气体流量计生产厂家

24小时在线服务
当前位置:2019亚洲杯下注 > 选型手册 >

蒸汽流量计计算数学模型建立方法测量与流量计选型

时间:2018/03/18来源:未知

 摘要:针对蒸汽的流量计量, 对其温度、压力补偿的方法进行了分析。 通过计算机程序, 实现了带温压补偿的各种流量检测系统的蒸汽流量实时分析和计算 , 进一步消除了系统误差 。 把计算后的流量数据引入蒸汽系统严格在线智能监测优化模型 ,提高了蒸汽运行效率 , 节省了大量的成本 , 提高了计量水平 。

1、引言:
  蒸汽是炼油化工生产过程中的主要能源之一 。中国石油天然气股份有限企业兰州石化分企业随生产规模不断扩大 , 蒸汽用量增多, 管网系统也愈来愈复杂 ;要想提高蒸汽使用效率 ,降低成本 ,关键要有详尽的生产信息和科学的分析手段 。在实时采集全厂蒸汽系统的生产信息的基础上 ,采用科学的智能方法 , 对这些信息加以分析 、优化、配置 、管理 。
  蒸汽系 统严 格在 线智 能监 测优 化 (简称S RO M )是以实时数据采集系统为基础 , 包含了模拟计算系统和智能实时监测优化等子系统(如图 1所示),集成了化学工程 、热能工程、计算机和信息工程 、计算数学 、管理工程等学科, 是 1 套先进的蒸汽系统模拟、分析、监测和优化操作系统 。
图 1  S ROM 模型

图 1  S ROM 模型
  在该系统中 ,准确地计算蒸汽管网的瞬时流量(体积流量和质量流量)及累计流量是模拟计算的关键 , 该系统的计算模型中 , 由于采用了和新版LG 94 01Win App《流量测量节流装置设计计算及管理App》(该App通过由技术监督局主持的认证,是首次通过认证的有关流量测量节流装置设计计算及管理的标准化App)一致的计算方法 ,使得计算结果能完全满足该企业计量部门的要求 , 并使得 SROM 模型建立有了可靠的依据 。
  笔者针对该企业蒸汽管网系统中流量的计算所采用的方法做一阐述 。
  由于蒸汽测量装置的设计过程中 ,提供的设计温度 、压力与实际运行的工作温度 、压力有一定的差异 ,或者由于工艺造成流体温度 、压力波动较大 ,致使测出的流量不能真实反映其工作状态下的实际流量。所以对测量结果 , 必须进行有效地补偿 。其补偿主要是通过对蒸汽温度压力的采集对其密度和黏度进行补偿 。利用补偿后的数据,不同的节流元件可以利用不同的公式计算出蒸汽的质量流量(瞬时和累计流量)。然后把此数据作为优化模拟计算的基础数据 。

2、蒸汽主要热力学物性的计算方法:
2 .1、蒸汽的密度计算:

  蒸汽密度计算公式主要分为:过热蒸汽和饱和蒸汽密度计算公式。
  国际公式化委员会(IFC)制定的蒸汽热力学性质[ 1],被广泛应用于工程设计 、科学研究等领域 ,其可靠性得到了 公认。 蒸汽的 密度计算采 用IFC1967 公式的一部分(第 2 区 , 包括饱和蒸汽和过热蒸汽, 压力 p =0 ~ 16 .55 M Pa), 它是工业上***常用的区域 。
计算公式

x =ex p[ 0.763 333 3333(1 -Tr)] ;以上所有常数采用 1967IFC 公式常数。利用 1967IFC 公 式 计 算, 在 压 力 为 0 ~16 .65 M P a范围内 , 计算的过热蒸汽及饱和蒸汽密度值完全符合国际标准。应用此公式, 不需要判断是饱和状态或过热状态就可以准确测量 。只要测温或测压 ,就可准确计算饱和蒸汽密度 。在该系统中首先用 1967IFC 公式来计算出蒸汽密度,然后用已经输入到数据库中的部分蒸汽密度表(温度步长 10 ℃, 压力为 0 .2 M Pa)对计算结果进行样条插值计算 ,使得计算出来的任意一个密度和标准蒸汽的密度表之间的偏差小于 0 .2 %。
2 .2、蒸汽的黏度计算:
  在一定的压力下 ,蒸汽的黏度对流量的计算结果也有影响,为了使计算更为准确 ,在计算过程中 ,综合使用 AIch E(美国化学工程师协会)公式和气体黏度与压力关系式 。

3、不同测量元件流量计算方法:
  在兰州石化企业蒸汽测量系统中 ,主要使用了4 种类型的测量元件 :标准孔板 , 涡街 , 阿牛巴和威力巴。每一种测量元件都有不同的流量计算公式。

