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负压法气体流量计标准装置的优劣

时间:2018/04/03来源:未知

摘 要:随着我国近年来能源结构的调整,天然气在能源结构中占有比例越来越高、地位越显重要,使用的各种气体流量计数量急剧增加,为了解决气体流量计量仪表的检定问题,很多地方和企业建立了许多气体流量标准装置,除极个别装置外大多数采用了负压法临界流音速喷嘴装置。该类装置具有结构简单,投资费用低,性能稳定,工作效率高等优点。但也存在某些不足,主要表现在对带有温度、压力补偿的气体流量计,对带有系数分段补偿的速度式流量计,对科里奥利质量流量计和超声波流量计的检定存在不便的问题。

  负压法气体流量标准装置,特别是负压法临界流音速喷嘴装置近年来在国内得到极大的发展。由于此类装置以前建立较少,人们对他的优劣性认识也较少,随着近几年的发展和使用,人们逐渐对此类装置也有了新的认识。于 2005 年建立了一套 5 000 m3 的负压法临界流音速喷嘴气体流量标准装置,自建成投用以来,面向企业开展气体流量计检定业务,提升了计量检定能力和能源计量管理的水平,降低了能源消耗,在计量管理方面起到了很大的作用。但在气体流量计检定技术方面也暴露出了一些问题和不足。
负压法气体流量计标准装置的优劣
1、负压法气体标准装置的优点:
1.1、结构简单,投资费用省:

  负压法气体流量标准装置由于不需要大量的储罐储存压缩空气,结构相对简单,整套装置处于常压或负压状态,对装置设备的压力等级要求低,不需要修建大量的压力容器做储罐,整套装置的投资额仅相当于正压法气体流量装置的一半,很低的投资费用就可以解决大多数气体流量计的检定问题。
1.2、可以连续操作,工作效率高:
  由于负压法装置不需要储气过程,仅依靠真空泵连续抽负压即可工作,不象正压法装置那样一般只能间断性的工作,因此负压法装置的效率是***高的,能在短时间内完成大量的检定校准工作。
1.3、准确度高、检定周期长:
  由于现在检测技术的发展,负压法气体标准装置准确度可以高达 0.25 %,一般使用临界流音速喷嘴作为装置的标准器,由于没有可动件,性能稳定,检定周期可以长达五年,运行成本低,维护费用省。

2、负压法气体流量标准装置存在的不足:
  对任何事物的认识是需要过程的,尤其是近年来新型流量仪表,新型检测技术的快速发展,对流量标准装置提出了新的要求,检定这些新型仪表负压法气体流量标准装置则存在一些局限。主要表现在以下几个方面。
2.1、检定带有温度、压力补偿的气体流量计时存在的问题:
  对集温度、压力、流量传感器和流量计算机于一体,直接计量气体的标准体积流量的流量计,在该类装置上进行检定时,如果直接用标准体积输出进行检定,一般来说会有较大误差,这主要是由于在检定状态下,压力远远低于现场使用压力,此时误差主要是由压力误差引起的,根据气态方程,压力示值误差为 1 k Pa时,会产生约为 1 %流量误差,而生产厂家一般把压力传感器误差控制在±5 %FS,这样,压力测量误差就与压力传感器的量程范围有很大关系,假设当压力量 程范围为 0.5 MPa 时,压力示值误差被控制在±2.5 k Pa,此时由于压力测量值很低,由压力误差引起补偿后流量误差远大于 2.5 %,远远高于仪表的技术指标。
  而且,此类流量计在负压法气体流量标准装置进行检定时,一般只对流量计的体积测量部分即仪表系数检定,而作为仪表整体的部分,对温度和压力传感器无法检定,对仪表的换算过程也无法检定。客观的说,
在此类装置上检定的该类流量计,仅仅是对工况流量系数一个功能进行了检定,而对温度、压力没有进行检定,这样的仪表使用在现场会有什么样的结果,还存在很大的不可预见性,也许会由于温度、压力传感器的误差带来较大误差。

