孔板流量計測量誤差分析

大唐韓城第二發電有限責任公司 陜西 韓城 715400

在600MW機組中,對于流量的測量眾多,其中流量計的類型也種類較多,包括孔板流量計、威力巴流量計、轉子流量計、電磁流量計等,測量的介質也多種多樣,包括蒸汽、水、油等。2015年我公司為龍門煤化工供熱,增加了蒸汽及除鹽水流量,安裝初期出現蒸汽流量計測量不準情況,本文結合蒸汽流量的特點分析誤差產生的原因及解決方案。

一、流量計的選型

我公司供熱蒸汽流量計與除鹽水流量計采用標準孔板,以下主要針對標準孔板的選型提出建議。選型原則如下:

1.標準孔板現場安裝方式。標準孔板通常水平安裝或垂直安裝,標準孔板生產廠家按用戶提供安裝方式生產孔板,用戶現場安裝時不得隨意更改安裝方式,以免導致測量偏差。我公司為水平安裝方式。

2.被測介質。最好能提供介質成分,以便孔板廠家選用合適材料生產節流件,供熱蒸氣流量測量介質為過熱蒸汽,除鹽水測量介質為水。

3.工藝管道規格尺寸和材質。管道尺寸最好用“外徑×壁厚mm”方式標注。

4.標準孔板工作溫度。供熱蒸汽溫度為200℃左右。

5.標準孔板工作壓力。工作壓力為表壓,用戶要提供最大工作壓力、正常工作壓力和最小工作壓力,單位為MPa。

6.被測介質流量范圍。用戶需要提供最大工作流量、正常工作流量、最小工作流量和流量單位。

7.介質工況密度。

8.在間歇工作工況中不能選用孔板流量計,不然單位時間內的累積流量與實際流量存在很大誤差。

一般在生產現場,都希望采用的孔板流量對應的輸出差壓越大越好,但從節能方面考慮,由于隨著差壓的增大,壓損也越大,會造成能量損失。

二、孔板流量計測量原理

孔板流量計為差壓式流量計。

(一)孔板流量計是根據伯努利方程提供的基本原理,通過測量流體差壓信號來反映流體流量的測量方法。

孔板流量計的測量原理:充滿管里的流體經直線管道進入節流裝置,流速將在節流處收縮,使流速加快,靜壓力降低,導致節流件前后產生差壓。流速增大,差壓也隨之增大,因此,通過測量差壓,可以確定流量。

(二)孔板流量計的組成。孔板、引壓導管、三閥組、差壓變送器和二次儀表組成。

1.孔板:工業生產中廣泛采用標準孔板,精度可達±0.5—±1%,公稱為50—1200mm.取壓裝置有兩個取壓口,一個是上游取壓口,一個是下流取壓口,上流取壓口引出流體的正壓力,下游取壓口引出流體的負壓力。

2.差壓變送器:差壓變送器是差壓式流量計中的重要組成部分,它將節流裝置的差壓信號轉變成電流信號,以便于二次儀表處理和運算。

3.顯示儀表:顯示儀表將差壓變送器產生的標準電流信號及其它裝置產生的補償信號進行開方并積算,顯示瞬間流量、累計流量及其它流量。對于壓力、溫度波動范圍較大的測量介質,如過熱蒸汽等,必須進行溫度、壓力補償,對于飽和蒸汽,應進行壓力(或溫度)補償。顯示儀表一般采用電磁計數式的開方積算器和智能數顯式的流量積算儀。智能流量積算儀是采用單片為處理機組成快速修正系統,能與壓力、溫度配合,對被測介質由于壓力、溫度偏離設計引起的流量測量誤差及累計積算等,通過軟件實現自動補償和積算。

(三)流量小信號切除。針對利用差壓測量的傳感器由于有開方,所以很微小的偏差,都會有比這個偏差大很多的量的出現。并且在小流量的時候,流量計的測量一般是不準。因為開方器的特點是輸入信號越小,放大倍數越大。根據公式Iout=√10×Iin,當輸入電流為10mA時,輸出Iout=10mA電流,放大倍數為1;當輸入電流為0.01mA時,Iout為0.31mA,放大倍數為31。所以若輸入Iin在零點附近稍有一點波動,則Iout將會有較大幅度的擺動,為了避免小信號波動的影響,提高開方器的使用精度,采用了小信號切除。

三、孔板流量計的安裝要求

(一)基本要求

1.新安裝管路系統,必須先對管路進行吹掃后再安裝標準孔板,防止管內雜物堵塞或損傷標準孔板。

2.安裝前應仔細核對標準孔板的編號、位號、規格是否與管道情況、流量范圍等參數相符。在取壓口附近標有“+”的一端應與流體上游管段聯接,標有“—”的一端應與流體下游管段聯接。

3.標準孔板的中心線應當與管道中心線同軸。

(二)對管路的要求

1.看你測量的是氣體、液體還是蒸汽。氣體取壓口最好在管道上部;液體取壓口在側面中心線以下45度范圍內但不要在正下方,沉積顆粒會堵著取壓口的;蒸汽的話取壓口在管道側面中心線以上45度范圍內;

