孔板流量计测量误差分析

大唐韩城第二发电有限责任公司 陕西 韩城 715400

在600MW机组中,对于流量的测量众多,其中流量计的类型也种类较多,包括孔板流量计、威力巴流量计、转子流量计、电磁流量计等,测量的介质也多种多样,包括蒸汽、水、油等。2015年我公司为龙门煤化工供热,增加了蒸汽及除盐水流量,安装初期出现蒸汽流量计测量不准情况,本文结合蒸汽流量的特点分析误差产生的原因及解决方案。

一、流量计的选型

我公司供热蒸汽流量计与除盐水流量计采用标准孔板,以下主要针对标准孔板的选型提出建议。选型原则如下:

1.标准孔板现场安装方式。标准孔板通常水平安装或垂直安装,标准孔板生产厂家按用户提供安装方式生产孔板,用户现场安装时不得随意更改安装方式,以免导致测量偏差。我公司为水平安装方式。

2.被测介质。最好能提供介质成分,以便孔板厂家选用合适材料生产节流件,供热蒸气流量测量介质为过热蒸汽,除盐水测量介质为水。

3.工艺管道规格尺寸和材质。管道尺寸最好用“外径×壁厚mm”方式标注。

4.标准孔板工作温度。供热蒸汽温度为200℃左右。

5.标准孔板工作压力。工作压力为表压,用户要提供最大工作压力、正常工作压力和最小工作压力,单位为MPa。

6.被测介质流量范围。用户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单位。

7.介质工况密度。

8.在间歇工作工况中不能选用孔板流量计,不然单位时间内的累积流量与实际流量存在很大误差。

一般在生产现场,都希望采用的孔板流量对应的输出差压越大越好,但从节能方面考虑,由于随着差压的增大,压损也越大,会造成能量损失。

二、孔板流量计测量原理

孔板流量计为差压式流量计。

(一)孔板流量计是根据伯努利方程提供的基本原理,通过测量流体差压信号来反映流体流量的测量方法。

孔板流量计的测量原理:充满管里的流体经直线管道进入节流装置,流速将在节流处收缩,使流速加快,静压力降低,导致节流件前后产生差压。流速增大,差压也随之增大,因此,通过测量差压,可以确定流量。

(二)孔板流量计的组成。孔板、引压导管、三阀组、差压变送器和二次仪表组成。

1.孔板:工业生产中广泛采用标准孔板,精度可达±0.5—±1%,公称为50—1200mm.取压装置有两个取压口,一个是上游取压口,一个是下流取压口,上流取压口引出流体的正压力,下游取压口引出流体的负压力。

2.差压变送器:差压变送器是差压式流量计中的重要组成部分,它将节流装置的差压信号转变成电流信号,以便于二次仪表处理和运算。

3.显示仪表:显示仪表将差压变送器产生的标准电流信号及其它装置产生的补偿信号进行开方并积算,显示瞬间流量、累计流量及其它流量。对于压力、温度波动范围较大的测量介质,如过热蒸汽等,必须进行温度、压力补偿,对于饱和蒸汽,应进行压力(或温度)补偿。显示仪表一般采用电磁计数式的开方积算器和智能数显式的流量积算仪。智能流量积算仪是采用单片为处理机组成快速修正系统,能与压力、温度配合,对被测介质由于压力、温度偏离设计引起的流量测量误差及累计积算等,通过软件实现自动补偿和积算。

(三)流量小信号切除。针对利用差压测量的传感器由于有开方,所以很微小的偏差,都会有比这个偏差大很多的量的出现。并且在小流量的时候,流量计的测量一般是不准。因为开方器的特点是输入信号越小,放大倍数越大。根据公式Iout=√10×Iin,当输入电流为10mA时,输出Iout=10mA电流,放大倍数为1;当输入电流为0.01mA时,Iout为0.31mA,放大倍数为31。所以若输入Iin在零点附近稍有一点波动,则Iout将会有较大幅度的摆动,为了避免小信号波动的影响,提高开方器的使用精度,采用了小信号切除。

三、孔板流量计的安装要求

(一)基本要求

1.新安装管路系统,必须先对管路进行吹扫后再安装标准孔板,防止管内杂物堵塞或损伤标准孔板。

2.安装前应仔细核对标准孔板的编号、位号、规格是否与管道情况、流量范围等参数相符。在取压口附近标有“+”的一端应与流体上游管段联接,标有“—”的一端应与流体下游管段联接。

3.标准孔板的中心线应当与管道中心线同轴。

(二)对管路的要求

1.看你测量的是气体、液体还是蒸汽。气体取压口最好在管道上部;液体取压口在侧面中心线以下45度范围内但不要在正下方,沉积颗粒会堵着取压口的;蒸汽的话取压口在管道侧面中心线以上45度范围内;

