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孔板流量計計量不準確的原因

作者: 2013年07月18日 來源: 瀏覽量:
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標準孔板是由機械加工獲得的一塊圓形穿孔的薄板。它的節流孔圓筒形柱面與孔板上游端面垂直,其邊緣是尖銳的,孔板厚與孔板直徑比是比較小的。孔板在測量管內的部分應該是圓的并與測量管軸線同軸,孔板的兩端面應始終

標準孔板是由機械加工獲得的一塊圓形穿孔的薄板。它的節流孔圓筒形柱面與孔板上游端面垂直,其邊緣是尖銳的,孔板厚與孔板直徑比是比較小的。孔板在測量管內的部分應該是圓的并與測量管軸線同軸,孔板的兩端面應始終是平整的和平行的。

1 孔板偏心

根據GB2624-81規定,孔板應與節流裝置中的直管段對中。實驗表明,孔板偏心引起的計量誤差一般在2%以內,孔徑比β值愈高,偏心率影響愈大,應不用值高的孔板。

2 孔板彎曲

由于安裝或維修不當。使孔板發生彎曲或變形, 導致流量測量誤差較大。在法蘭取壓的孔板上進行測試,孔板彎曲產生的最大誤差約為3.5%。

3 孔板邊緣尖銳度

孔板入口邊緣磨損變鈍不銳或受腐蝕發生缺口,或孔板管道內部的焊縫或計量法蘭墊片,都將使實際流量系數增大和差壓降低,造成計算氣量偏小。

提高計量精度的措施:

1.消除氣流中的脈動流

管道中由于氣體的流速和壓力發生突然變化,造成脈動流,它能引起差壓的波動,而節流裝置的流量計算公式是以蘭孔板的穩定流動為基礎的,當測量點有脈動現象時,穩定原理不能成立,從而影響測量精度,產生計量誤差。

脈流流量總不確定度等于按GB/T2624-93計算的測量誤差與脈動附加不確定度的合成。

式中:ET-脈動附加不確定度,無量綱; -軸向時均速度,m/s; -速度脈動分量均方根值,m/s。(公式應用條件 ≤0.32)

因此,為了保證天然氣計量精度,必須抑制脈動流。常用的措施有:

(1)在滿足計量能力的條件下,應選擇內徑較小的測量管,提高差壓和孔徑比;

(2)采用短引壓管線,減少管線中的阻力件,并使上下游管線長度相等,減少系統中產生諧振和壓力脈動振幅增加;

(3)從管線中消除游離液體,管線中的積液引起的脈動可采用自動清管系統或低處安裝分液器來處理。

2.計量裝置的設計安裝應符臺SY/T 6143-1996

由于影響孔板流量計測量精度的根本原因是節流裝置的幾何形狀和流動動態是否偏離設計標準。因此在使用過程中必須定期做好系統的校檢、維護工作,對于實際使用中的壓力、溫度、流量等工況參數的變化,應進行及時修正。可采用全補償的流量計算機的積算方案,以減少計量誤差,確保計量精度。

3.避免人為計量誤差

加強計量管理,提高操作人員技術素質,積極引進吸收國外先進的天然氣計量技術。標準孔板是由機械加工獲得的一塊圓形穿孔的薄板。它的節流孔圓筒形柱面與孔板上游端面垂直,其邊緣是尖銳的,孔板厚與孔板直徑比是比較小的。

影響天然氣孔板流量裝置準確性的因素

20世紀初,孔板流量計就已用于天然氣計量,其特點是結構易于復制、簡單牢固、性能穩定可靠、使用期限長、價格相對較低。孔板流量裝置主要包括3個部分:節流裝置、壓力/差壓變送裝置(一次儀表)、運算顯示裝置(二次儀表)。

