孔板與旋渦流量計(jì)組合是簡(jiǎn)單有效的間接式質(zhì)量流量測(cè)量方法

　　在工業(yè)化迅速發(fā)展的大時(shí)代，缺少不了壓力變送器、流量計(jì)、液位計(jì)、密度計(jì)、差壓變送器等儀表把現(xiàn)場(chǎng)第一數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)焦た叵到y(tǒng)上，為整個(gè)工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)充當(dāng)控制、檢測(cè)等一系列的眼睛，接下來華恒儀表為您解讀工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)最前沿的壓力變送器使用情況。

　　〔摘要〕本文介紹了用孔板與旋渦流量計(jì)組合測(cè)量乙烯氣體質(zhì)量流量,提供了一種簡(jiǎn)單、有效的間接式質(zhì)量流量測(cè)量方法。

　　概述

　　流體的質(zhì)量流量測(cè)量是當(dāng)前國內(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),亦由于國產(chǎn)密度計(jì)在質(zhì)量、品種和適用范圍存在較多問題,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醪罨驘o能為力。

　　1990年6月,我們?cè)谝蚁S口徑為DN15o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4~20mA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,由于乙烯送出量增大,儀表指示超出滿刻度,將儀表差壓由2.451k8Pa(2500mmHZO)改為60.oookPa(6120mmH20),儀表滿刻度體積流量相應(yīng)改為標(biāo)準(zhǔn)狀況下10952.26m3/h,質(zhì)量流量為13804.23kg/h。

　　(2)差壓變送器:采用ROSEMOUNT生產(chǎn)的1151型差壓變送器,差壓60.oookPa,輸出4~20mADC。

　　(3)旋渦流量變送器:采用合肥儀表廠生產(chǎn)的UAWlloo一D3DI一1111壓電無法蘭型氣體旋渦流量變送器,儀表系數(shù)10733P/L。

　　(4)流量積算顯示儀:采用與有關(guān)單位合作試制的HZ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《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)無可靠的參照標(biāo)準(zhǔn),無法直接提供標(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Qp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)

　　通過較長時(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)原來安裝的儀儀器儀表是工業(yè)化進(jìn)程的基石，只有選用工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)選用合適的儀表，才能夠事半功倍，自動(dòng)化流程才能夠更加自動(dòng)化。