3 .1、标准孔板:
  对于标准孔板的流量计[ 2],采用以下计算公式进行计算 :
  qm =cε1 -β4×π4d2× 2ρΔp式中  qm ———质量流量 ,kg/ s ;c ——— 流出系数 ;d ———节流件开孔直径 ;ε———膨胀性系数 ;ρ———被测流体密度 ,kg/m3;β ———节流件孔径与直管段内径之比, β =d/ D ;Δp ———差压 ,Pa 。
  在上述公式中 ,d , D 是已知量 , Δp 是实测量 ,c ,ε是统计量 。蒸汽密度 ρ可以利用 IF C1967 公式进行温度压力补偿计算 。流出系数采用德 哈利斯/加拉赫(Reader-Harris/Gallagher)公式。这是目前计算孔板流量计流出系数**新公式。此公式具有以下特点 :具有严格的物理基础, 斜率项的物理意义更明确 ;符合程度很好 , 数据的标准偏差比其他公式小;此公式与现行 API 公式仅在常数幂上略有差别, 新的 API 公式亦已修订 。采用此公式可保证与标准公式一致。
计算公式
L2 ——— 孔板上游端面到上游取压口的距离除以管道直径得出的商 ,L2 =l1/D ;L′2 ——— 孔板下游端面到下游取压口的距离除以管道直径得出的商, L′2 =l′2/D ;L2 ——— 孔板上游端面到下游取压口的距离除以管道直径得出的商 ,L2 =l2/D ;对于角接取压:L1 =L′2 =0 ;对于 D ~ D/2 取压 :L1 =1 , L2 =0 .47 ;对于法兰取压:L1 =L′2 =25 .4/D 。孔板膨胀系数采用以下公式计算:ε=1 -(0 .351 +0 .256β4+0 .93β8)×1 -(p2 / p1 )1/ k式中  k ———等熵指数;p1 ——— 截流件上游侧液体静压力 , P a ;p2 ——— 截流件下游侧液体静压力 , Pa , 适用范围:p2/p1 ≥0 .75 。对于孔板流量计算, 则采用多次迭代法 ,直到使两次迭代误差小于 0 .2 %。

3 .2、涡街流量计
  测量蒸汽质量流量时 ,输出的脉冲信号不受流体组分变化的影响, 输出的脉冲频率反映了实际工况的蒸汽密度, 即仪表系数在一定雷诺数范围内仅与漩涡发生体及管道的尺寸有关, 但是作为流量计在物料平衡及能源计量中需检测质量流量,这时流量的输出信号应同时检测体积流量和流体密度,流体组分对流量计还是存在直接影响的, 即在运算同时考虑了温压补偿影响。
  利用涡街流量计测量蒸汽质量流量 ,通过温压补偿计算(1967IFC 公式),计算出蒸汽的密度和黏度,然后通过涡街流量计输出频率及涡街流量系数,计算出质量流量 。其流量公式为:
  q V =πD24Srmd fqm =ρqv式中  q V ———体积流量,m3/h ;S r ——— 斯特劳哈尔系数 ;m ———漩涡发生体两侧弓形面积与管道横截面面积之比;d ———漩涡发生体硬面宽度 , m ;D ———表体通经 , m ;f ——— 漩涡的发生频率 , H z 。

3 .3、阿牛巴和威力巴流量计:
  阿牛巴、威力巴等测量组件和仪表均基于流体力学的伯努利方程和流动连续性方程等原理 。蒸汽通过这些组件时 ,流量 、流速会变化 ,可测出前后产生的压差, 然后根据各自的物理结构特点, 采用相应的计算公式和系数, 得到设计的质量流量数值;通过温压补偿 ,即计算出实际工况下的蒸汽的密度和黏度, 采用迭代方法计算出蒸汽的实际质量流量 。利用计算机的强大计算功能, 通过多次迭代, 能使计算结果更为准确。

4、累积量计算方法:
4 .1、差压信号:

  采用先滤波后积分的分时累积法 :每 1 s 采集一个瞬时值,首先对这些数据进行滤波,滤波采用加权平均法 。然后利用积分计算 1 min 的累积量, 若需要计算某一特殊时段的流量,则用 3 次样条插值和积分方法求定。每小时的量则为将各分钟的量累加之和。以此类推,计算每天、每月和每年的量。

4 .2、脉冲信号:
  涡街流量计算出的信号与瞬时流量成正比,通过对脉冲数的统计,可以直接求出各个时段的累计量。

5、结束语:
  通过对标准孔板 ,涡街, 阿牛巴和威力巴 4 种流量计的实时补偿计算 ,并把此计算后的数据导入到 SROM 系统中 ,使得针对蒸汽管网的优化计算工作得以充分实现 ,不但有效地引导了该企业蒸汽系统的优化操作,而且使计量部门对蒸汽的核算有了更加强有力的依据。目前 ,本系统已经逐步代替了原有的蒸汽计量二次仪表 ,为类似应用提供了一个范例。

常见问题
资料查询
价格咨询
江苏华云仪表有限企业
销售电话:0517-86996066
企业传真:0517-86883033
手 机:18915186518
E-mail:[email protected]
企业地址:江苏省淮安市金湖县工业园同泰大道99号
XML 地图 | Sitemap 地图