根據智能孔板流量裝置的3個組成部分,下面分別其中可能存在的影響計量準確性的因素。

一、節流裝置中存在的影響因素

孔板流量計中救了裝置的安裝至關重要,目前,由于高級孔板閥和標準計量管的推廣使用,使得節流裝置的加工準確度、安裝準確度都有了大幅度提高,正規廠家能達到1級以上。但是,在節流裝置的安裝中仍需注意以下問題:

1、引壓管到變送器的安裝方式應采用水平安裝,以減少因引壓管中積水帶來的附加誤差。

2、加強節流裝置的排污,以減少游離水、固體粉末在孔板處的擁堵,減少因此造成對壓力的影響。

3、加強孔板的清洗檢查,定期更換孔板,以減少因孔板被沖蝕造成的銳度、粗糙度超標帶來的附加誤差。

二、天然氣計量裝置參數的影響

目前,廣泛使用的智能孔板流量裝置采用計算機運算,大大提高了運算準確度。此時參數的準確性、及時性就成為影響孔板計量裝置準確度的重要因素。孔板計量中的壓力、差壓、溫度等參數都是實時在線獲取的,這些參數的準確性取決于一次儀表的準確度。

三、天然氣計量裝置校核周期的影響

根據檢定規程的要求,孔板計量裝置的檢定周期為1年。工業天然氣計量裝置一部分布在野外,氣候、環境條件復雜,裝置的穩定性檢查就顯得尤為重要。為了進一步提高孔板計量裝置的穩定性、準確性,有必要加強計量裝置的期間校核。

孔板流量計安裝不規范引起的誤差

目前,孔板流量計在工業生產過程中,絕大部分流量測量都是采用標準節流裝置孔板與差壓配套使用的。盡管只能差壓變送器的精度最高可達0.075級,但由于各種原因,其測量誤差往往很大,將它作為工業計量儀表進行使用時,這一問題顯得尤為突出。因此測量誤差產生的原因和克服方法,具有很重要的現實意義。

雖然標準節流裝置孔板的設計計算時通過大量實驗總結出來的,不需要實際標定就可直接投入使用,但在安裝過程中,有可能出現以下幾項不規范甚至錯誤的情況,從而導致測量誤差的產生。

1、孔板前后直管段不符合要求:孔板前后直管段的作用就是為了保證管道內流體的流動穩定,但由于工藝管道上常有拐彎、分叉、匯合等阻力件出現,使流體穩定變為擾動,從而導致測量誤差。消除方法是按照前后管道要求,合理設計節流裝置的安裝位置。

2、孔板上下游面受損或孔板法蘭墊片凸出管道內:在運輸孔板或施工人員安裝孔板過程中,容易造成上下游面受損或法蘭墊片凸出管道內,從而導致測量誤差。消除方法是提高施工人員的技術素質和責任心。施工人員在安裝孔板前應仔細檢查孔板片,若發現孔板上下游面受損,應及時更換;在安裝孔板過程中應避免損壞孔板片;安裝法蘭墊片時,要使法蘭墊片中心線和管道中心線一致。

3、孔板上下游面反裝:安裝前,應正確辨認管道內介質流向及孔板方向,否則將導致測量值偏低。這是因為施工人員的粗心所致,消除方法就是在安裝孔板時,使孔板上標有“+”的面處在流向的上游側。

4、不同孔板裝錯位置:這種情況一般在試車階段特別容易出現。在試車階段,各工藝管道需要多次吹掃,頻繁拆裝孔板。若孔板尺寸一樣,稍不注意就會出現差錯,調換孔板即可恢復正常。

安裝孔板流量計導壓管的注意事項

孔板流量計節流裝置與差壓變送器配套使用,可測量液體、蒸汽、氣體的流量,孔板流量計廣泛應用于石油、化工、冶金、電力、輕工等部門。   

孔板流量計針對不同的介質,取壓管的取壓方向是相對不同的。現場應用主要分為一體式和分體式安裝,但是差壓取壓導壓管在安裝的時候還是有一定規定的。孔板流量計與其他差壓式的流量計也都是一樣。下面就給大家介紹下安裝孔板流量計取壓管時應該注意的地方:

