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蒸汽流量計量溫壓補償數學模式
發布時間:2021-9-27 08:48:01

摘要:著重對過熱蒸汽流量計量中溫度、壓力補償的數學模型進行了分析,最后提出了一種全新的微機全參數補償方式。
一.引言
  隨著成本意識的不斷增強,人們對能源計量的準確性提出了更高的要求,流量測量中的溫度、壓力補償逐漸被提上了議事日程。由于流量測量裝置的設計提供的設計溫度、壓力與實際運行的工作溫度、壓力有一定的差異,再加上由于工藝條件造成流體溫度、壓力波動較大,致使測出的流量不能真實反映其工作狀態下的實際流量。絕大多數流量計,只有在流體工況與設計條件一致的情況下才能保證較高的測量精度,有些流體如氣體、蒸汽,流體工況變化對測量精度的影響特別大,必須進行補償。不同類別的流量測量裝置,測量不同的流體介質,其溫度壓力補償公式選擇的數學模型是有差異的。因此,有必要對對流量計量中溫度、壓力補償的數學模型加以分析、研究,總結出一套全新的補償方式,盡可能地消除系統誤差,使計量精度提高到一個新的水平。
二.過熱蒸汽流量計量的補償
  在蒸汽流量的計量上,密度雖然也是溫度、壓力的函數,但不再遵循理想氣體狀態方程,且在不同壓力、溫度區間,函數關系不同,很難用一個簡單的或統一的函數關系式來表示。下面我們分析常用水蒸氣密度的確定方法。
1.密度的確定方法。
  工業或工程上應用的水蒸汽大多是處于剛剛脫離液態或離液態較近時的狀態,它的物理、化學性質與理想氣體大不相同,應視為實際氣體。水蒸氣的物理性質較理想氣體要復雜得多,故不能用簡單的數學表達加以描述,所以,在以往的工程計算中,凡涉及水蒸氣的狀態參數數值,大都從相關的水蒸氣表中直接查取。
  隨著電子技術的發展,計算機(或單片機)已廣泛應.用于流量測量儀表中,其存儲能力、快速計算能力為準確、快速的確定水蒸氣的密度提供了有力的手段。
1.1現在介紹在二次僅表中常用的水蒸氣密度的確定方法。
1.1.1查表法:把水蒸氣密度表裝入計算機系統中,
  根據實際工況下的溫度、壓力值,從表中直接查出相應的密度值
1.1.2計算法:
①自己擬合公式(或者出版物給出公式)
②IFC1967公式
  目前,我們采用的密度補償的擬合公式為:
 
式中:-溫度,℃;P-表壓,Mpa;
蒸汽實際工況條件為:
工作壓力變化范圍:0.1-1.1MPa
工作溫度變化范圍:160-410℃
下面,我們取特殊點對公式(1)進行驗證:
 
  通過以上驗證上算,我們目前采用的密度補償公式的計算誤差太大,顯然不能滿足計量儀表的要求。我們流量計量絕大部分已進入微機網絡,因此,理想的是采用IFC1967公式”。
1.2比較。
  查表法:根據1FC1967公式”制定的數表,考慮了各個不同區域的特性,目前它是比較完整和全面的。但它數據量大,需要占用大量的內存,應用數表要首先判斷是飽和蒸汽還是過熱蒸汽,再查不同的數表,另外數表的變量有一定步長的非連續量,對于兩點之間的數據,需經過數學內插處理獲得。
  應用公式計算:不需占有大量的內存空間,便于智能儀表應用,至于使用哪一個公式,根據不同場所和不同需要,選用不同公式。采用TFC1967公式”雖然公式繁雜一些,但在壓力為0-16.65MPa范圍內,計算的過熱蒸汽及飽和蒸汽密度值完全符合國際標準。應用公式只需安裝有溫度、壓力變送器,不需要判斷是飽和狀態或過熱狀態就可以準確測量。對于確定是飽和蒸汽的場合,只需要將公式稍做變動,只用測溫或測壓,就可準確計算飽和蒸汽密度。
2.流量公式的確定。
  在蒸汽計量中用節流元件作為傳感元件時用計算法進行補償,其流量公式為:
 
