流量积算仪是流量二次仪表,对流量控制与监测起到了很大的作用,也是用能单位不可缺少的重要设备。这些流量积算仪有比较强的功能,能与差压式流量计( 如孔板流量计) 或速度式流量计( 如涡街流量计) 配合显示瞬时流量和累积流量,同时还可以显示工况的压力、温度和密度,有些还具有通讯功能。流量积算仪有一个发展过程,它的前身是电动单元组合仪表的开方积算器,输入信号来自差压变送器,以后又增加了密度补偿( 压力、温度补偿) ,在输入信号方面又增加了脉冲频率的,是工业过程测量和控制系统中的流量测量和控制仪表,可以对运行在设计工况附近的蒸汽进行准确计量,目前又被大量使用在能源的计量领域。近些年来由于产业调整,蒸汽的用量变化较大,按常规及时更换孔板、管道,但仍不能达到准确计量。这是因为不可能做到均衡用气,往往高峰和低谷的用气量相差较大,偏离设计流量的状况越严重误差就越大。经分析,目前常用的过程测控用流量积算仪不宜用于流量经常变化的能源计量中。因为它与孔板流量测量的数学模型之间有差异导致误差。用于工业过程测量和控制系统中的流量积算仪与孔板流量计配合使用时,当孔板前后的压差信号用的是4 ~ 20mA 输出的差压变送器时,测量的数学模型为:
( JJG 640—1994 《差压式流量计》检定规程给出的孔板流量计的质量流量计算公式) 的工程化形式。两者具有一定误差,状态补偿函数k 的合理给出将大大缩小数学模型之间的误差。目前,在用的流量积算仪几乎只进行密度的补偿,均取k = 1,未对可膨胀系数和雷诺数进行补偿。这就是造成偏离设计流量越严重误差就越大的主要原因。以一某发电厂对其邻厂提供过热蒸汽为例分析误差产生的原因和程度。用孔板节流件配差压变送器、压力变送器、铂电阻和流量积算仪进行流量计量。工况及孔板设计参数如表1。
表1 工况及孔板设计参数表
按设计惯例,首先应根据以上设计参数按JJG640—1994 规程计算常用差压与开孔直径。程序为:按常用流量、非常大流量和非常大差压计算常用差压,再用常用差压和常用流量确定孔板的开孔直径。然后用迭代方式按数学模型验算常用流量的符合性。在非常后认定孔板的开孔直径后发现孔板流量计在各流量点的理论流量值与流量积算仪工程化的计算值只有在常用流量点附近误差非常小。表2 为设计工况( 温度270℃、表压力0. 6MPa、密度2. 85860kg /m3 ) 时两种流量数学模型的比较结果。
从这些数据可以观察到: 差压信号为20kPa ( 常用差压附近) 时两种数学模型理论值误差在± 0. 2%之内; 差压信号小于20kPa 时,流量积算仪的流量计算值偏低,越小误差越大; 差压信号大于20kPa 时,流量积算仪的流量计算值偏高。同样,偏离越远偏差越大,考虑工况的偏离,仅数学模型的不同误差非常大可达1. 5%。
产生偏差的原因在于流量积算仪工程化的流量公式中qmax只是设计工况和常用流量的产物,没有随工况和流量的变化而变化。因此,在流量不能运行在设计的常用流量附近时k 不能为1,应介入一个补偿函数以减小它们的误差。
流量积算仪在数学模型中增加补偿函数kε的功能设置后,计量性能大为改善。在设计工况附近36% ~ 100%流量范围内理论流量的相对误差不超过± 0. 16%。
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