濕蒸汽V錐測量裝置的標定及其數據分析

劉 暢

（中石油遼河油田公司沈陽采油廠， 遼寧 沈陽 110316）

V錐流量計是利用同軸安裝在管道中的V形圓錐體,它可將流體逐漸地節流收縮到管道的內邊壁，通過測量V形錐體前后的差壓來測量流量[1]。差壓式流量計廣泛應用于工業生產的流量計量中，在流量計量中發揮著重要作用[2,3]。經過多年來的多次測試和應用證明: 利用V錐流量計能在更短的直管段條件下，以更寬的量程比對潔凈或臟污流體實現更準確、更有效的流量測量。

圖1 檢測段標定0.7 m3標準罐Fig.1 0.7 m3 calibrated standard tank of detection period

1 V錐流量計標定的意義及標定流程

本文以液體為介質對V錐流量計進行了標定試驗及其誤差分析。為了更加準確的對安裝現場所測介質進行測量，要保證測量檢測段的準確性，就要在盡量減小誤差的基礎上，求出檢測段的初始參數，此參數的求得是在遼寧石油化工大學石油天然氣工程學院實驗室管道系統上電調試和調整進行的。試驗室使用設備如圖1和圖2所示。

圖2 檢測段標定循環管線Fig.2 Calibrated circulating pipeline of detection period

V錐流量計的標定試驗裝置的工藝流程圖如圖3所示，該V錐的標定試驗采用地下水池中的潔凈水作為試驗標定介質。在離心泵啟動之前，把放水閥1和放水閥2全部打開，確定標準罐2內無水再流到地下水池中，把放水閥2關閉；離心泵啟動之后，試驗室地下水池內的水按照流程圖中的箭頭方向分別通過各個元件，進行循環使用，以達到環保和節水的效果。

圖3 V錐標定試驗裝置工藝流程Fig.3 V-cone calibration process flow test device

2 V錐流量計的標定原理

差壓式流量計的工作原理是：充滿管道的液體，當它流經管道內的節流件時，流束將在節流件處形成局部收縮，因而流速增加，靜壓力降低，于是在節流件前后便產生了壓差。流體流量愈大，產生的壓差愈大，這樣可依據壓差來衡量流量的大小。這種測量方法是以流體流動的連續性方程（質量守恒定律）和伯努利方程（能量守恒定律）為基礎的。

V錐流量計屬于差壓式流量計，其示意圖和內部結構如圖4和圖5所示，V錐上游區域的流體壓力為P1，流體流經V錐時，由于V錐的節流元件的作用使流體的流速加快并產生壓差，V錐下游區域的流體壓力為P2。使用智能差壓變送器測出P1和P2的壓差△P，并根據標準罐體積及其灌滿水所用的時間求出單位時間內的工況下的質量流量，再通過差壓流量計的流量方程式求出流出系數。其計算公式[4]如下：

式中：qm—工況下標定介質的質量流量，kg/s；

C—V錐的流出系數，無量綱量，C=實際流量/理論流量；

d—V錐節流件的最大外徑，m，d=0.045 m；

D—V錐流量計的管道內徑,m, D =0.065 m；

β—直徑比[5]，無量綱，β=d/D；

ζ—標定介質的可膨脹系數[6,7]，若被測介質為液體，則ζ=1，若被測介質為氣體、蒸汽等可壓縮氣體，則ζ<1；

△P—P1、P2兩處取壓口的差壓，Pa,△P通過智能差壓變送器測量[8]；

ρ—流體在工況下的密度，kg/m3，20 ℃時水的密 ρ=998.203 kg/m3。

圖4 V錐流量計的標定原理簡圖Fig.4 The calibrated principle diagram of V-cone flowmeter

圖5 V錐流量計內部結構圖Fig.5 V-cone flowmeter internal structure

表1 V錐流量計標定試驗主要數據Table 1 V-cone flowmeter calibration experiment primary data

3 V錐流量計標定試驗數據分析

在相同條件下，對V錐流量計（f89′12）在試驗室的標定系統上進行了標定研究。V錐流量計標定試驗程序的顯示界面如圖6所示。

在V錐流量計標定試驗過程中，標準罐2的標準容積為0.7 m3，主要數據的記錄如表1所示。

圖6 V錐流量計標定數據控制窗口Fig.6 V-cone flowmeter calibration data control window

通過計算得到表1，對流出系數C進行分析：

（1）流出系數C的算術平均值：C=1.0011886;

（2）流出系數C算術平均值的校核：

經過校核計算，可以看出計算結果是正確的。

（3）流出系數C標準差的計算

別捷爾斯法（Peters）：

貝塞爾法（Bessel）：

（4）流出系數C算術平均值的標準差

別捷爾斯法（Peters）：

貝塞爾法（Bessel）：

4 結 論

（1）標定方法簡單易懂，數據處理嚴緊，為其他流量計的標定提供了一定的依據。

（2）通過對 V錐流量計標定試驗數據分析計算表明該V錐流量計的精度達到了1%。因此利用V錐流量計可準確計量蒸汽流量及干度，提高能量的利用率。

（3）此標定方法可作為將來不同型號 V錐流量計標定的基礎，開展大流量，高壓差，高流速的誤差測量研究。

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