1 5 1 型差壓變送器, 差壓60.o o o k P a ,輸出4~ 2 0 m A D C 。

( 3) 旋渦流量變送器: 采用合肥儀表廠生產(chǎn)的U A W l l o o 一D 3D I 一1 1 1 1壓電無(wú)法蘭型氣體旋渦流量變送器, 儀表系數(shù)1·0733P /L 。

(4 ) 流量積算顯示儀: 采用與有關(guān)單位合作試制的H Z 一4 型智能流量積算顯示儀。

顯示儀根據(jù)前述的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行運(yùn)算處理,顯示瞬時(shí)質(zhì)量流量、累積質(zhì)量流量、工作狀態(tài)下體積流量、工作狀態(tài)下介質(zhì)密度、差壓變送器電流、旋渦流量變送器頻率等參數(shù)。另外引入溫度、壓力信號(hào)、可以顯示流體的溫度和壓力。同時(shí), 在現(xiàn)場(chǎng)流量計(jì)處安裝了標(biāo)準(zhǔn)壓力表和玻璃溫度計(jì), 以測(cè)量流體的壓力和溫度。根據(jù)測(cè)定的壓力、溫度值, 查表確定在操作條件下乙烯氣體密度的標(biāo)準(zhǔn)值, 以便與儀表顯示值對(duì)照。

 

3、系統(tǒng)預(yù)估誤差及數(shù)據(jù)的分析對(duì)比

測(cè)量系統(tǒng)各組件經(jīng)檢定調(diào)整后的實(shí)際預(yù)估誤差如下。

 

我們對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)定時(shí)采樣記錄, 并作了對(duì)比分析。在對(duì)比分析時(shí)密度的標(biāo)準(zhǔn)值采用美國(guó)《化學(xué)工程》雜志公布的乙烯壓縮系數(shù)按氣體狀態(tài)方程式換算得到, 小范圍內(nèi)的中間值采用線性內(nèi)插法求得。質(zhì)量流量的標(biāo)準(zhǔn)值因現(xiàn)場(chǎng)無(wú)可靠的參照標(biāo)準(zhǔn), 無(wú)法直接提供標(biāo)準(zhǔn)值。

我們認(rèn)為, 儀表顯示的工況下體積流量是由旋渦流量計(jì)測(cè)得的, 旋渦流量計(jì)經(jīng)過(guò)了較為嚴(yán)格的實(shí)流標(biāo)定和調(diào)整, 實(shí)際誤差不大,因而可以認(rèn)為儀表顯示的體積流量是可信的, 將此體積流量乘以標(biāo)準(zhǔn)密度得到的質(zhì)量流量值可以間接作為質(zhì)量流量標(biāo)準(zhǔn)值的參照依據(jù)。當(dāng)然, 由于旋渦流量計(jì)存在誤差, 導(dǎo)致質(zhì)量流量標(biāo)準(zhǔn)參照值亦存在一定的誤差。另外, 從公式M 一Q p 可以看到, 當(dāng)確保Q 測(cè)量準(zhǔn)確時(shí), P 的誤差亦可作為衡量M 誤差的參照依據(jù)。

 

從表1所列出的10 組分析數(shù)據(jù)對(duì)比, 可以看到, 儀表顯示的質(zhì)量流量和密度與標(biāo)準(zhǔn)值之間的誤差均保持在士1% 以內(nèi)。說(shuō)明了本方法作為測(cè)量質(zhì)量流量的一種手段是合理的、可行的。在提高各組件準(zhǔn)確度的基礎(chǔ)上, 特別是實(shí)施整體標(biāo)定調(diào)整時(shí), 系統(tǒng)的準(zhǔn)確度可以保持在較高的水平上。

 

4、提高測(cè)量準(zhǔn)確度的途徑

       從上述分析可知, 本方法測(cè)量準(zhǔn)確度取決于系統(tǒng)各組件的準(zhǔn)確度。選用準(zhǔn)確度高的組件, 各組件正確地按規(guī)范設(shè)計(jì)、加工、安裝和調(diào)整, 是提高系統(tǒng)準(zhǔn)確度的有效措施。

       另外, 現(xiàn)場(chǎng)兩臺(tái)流量變送器在安裝時(shí), 中間除保留必要的直管段長(zhǎng)度外應(yīng)盡量靠近,以便能在同一工況下( 或盡量接近同一工況下) 運(yùn)行, 使兩個(gè)測(cè)量信號(hào)保持同步。

        在實(shí)際工作中, 節(jié)流件和管路條件往往不能符合正確的設(shè)計(jì)和安裝條件要求, 這些情況或因素對(duì)流量測(cè)量產(chǎn)生的誤差在很多情況下無(wú)法提出明確的修正值。因而在測(cè)量要求高的場(chǎng)合, 將系統(tǒng)整體組裝后在流量標(biāo)準(zhǔn)裝置上進(jìn)行實(shí)流標(biāo)定, 通過(guò)調(diào)整系數(shù)K 值,以提高測(cè)量的準(zhǔn)確度。對(duì)于大口徑管道, 整體組裝標(biāo)定有困難時(shí), 除對(duì)旋渦等流量計(jì)標(biāo)定外, 可增加對(duì)孔板孔徑及管道內(nèi)徑的精確測(cè)量或標(biāo)定。

 

5 評(píng)價(jià)

       通過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行和測(cè)試, 系統(tǒng)運(yùn)行正常, 數(shù)據(jù)顯示可靠, 較好地滿足了工藝生產(chǎn)對(duì)流量計(jì)量的要求。筆者認(rèn)為, 該系統(tǒng)具有下列優(yōu)點(diǎn)。

(1 ) 適用范圍廣, 配置各種適宜的儀表, 可用于各種不同種類、不同性狀和操作條件的質(zhì)量流量測(cè)量。例如, 可測(cè)液體、氣體、蒸汽; 可測(cè)高、低粘度介質(zhì); 可測(cè)大流量、小流量等。特別是可以測(cè)量成分不明的流體。

( 2) 不需要根據(jù)測(cè)量介質(zhì)特性建立不同的數(shù)學(xué)模型, 原理上可以達(dá)到完全補(bǔ)償。只要組件設(shè)計(jì)、加工、安裝、調(diào)整符合規(guī)范要求,或整體組裝進(jìn)行實(shí)流標(biāo)定, 測(cè)量準(zhǔn)確度可保持在較高的水平上。

( 3) 系統(tǒng)構(gòu)成比較簡(jiǎn)單且可以充分利用現(xiàn)場(chǎng)原來(lái)安裝的儀表。由于采用一般常規(guī)儀表進(jìn)行組合, 這些儀表比較成熟, 運(yùn)行可靠, 使用和調(diào)校方便, 無(wú)需特殊儀器和設(shè)備。

(4 ) 投資費(fèi)用低廉, 與溫度、壓力自動(dòng)補(bǔ)償方法接近。