溫度壓力測口位置的合理選擇
實施流體溫度、壓力補償時,應合理選擇溫度、壓力測口的位置,因為蒸汽以一定流速流過流量測量儀表時,測壓口選在不同的位置得到的測量值是不同的。測溫口也有類似的情況。
從流量計使用現(xiàn)場的實際情況來看,用于溫壓補償?shù)臏y溫口、測壓口位置雖然多種多樣,但大多數(shù)是測壓口在前,測溫口居后。即測壓口開在流量計上游的管道上,測溫口開在流量計下游的管道上。
(1)孔板流量計的測溫測壓口位置
①質(zhì)量流量與各自變量的關系,除了前面所述的式(3. 1)之外,也可用式(3.21)表達。
假定流體為可壓縮性流體,而且在p1、p2差別不大的情況下,流體符合理想氣體定律,這時將式(3.22)代入式(3.21),就可得到式(3.1),因此,式(3.21)和式(3.1)是等價的。
關于流體密度,GB/T 2624-2006在5.4.2條中規(guī)定,它可以直接測得,亦可根據(jù)差壓取壓口處的靜壓、(熱力學)溫度和流體成分構(gòu)成相應的狀態(tài)方程計算出來。5.4.3條中進一步規(guī)定,允許一個取壓口同時連接差壓測量裝置和靜壓測量裝置,但要保證這種雙重連接不會導致差壓測量出現(xiàn)任何差錯。
該標準中的關鍵數(shù)據(jù)如流出系數(shù)C和可膨脹性系數(shù)ε,都是根據(jù)大量實驗數(shù)據(jù)經(jīng)處理得到的,因此在采用這些實驗結(jié)果進行節(jié)流裝置的設計和由此設計的節(jié)流裝置測量流量時,實際上是實驗方法的“逆過程”。
至于將取壓口開在節(jié)流裝置前一定距離的管段上測得的壓力比標準規(guī)定的方法測得的壓力差多少,照理可以按伯努利方程、連續(xù)性方程和熱力學過程方程[4]計算出來,但具體計算時還有一些困難,而如果在現(xiàn)場實測,卻是不困難的。
②測溫問題 流體溫度在一次裝置下游測量。溫度計套管所占空間應盡可能小。如果套管位于下游,其與一次裝置之間的距離應至少為5D。
一般可以假設差壓裝置上游和下游處的流體溫度是相同的。然而,如果流體是非理想氣體,而又需要的精確度,且上游取壓口和一次裝置下游測溫處又存在較大壓力損失,則假設兩點之間是等焓膨脹,必須根據(jù)下游溫度(距一次裝置5D~15D處測量)計算上游溫度。計算時,應根據(jù)一次裝置相應地按照GB/T 2624計算壓力損失△ω,然后采用焦耳-湯姆遜系數(shù)μJT計算上游取壓口到下游測溫處的相應的溫度下降△T:
△T=μJT△ω
焦耳-湯姆遜系數(shù)(Joule Thomson Coefficent)又稱等焓溫度-壓力系數(shù)(isenthalpictemperature-pressure coefficent),等焓下相對于壓力的溫度變化速率:
(2)渦街流量計測溫測壓口位置 渦街流量計是利用流體流過旋渦發(fā)生體時產(chǎn)生的穩(wěn)定旋渦,通過測量其旋渦產(chǎn)生頻率,得到體積流量。
實驗指出,流過旋渦發(fā)生體的流體不論是液體、氣體還是蒸氣,只要雷諾數(shù)ReD在2×104~7×106范圍內(nèi),就能得到穩(wěn)定的流量系數(shù)。
實驗同時指出,旋渦產(chǎn)生的頻率反映了旋渦發(fā)生體處的流體平均流速,此流速與流通截面積的乘積即為體積流量。要將蒸汽的這種體積流量換算成質(zhì)量流量,的是側(cè)量出旋渦發(fā)生體處的流體靜壓力。此處靜壓力由于流體流速較高,比渦街流量計上游管道內(nèi)的流體壓力低一些。若在此處準確地測量靜壓力,由于多種原因有一定困難,但在流量計下游一定距離的管道上,測量到能與發(fā)生體后面?zhèn)鞲衅魈幍撵o壓相等或接近的靜壓,則是一個可行的方法。橫河公司要求,這個合適的距離為3.5~7.5倍管道內(nèi)徑。E+H公司要求,這個合適的距離為從流量傳感器下游法蘭算起3.5倍管道內(nèi)徑。
若用上游壓力代替下游壓力會引入誤差,其估算方法如下例所述。
例如有一臺DY型旋渦流量計,用來測量過熱蒸汽流量,從流量二次表可讀出
上游流體壓力 p1=0.9MPa(表面值)
流體溫度 tf=250℃
瞬時流量顯示值 qm=3.0t/h
從溫度、壓力數(shù)據(jù)查表得到流體密度為ρ1=4.3060kg/m3(當?shù)卮髿鈮阂?.101325MPa計),進一步計算得到此時體積流量為696.7m3/h,從橫河公司說明書中數(shù)據(jù)可計算得到管道中流體流速約為48.8m/s,按說明書中提供儀表的壓力損失公式計算可得
Δp=1.1ρv2 =0.0113MPa
令流量計上游管道內(nèi)的壓力與儀表下游3.5D~7.5D處的壓力相差即為儀表的壓力損失,則下游壓力為p1-△p,據(jù)此查得下游流體密度ρ2 =4.2554kg/m3,根據(jù)質(zhì)量流量與流體密度的關系,可計算由于壓力測點位置選擇不當引入的誤差為
從上面的分析可清楚地看出,流速越高,由此引人的誤差越大。
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