式中:qm-質量流量,kg/s;
e-流出系數;
d-節流件開孔直徑,m;
ε-可膨脹性系數;
p-被測流體密度,kg/m3;
β-節流件孔徑與直管段內徑之比,β=d/D;
△P-差壓,Pa;
  而用渦街流量計量時,它的輸出脈沖信號不受流體組分變化的影響,即僅表系數在一定雷諾數范圍內僅與洲渦發生體及管道的尺寸有關,但是作為流量計在物料平衡及能源計量中需檢測質量流量,這時流量的輸出信號應同時檢測體積流量和流體密度,流體組份對流量計還是存在直接影響,其流量公式為:
 
式中:qv-體積流量,m3/h;
Sr-斯特勞哈爾系數;
m-漩渦發生體兩側弓形面積與管道橫截面面積之比;
d-漩渦發生體硬面寬度,m;
D-管道通徑,m;
f-漩渦的發生頻率,Hz/s;
qm=pq、4)
式中:qv-體積流量;m3/h;
qm-質量流量,Kg/s;
p-被測流體密度,kg/m3;
  由流量公式(2).(4)可知,流量與密度的關系分別與C和p成正比,如果用錯將造成很大的計算誤差,同時,溫度(℃)與熱力學溫度(K)的代入也應正確處理。
  考慮上述原因,有必要對補償軟件和智能流量計算儀進行測試和校準。方法為:由LG節流裝置設計及管理軟件》計算出對應點補償流量的理論值,再對流量計輸入相同工沉參數得到相應的顯示值,這時將流量計的顯示.值與理論值進行比較即可達到校準的目的。歷來流量校.準與設備和流量儀表兩大主題是研究的中心,流量儀表標準和檢定規程是流量準確計量的保證,針對目前國內智能流量演算器和相關計算機軟件的現狀,建立國家有關部門應出臺一部相應的檢定校準規程,以便于技術監督和管理。
三微機的全參數補償
根據
 
  對氣體介質進行補償時,在低壓范圍內,可以利用理想氣體狀態方程來進行溫度、壓力補償。但在高壓時,則必須考慮氣體壓縮系數的影響。對于過熱蒸氣,必須作實際氣體處理。對于大部分氣體,在低壓區(如小于1MPa)的壓縮系數都接近于1。在該區域內,只要溫度不是太低,即使不對壓縮系數進行修正,也不會引起明顯的誤差,完全可以滿足工程上的要求。但在高壓區,則必須考慮壓縮系數的影響,否則將會造成明顯的誤差。像常規方法那樣將K看成常數,將會造成不可忽視的測量誤差。分析計算表明,當溫度和壓力在設計值T.和p.的基礎上變化20%,ReD變化60%時,如果我們只補償密度變化的影響,那么,即使密度變化可能引入的誤差為零,即認為已實現了對密度的完全補償,其它各余留參數變化累加后的最大誤差仍可達6%左右。其中,ε引入的誤差最為明顯。對于常規儀表來說,這些余留誤差沒有可能得到補償。而對于微機補償系統來說,補償這些余留參數的變化已成為可能。所以,一般來說,微機補償系統除補償密度外,還應考慮整個補償方程中其它參數變化的補償問題,即全參數補償。
四結語
  總而言之,選擇合適的溫度、壓力補償公式,就必須全面地了解流量測量的方式。在測量介質,測量裝置,流體工況,流量單位均不同的場合,采用正確的溫度、壓力補償方式,才能獲得準確的流量。此外,計算機的應用也堪稱檢測技術中的一場革命,它使各類過程參數的檢測由常規儀表時代進入了高科技的計算機時代,同時也使企業綜合自動化和生產過程的最優控制得以實現,是今后檢測與控制系統發展的必然趨勢。

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