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蒸汽流量表如何实现温压补偿及补偿特点

一、引言
蒸汽作为一种十分特殊的介质,在流量计量过程中会表现出特殊的现象和问题。其中最关键的问题是蒸汽密度值偏离设计值过多,给测量结果带来的显著的测量误差,而目前阶段技术成熟的密度检测仪表尚未成功应用,给蒸汽流量测量带来一定的困难。蒸汽在电力、钢铁、石化、纺织、城市供热等生产、生活领域有着广泛的应用,准确地测量蒸汽流量对生产过程的自动控制、计划管理、商务结算以及节约能源、提高经济效益等方面都有重要意义。蒸汽是汽轮机的工质,在能量转换过程中准确测量计算出实际蒸汽的消耗量是分析评价工业汽轮机装置效率的重要前提。目前蒸汽流量的测量通常采用涡街作为一次元件,其制造、安装方便,成本低廉。在设计蒸汽参数条件下,蒸汽通过涡街传感器后产生的旋窝频率与蒸汽流量之间有准确的对应关系。
但在实际测量过程中,由于蒸汽温度、压力等参数是处于变化和波动中的,甚至远离涡街的设计工况参数。在正常参数波动范围内,工业汽轮机是按照无运行限制要求设计的,但对蒸汽流量测量,如果不对这种参数波动加以补偿修正,根据测量计算得出的结果会与实际流量有很大的差异。由于对这种补偿修正计算并没有统一的方法和标准,实践中常为采用何种补偿方法所困扰。而提出一种合适的蒸汽参数波动补偿计算方法,并在后续的编程系统中实现其补偿计算,对实现蒸汽流量的正确测量又是至关重要的。
二、在线密度补偿实现方法
随着微电子技术在仪表中的广泛应用。仪表的计算功能、补偿修正功能、累计功能、历史数据存储功能、数字滤波功能、输出功能、数字通讯功能等等都能够容易地实现。因此,在线密度补偿己经成为蒸汽计量仪表一种必不可少的基本功能而被广泛的使用。
1、饱和蒸汽在线密度补偿。
饱和蒸汽的温度与压力之间有着严格的一一对应关系。饱和蒸汽的密度可以是其温度或者是其压力的单一函数。根据饱和蒸汽的温度值或者是压力值的大小,通过查表法或公式计算法(IFC1967或IAPW-1997)可得到实时密度值。
在流量测量中,可选择温度补偿或压力补偿型涡街流量计实现。至选择带有温度补偿功能的涡街流量计即可。开启流量计温度传感器,实时检测所测蒸汽温度,从而得到对应密度值。
2、过热蒸汽在线密度补偿
过热蒸汽是将饱和蒸汽进行再加热后获得的一种具有特殊品质的蒸汽。它打破了饱和蒸汽所固有的温度与压力严格一一对应的关系。在流量测量过程中可以将过热蒸汽作为单一介质看待。过热蒸汽的密度是其温度和压力的综合函数。在涡街流量计订购时要选择温度、压力补偿型。在实际使用时,同时开启温度、压力传感器实时测量蒸汽温度、压力值,密度值可以根据过热蒸汽密度表或密度计算公式准确计算获得。
三、一次性补偿实现方法
首先确定蒸汽的工作参数—温度和压力,根据工作参数确定蒸汽工作状态下的密度,将该密度作为将来流量测量过程中蒸汽的唯一密度进行孔板计算。在工作中不再对蒸汽的实际变化进行补偿或修正,这就是所谓的一次性计算补偿法。
如果在运行中,蒸汽的工作参数与设计时的设定值保持一致,蒸汽流量测量的准确性是可以得到保证的。如果实际工作条件下参数有所偏离,甚至偏离很大,则测量结果的偏差就可能很大。
一次性补偿方法,在自动检测技术发展初期所采用的计量方式,测量结果误差大,可作为粗略计量使用。这样的设计手段在目前广泛流行的流量节流装置设计手册中仍然在使用。
四、涡街流量计实际应用的中的密度补偿
1、涡街流量计测量原理
涡街流量计是应用流体振荡原理来测量流量的,流体在管道中经过涡街流量传感器时,在三角柱的漩涡发生体后上下交替产生正比于流速的两列旋涡,旋涡的释放频率与流过漩涡发生体的流体平均速度及漩涡发生体特征宽度有关,可用下式表示:f=St?v/d
式中:f—旋涡释放频率,??????
ν—流过漩涡发生体的流体平均速度,m/s;
d—旋涡发生体特征宽度,m
St—为斯特罗哈数,无量纲。
St的数值范围为0.14-0.27。St是雷诺数的函数,St=f(1/Re)。当雷诺数Re在20000一7000000范围内,St值约为0.2,因此,在测量中,要尽量满足流体的雷诺数在20000-7000000,旋涡频率f=0.2v/d。
由此可知,通过测量旋涡频率就可以计算出流过漩涡发生体的流体平均速度v,再由公式QV=vA可以求得流量QV,其中,A为流体流过漩涡发生体的截面积,最终得到体积流量公式:
QV=πD2df/4Sr
当旋涡在发生体两侧产生时,利用压电传感器测处于流体流向垂直的交变升力变化,将升力的变化转换为电的频率信号,再将频率信号进行放大和整形,输出体积流量值到二次仪表,进行累积并显示。
2、涡街流量计密度补偿方法。
涡街流量计要实现在线密度补偿,有两种方式可实现。
一种是通过分别安装温度、压力仪表和智能积算仪与涡街流量计组合实现流量在线温压补偿,第二种是通过温压补偿型涡街流量计来实现。
(1)涡街流量计集成温度、压力、频率传感器,以实现温度、压力、频率实时检测。温度、压力、频率信号通过自身转换器进行信号处理、补偿运算,来减小测量误差。在孔板流量计测量蒸汽流量时,通常采用分别安装温度、和压力仪表来进行温度压力补偿可解决上述问题。但在涡街流量计应用于蒸汽计量中,不必那么麻烦,可通过选购集温度、压力补偿功能于一体的涡街流量计完成温压补偿要求,输出的流量便是精确度更高的补偿后的质量流量值。
(2)软件功能修正。涡街流量计一旦出厂后,体积流量只与测量频率有关,但实际蒸汽计量中要求记录质量流量,根据公式QM=QV?ρOP
可知,实际测量应用中,必须知道实时密度方可实现质量测量。可见,实时密度检测是关键。涡街流量计软件中做有两种模型密度修正办法:
饱和蒸汽:温度查密度表;
过热蒸汽:温度、压力查密度表;
两种模型是针对测量蒸汽用,它是将蒸汽密度表格直接做到软件中,只要知道介质温度、压力,就进行密度查询,并结合测体积流量进行自动计算,实现质量流量检测。
五、结束语
在实际蒸汽计量应用中,蒸汽的计量大多采用涡街和孔板流量计两种计量仪表,但要做到精准计量,必须进行在线密度补偿。饱和蒸汽采用温度或压力补偿,温度补偿较压力补偿更节省投资,过热蒸汽则采用温度、压力同时参与补偿。选用合适的补偿方式,可使计量误差消除或降到很小。
 
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