2.孔板方向不要弄錯了,標“+”的為正向,“-”為負向,“+”是迎著流體過來的方向。

3.正負取壓口引出的導壓管在任何情況下都要保持平行;

4.孔板一般都要配合差壓變送器用的,導壓管與差壓變送器連接時要注意正負壓不要裝反,“H”為正,“L”為負;

5.測氣體的話差壓裝置建議放在管道上方,液體的話放在管道下部,測蒸汽如果有配冷凝罐的話,應當保持冷凝罐在同一水平面高度上。

6.對管路直管段的要求,一般要求在孔板前后無其他裝置情況下,直管段為前10D后5D(D是指孔板的口徑)。在此基礎上孔板廠家會有更嚴格的要求,此時以孔板說明書要求為準。

7.作為壓力及溫度修正的壓力及溫度測點按照介質流向應安裝在孔板前,且壓力應安裝在溫度側點前,中間間隔至少大于D。由于孔板壓損較大,嚴禁將壓力測點安裝在孔板之后。

四、孔板流量計的測量誤差產生的原因及消除辦法

簡單地說,測量誤差主要是由安裝不規范、參數設置不當、維護不到位這三個原因引起的。

1.孔板安裝不規范

(1)孔板前后直管段不符合要求:孔板對前后直管段要求比較高。我公司供熱蒸汽流量計安裝時按照規程要求前10D后5D,管道外徑為720mm,安裝初期按照前10米,后5米進行安裝,后發現孔板說明書要求前直管段為30米,后直管段為5米,雖然滿足了規程要求但未滿足說明書要求,誤差較大。當規程與說明書不一致時應以嚴格的一方為準進行安裝。

(2)孔板片受損或孔板法蘭墊片凸出管道內導致測量誤差。必須在安裝前對孔板片及法蘭墊片進行認真檢查,確保孔板片完好。

(3)孔板上下游面反裝:安裝前,確認介質流向及孔板方向,不然將會使測量值偏低。安裝孔板時,使孔板上標有“+”的面處在流向的上游側。

(4)孔板量程設計錯誤,由于孔板設計時需要提供標準孔板工作溫度、工作壓力、介質密度、最大流量、最小流量、常用流量,孔板的設計必須嚴格按照以上參數進行設計,而現場流量及介質也應與設計一致,當實際流量小于最小流量時,會出現蒸汽流量誤差偏大且正負誤差無法預知情況。而當工作溫度、工作壓力、介質密度與設計不一致時,也會出現誤差較大情況。我公司供熱蒸汽流量計初始設計流量為最大流量160噸每小時,常用流量100噸每小時,最小流量50噸每小時,而由于用汽方原因,流量長期小于50噸每小時,致使雙方流量計偏差大,誤差不可控,無法計量。

2.管路及冷凝器安裝不規范

導壓管路的主要作用是用來傳遞孔板產生的差壓。

導壓管路的敷設長度應在3～50m之間。測量蒸汽流量時,導壓管路中正負壓側冷凝液罐的取壓端必須等高,不然會產生附加誤差。

3.由于北方冬天溫度低,因此必須對導壓管加裝伴熱帶,并敷設保溫。要求正負壓側導壓管共同均勻加裝伴熱帶,不然會由于正負壓側受熱不均勻產生附加誤差。保溫必須敷設均勻,并且無未敷設到位地方,防止管路解凍,造成測量異常。冷凝器上部不得進行保溫。

4.差壓變送器安裝不規范。差壓變送器應安裝在保溫箱或保護箱內,并靠近取源部件的位置,利于維修及調試,導管引入處應密封,排污閥應裝在箱外,并設排污槽及排污總管。

5.孔板損壞或結垢。孔板長期使用或安裝過程造成損壞,內部結垢,都會造成測量不準。利用設備停運機會對孔板進行檢查,進行清洗,嚴重時進行更換。

6.排污閥或取樣一、二次閥門泄漏。由于拆卸變送器或進行排污,可能會造成閥門泄漏,正壓側閥門泄漏可能造成測量數值偏小;反之負壓側閥門泄漏會造成測量數值偏大。必須定期進行巡回檢查,進行消除存在問題。

7.參數設置不當。顯示儀表的溫度及壓力補償,工藝條件相關參數及變送器量程未按照孔板計算書設置,都會造成流量顯示不準。

8.變送器顯示不準。變送器在長期使用后,可能會出現零位漂移、精度降低情況。根據JJG882-2004

壓力變送器要求壓力變送器的檢定周期應不超過1年。必須按要求對變送器檢驗,對不滿足精度要求的變送器進行更換。

通過以上分析,孔板流量計的測量誤差產生原因主要為安裝初期未按照規程要求進行安裝,參數設置不當及后期維護不當。消除測量誤差,需要分類進行分析,才能保證孔板流量計測量準確。