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工业水蒸汽流量计量中的密度补偿

时间:2018/03/19来源:未知

摘要:对蒸汽流量测量中的密度补偿方法进行了研究,给出了利用水和蒸汽热力学公式IF67计算蒸汽密度的方法,编制了利用查表法、莫里尔状态方程法及IF67公式进行密度计算的程序,并对这三种方法的计算结果进行了对比分析和研究。

  随着世界能源形势的恶化及现代管理体制下成本意识的不断增强,生产企业对能源计量的准确性提出了更高的要求.蒸汽作为能源的重要组成部分,如何准确测量并合理使用蒸汽能源,对于企业降低生产成本、提高竞争力具有重要意义。

1、水蒸汽流量测量原理:
  关于蒸汽流量的准确测量,多年来一直是人们所追求的目标,在整个一套测量系统中,人们往往只重视差压信号的准确与否,并肯花大力气尽量使用高精度的差压变送器,而忽略了密度在测量中的重要地位.其实这个问题只要看一看节流装置流量方程就非常清楚,流量方程为:
流量方程
式中:
  Qm为质量流量;C为流出系数; 为可膨胀系数;󰀁为直径比d/D;d为工作条件下节流件孔径;!p为差压;∀为流体工况下密度.在连续计量中,一般蒸汽流量均处于设计流量范围内,这时,流出系统、可膨胀系数、直径比、节流件内径的变化可忽略不计,因此公式可简化为:
公式简化
式中:
  Qm为质量流量;C为流出系数; 为可膨胀系数;󰀁为直径比d/D;d为工作条件下节流件孔径;!p为差压;∀为流体工况下密度.在连续计量中,一般蒸汽流量均处于设计流量范围内,这时,流出系统、可膨胀系数、直径比、节流件内径的变化可忽略不计,因此公式可简化为:
计算公式

  式中Qm为补偿前的流量,Q'm为补偿后的流量,经补偿后,由于工况变化致使密度偏离设计值而对流量测量结果造成的偏差将被消除,因而大大提高了测量的准确度。
 
2、水蒸汽密度的求取方法:
  利用管网输送水蒸汽时,其密度的计算一般有3种较为常用的方法,即查表法、状态方程法和公式拟合法。
2.1、查表法:
  把水蒸汽密度表事先编制好并存于计算机中,根据测量实际工况的温度、压力值从表中查出邻近点密度值并结合插值方法得出相应的密度值.此种方法能够得到较高的计算精度,但是数据量巨大,需要占用大量的存储空间,计算费时,且往往需要配合插值算法进行计算。
2.2、状态方程法:
状态方程法中比较常用的有莫里尔状态方程和乌卡诺维奇状态方程,莫里尔状态方程工式简单,实现较为容易,对于压力不很高的过热蒸汽具有一定的准确度,方程式为:

计算公式
式中v为蒸汽比体积(即密度的倒数),m3/kg;T为蒸汽温度,K;p为蒸汽压力,Mpa。
2.3、公式拟合法公式拟合法:
  中较权威的是国际公式化委员会(IFC)提出的1967年提出的国际通用的水和蒸汽热力状态参数工业化计算公式IF67,该公式具有计算精度较高、涵盖范围广的特点,其用于工业水蒸汽密度计算的部分如下:
计算公式
计算公式

蒸汽计算公式


3、莫里尔状态方程和IF67公式计算结果的比较:
  通过编制程序分别利用莫里尔状态方程和IF67公式对不同温度和压力下的饱和及过热蒸汽密度进行计算,两种方法与查表法密度数据进行对比,各自的密度计算结果与计算误差见表1。
表1󰀁 IF67公式和莫里尔过热蒸汽状态方程测得的v比较


表1 IF67公式和莫里尔过热蒸汽状态方程测得的v比较
   限于篇幅,表中仅给出了蒸汽密度表的部分数据,但大体上体现了文中提到的两种计算方法的特点.IF67公式计算精度很高,覆盖范围广,但计算公式较为复杂,对计算机性能有较高的要求,莫里尔状态方程在一定范围内的精度范围较为可信,公式简单,运行速度快,适用于工业上计量精度要求不是特别高的场合可以使用。

4、结论:
   在流量测量中采用正确的密度补偿数学模型对于提高流量测量精度具有十分重要的意义,利用IF67公式进行密度计算,在压力为0~16.65MPa范围内,计算的过热蒸汽及饱和蒸汽密度值具有很高的精度.但它数据量大,占了大量的内存空间,对系统计算能力有很高的要求.采用莫里尔状态方程进行计算,公式简单,实现方便,不需占用大量的内存空间,便于智能仪表应用,在一定范围内计算精度能够达到计量要求.对于不同的应用场合,应根据实际需要和系统的规模选用不同的计算公式.

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