1、介質為蒸汽時:

應使導壓管內充滿冷凝液,因此在取壓點的出口處要裝設凝液罐,其它安裝同液體。

2、介質為氣體時:   

差壓變送器應裝在節流裝置的上面, 防止導壓管內積聚液滴,取壓點應在工藝管道的上半部引出
7 ~* ^: ]. o# o) ?: q* C# [( p3、介質為液體時:   

差壓變送器應裝在節流裝置下面,取壓點應在工藝管道的中心線以下引出(下傾45°左右),導壓管最好垂直安裝,否則也應有一定斜度。當差壓變送器放在節流裝置之上時,要裝置貯氣罐
& s& m2 g/ Y5 k0 a, G    4、介質具有腐蝕性時:   

可在節流裝置和差壓變送器之間裝設隔離罐,內放不與介質有互溶的隔離液來傳遞壓力,或采用噴吹法等。

孔板流量計孔徑比對天然氣輸差的影響

孔板流量計又稱差壓式流量計,是由一次檢測件和二次裝置(差壓變送器和流量顯示儀)組成。廣泛應用于氣體、蒸汽和液體的流量測量。具有結構簡單,維護方便,性能穩定,使用可靠等特點。

根據誤差理論,標準孔板配二次儀表組成的流量計量系統的誤差由隨機誤差、已定系統誤差、未定系統誤差三部分組成。由于天然氣的原始計量結果是取多次測量的平均值,根據誤差理論可知,在測量次數足夠多的情況下,可以忽略測量產生的隨機誤差。對于已定系統誤差,一般在測量中力求對已定系統誤差作修正處理,所以理論分析討論計量裝置的誤差實際上只考慮儀表本身帶來的未定系統誤差。未定系統誤差的大小可以用流量測量的不確定度來計算。一般而言,孔徑比值越高,不確定度也就越大,因此應避免采用孔徑比大的孔板。另外,孔板彎曲或變形、孔板流量計的孔板銳邊、截面及流線的變化、管道內的腐蝕物、管道內壁的相對粗糙度都會對輸差構成一定的影響。

孔板變形對流量測量的影響

(1)孔板變形的原因 孔板變形的事件發生得并不多。標準孔板變形常常表現為A面(迎流面)下凹,B面突出,嚴重時就像脫了底的鐵鍋。

發生變形的孔板往往口徑較大,流體溫度高,例如過熱蒸汽,孔板厚度相對較薄的環室取壓的節流裝置。由于加工制造時孔板和環室溫度低,接近室溫,而在實際使用時溫度高,因此它們的幾何尺寸都發生了顯著的變化。由于環室的材質一般為碳鋼,線膨脹系數一般以11×10-6℃-1計,而孔板的材質為不銹鋼,線膨脹系數一般以16×10-6℃-1計,所以膨脹系數的差值為5×10-6℃-1。當節流裝置投入使用后,與高溫流體接觸,孔板和環室都相應膨脹,其中孔板外徑膨脹的增量要比環室相應部位內徑膨脹的增量大,所以,加工制造時必須通過計算留有足夠的膨脹間隙。

變形孔板拆開檢查時往往發現上述間隙并不小,將孔板與環室按最高工作溫度計算,仍然有一定的間隙,既然如此,為什么還會出現變形呢?

有一點是可以肯定的,即孔板變形是由于受熱膨脹后,孔板外徑與環室之間的間隙消失,孔板繼續膨脹時由于無法向外徑方向擴大,于是在孔板兩邊差壓的作用下,產生出口側凸出的變形。