2.孔板方向不要弄错了,标“+”的为正向,“-”为负向,“+”是迎着流体过来的方向。

3.正负取压口引出的导压管在任何情况下都要保持平行;

4.孔板一般都要配合差压变送器用的,导压管与差压变送器连接时要注意正负压不要装反,“H”为正,“L”为负;

5.测气体的话差压装置建议放在管道上方,液体的话放在管道下部,测蒸汽如果有配冷凝罐的话,应当保持冷凝罐在同一水平面高度上。

6.对管路直管段的要求,一般要求在孔板前后无其他装置情况下,直管段为前10D后5D(D是指孔板的口径)。在此基础上孔板厂家会有更严格的要求,此时以孔板说明书要求为准。

7.作为压力及温度修正的压力及温度测点按照介质流向应安装在孔板前,且压力应安装在温度侧点前,中间间隔至少大于D。由于孔板压损较大,严禁将压力测点安装在孔板之后。

四、孔板流量计的测量误差产生的原因及消除办法

简单地说,测量误差主要是由安装不规范、参数设置不当、维护不到位这三个原因引起的。

1.孔板安装不规范

(1)孔板前后直管段不符合要求:孔板对前后直管段要求比较高。我公司供热蒸汽流量计安装时按照规程要求前10D后5D,管道外径为720mm,安装初期按照前10米,后5米进行安装,后发现孔板说明书要求前直管段为30米,后直管段为5米,虽然满足了规程要求但未满足说明书要求,误差较大。当规程与说明书不一致时应以严格的一方为准进行安装。

(2)孔板片受损或孔板法兰垫片凸出管道内导致测量误差。必须在安装前对孔板片及法兰垫片进行认真检查,确保孔板片完好。

(3)孔板上下游面反装:安装前,确认介质流向及孔板方向,不然将会使测量值偏低。安装孔板时,使孔板上标有“+”的面处在流向的上游侧。

(4)孔板量程设计错误,由于孔板设计时需要提供标准孔板工作温度、工作压力、介质密度、最大流量、最小流量、常用流量,孔板的设计必须严格按照以上参数进行设计,而现场流量及介质也应与设计一致,当实际流量小于最小流量时,会出现蒸汽流量误差偏大且正负误差无法预知情况。而当工作温度、工作压力、介质密度与设计不一致时,也会出现误差较大情况。我公司供热蒸汽流量计初始设计流量为最大流量160吨每小时,常用流量100吨每小时,最小流量50吨每小时,而由于用汽方原因,流量长期小于50吨每小时,致使双方流量计偏差大,误差不可控,无法计量。

2.管路及冷凝器安装不规范

导压管路的主要作用是用来传递孔板产生的差压。

导压管路的敷设长度应在3～50m之间。测量蒸汽流量时,导压管路中正负压侧冷凝液罐的取压端必须等高,不然会产生附加误差。

3.由于北方冬天温度低,因此必须对导压管加装伴热带,并敷设保温。要求正负压侧导压管共同均匀加装伴热带,不然会由于正负压侧受热不均匀产生附加误差。保温必须敷设均匀,并且无未敷设到位地方,防止管路解冻,造成测量异常。冷凝器上部不得进行保温。

4.差压变送器安装不规范。差压变送器应安装在保温箱或保护箱内,并靠近取源部件的位置,利于维修及调试,导管引入处应密封,排污阀应装在箱外,并设排污槽及排污总管。

5.孔板损坏或结垢。孔板长期使用或安装过程造成损坏,内部结垢,都会造成测量不准。利用设备停运机会对孔板进行检查,进行清洗,严重时进行更换。

6.排污阀或取样一、二次阀门泄漏。由于拆卸变送器或进行排污,可能会造成阀门泄漏,正压侧阀门泄漏可能造成测量数值偏小;反之负压侧阀门泄漏会造成测量数值偏大。必须定期进行巡回检查,进行消除存在问题。

7.参数设置不当。显示仪表的温度及压力补偿,工艺条件相关参数及变送器量程未按照孔板计算书设置,都会造成流量显示不准。

8.变送器显示不准。变送器在长期使用后,可能会出现零位漂移、精度降低情况。根据JJG882-2004

压力变送器要求压力变送器的检定周期应不超过1年。必须按要求对变送器检验,对不满足精度要求的变送器进行更换。

通过以上分析,孔板流量计的测量误差产生原因主要为安装初期未按照规程要求进行安装,参数设置不当及后期维护不当。消除测量误差,需要分类进行分析,才能保证孔板流量计测量准确。