對發生孔板變形的現場進行調查時,常常會發現相關聯的線索。

①同正負環室結合處泄漏有關。無法用旋緊螺栓的方法消除泄漏,于是拆下節流裝置更換密封墊片,然后發現孔板變形。

②同天氣有關。節流裝置本來無泄漏現象,由于天氣暴冷,西北風勁吹,引起正負環室結合處泄漏。

③同節流裝置處絕熱保溫不佳有關。保溫良好的節流裝置未出現泄漏現象。

將上述相關線索聯系起來可對孔板變形原因作出推理分析。節流裝置設計計算時,孔板外徑與環室配合處的間隙留得足夠大是假定孔板和環室溫度相同,但實際上不可能相同,孔板被環室包圍著,而且有高溫流體為其提供熱量,所以溫度高,得到充分膨脹。而環室內圓與流體接觸,但外圓與大氣接觸,加上“保溫不佳”、“天氣暴冷”、“西北風勁吹”等因素,使其溫度下降得很低,從而導致預留的間隙不夠用,引起孔板變形。

孔板變形與正負環室處泄漏相關聯,如果不是因為密封墊片損壞造成泄漏,就是因為孔板變形后導致正負環室之間的間隙增大,密封墊片與環室之間出現縫隙。

(2)孔板變形的解決方法 在找到了孔板變形的根本原因之后,預防孔板變形就有了簡單而有效的方法,即設計計算時,考慮到環室的溫度可能比孔板低得多的實際情況,合理計算間隙。計算時環室外圓處溫度不應高于100℃。

對于已經變形而檢定不合格的孔板只能報廢。

(3)孔板變形引起的流量測量誤差估算 孔板變形對流量測量示值的影響,現在還沒有標準,也無實驗數據,但是影響方向是顯而易見的。

孔板變形的程度差異較大,嚴重變形時,其形狀與噴嘴有些相似,從節流裝置的標準知,標準孔板的流出系數約0.6多一些,而噴嘴的流出系數約為0.99,以此為基礎進行分析,孔板變形后其實際流出系數相應增大,流量示值相應偏低。嚴重變形時,如果假定其流出系數與噴嘴接近,則流量示值將要降低到應有示值的60%左右。因此有理由說孔板變形后流量示值可能會比應有示值低0~40%R。

孔板流量計采用防凍斷絕器時的應用

現在的孔板流量計采用了特有的防凍斷絕器,在測量蒸汽時,不需伴熱、保溫及冷凝器,使結構大為簡化,便于現場安裝。不但節省了大量的能源,而且流量計庇護量大大減少。而傳統孔板流量計在測量蒸汽時,為了使導壓管中的蒸汽冷凝,并使正負導壓管中的冷凝液面有相等的高度,且保持恒定,在正負導壓管線中都各裝有一個冷凝器。同時為了保證差壓變送器在冰冷的環境中正常事變,還須配有伴熱保溫裝置,其結構龐大復雜,而且浪費能源。

充滿孔板流量計管道的流體,當它們流經管道內的節流裝置時,流束將在節流裝置的節流件處形成局部收縮,從而使流速增加,靜壓力低,于是在節流件前后便產生了壓力降,即壓差,介質流動的流量越大,在節流件前后產生的壓差就越大,所以孔板流量計可以通過測量壓差來衡量流體流量的大小。這種測量方法是以能量守衡定律和流動連續性定律為基準的。

孔板流量計又稱為差壓式流量計,是由一次檢測件和二次安裝構成,普遍使用于氣體、蒸汽和液體的流量測量。具有構造簡略,維修便利,功能不變,運用牢靠等特點。在管道內部裝上孔板節省件,因為節省件的孔徑小于管道內徑,當流體流經節省件時,流束截面忽然縮短,流速加速。節省件后端流體的靜壓力降低,于是在節省件前后發生靜壓力差,該靜壓力差與流體過的流體流量之間有確定的數值關系、契合。用差壓變送器 (或差壓計)測量節省件前后的差壓,完成對流量的測量。節省安裝的裝置和合用于下列管段和管件有關:節省件上游側第一阻力件、第二阻力件,節省件下右側第一阻力件,從節省件上游第二阻力件到下流第一阻力件之間的管段以及差壓訊號管路等。

本文出自:孔板流量計www.kongban.net

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