2.2、检定带有分段补偿的速度式流量计存在的问题:
  随着近年仪表技术的发展,很多智能速度式流量计为了测量更准确,采用了分段补偿技术,不同的频率段对应不同的仪表系数,而不同的频率与不同的流速相对应,这样做可以提高仪表的测量准确度,此做法在理论上和实际上是可行的。但实际上对这类仪表,在该类型的装置上进行检定却存在很大问题,大家知道速度式流量计的仪表系数是与管道内流体的雷诺数成关系,而一般在修正却按照不同流速进行修正,没有考虑在相同的流速下因不同的压力对导致雷诺数产生较大差异,这种差异可以从下面的计算得出。
  假设以DN100 的管道内在相同流速 u=20 m/s 的情况下,温度为 t0=20 ℃,压力 P 为一个大气压的空气的雷诺数为:Re0.1=udρ0.1μ=20×0.1×1.2051.8×10-6=1.34×105(1)(温度 t0=20 ℃,压力 P0.1=0.1 MPa,密度 ρ0.1=1.205 kg/m3,粘度 μ=1.8×10-6kg/m·s)在流速、温度保持不变,此时空气的粘度 μ 也是不变的,压力 P 为 0.5 MPa 时的雷诺数为:  Re0.5=udρ0.5μ=udρ0.1P0.5μP0.1=20×0.1×1.205×0.51.8×10-6×0.1=6.7×105(2)(温度 t0=20 ℃,压力 P0.5=0.5 MPa,密度 ρ0.1=1.205 kg/m3,粘度 μ=1.8×10-6kg/m·s)。
  可见,在同样的流速下,雷诺数差别与压力的差别成正比,简单的把仪表系数与流速对应起来是有问题的,应该考虑由于压力的不同会引起雷诺数的变化,雷诺数的不同会导致仪表系数的不同。因此建议此类流量计***好在接近工作压力的正压法气体流量标准装置进行检定,避免因检定时的压力与工作时的压力不同带来误差。

2.3、检定科里奥利质量流量计存在的问题:
  科里奥利质量流量计是一种直接测量质量流量的仪表,可以测量各种介质的流体,近年来用此类流量计进行气体计量的场合也越来越多。下面以较为典型的罗斯蒙特企业 CMF300 型科里奥利质量流量计来计算,在负压法流量标准装置,安装在 DN100 的管道上进行检定,假设在极限流速 u=70 m/s,温度 t= 20 ℃,大气压 P=85 k Pa(在负压法流量标准装置在此流速下很难达到这样的压力值,往往比这还要低)条件下,管道内的瞬时质量流量为:
计算公式

  而该仪表测量气体流量时的额定上限流量为13.289 t/h,即使是在***大流速的时候,负压法气体装置的***大流速仅为仪表的 15 %,而计量检定规程(JJG1038-2008《科里奥利质量流量计》检定规程)一般要求对质量流量计在 20 %量程以上进行检定,可见此类装置的***大流量远远低于仪表的准确测量范围,故对此类流量计基本也无法检定。而且,在此流量下,由于科里奥利质量流量计的固有特性,此时仪表的零点稳定度带来的误差也不可小视,还是以上面的计算为例,CMF300 型流量计的零点稳定度为 6.8 kg/h,此时由于零点稳定性带来的附加误差为:
计算公式


  而该类仪表测量气体时的准确度为 0.35 %,可见在负压法气体流量标准装置上检定质量流量计时仪表的零点稳定性将产生主要误差,此时对流量计的性能判断将带来困难。因此,用该类装置检定质量流量计存在较大的问题。

2.4、检定超声波流量计存在的问题:
  近年来由于国内天然气贸易交接计量的增多,很多重要的计量场合使用了多声道超声波流量计,用多声道超声波流量计在天然气计量中作为贸易交接计量手段是发展趋势,而许多超声波流量计,比如国际的 INSTROMET 企业代表的超声波流量计一般要求工作压力在 1 个大气压以上,显然此类流量计在负压法气体流量标准装置无法检定。即使有个别的厂家,比如韩国昌民企业的产品,虽然可以在负压法装置上进行检定,但由于这类流量计一般都使用在非常重要的计量场合,担负着非常重要的作用,按现在的通行做法,要求在进行现场工艺仿真的基础上使用实液检定,一般来说都不认可在空气介质中的检定结果。所以用负压法气体流量标准装置也不能解决天然气计量中使用的超声波流量计的检定问题。

3、结论:
  负压法气体流量标准装置有很多的优点,但也存在一定的局限,表现在对一些新型流量计检定有不足的地方。以上是我对负压法气体流量标准装置的认识,也许是因为个人的理解问题,也许是这类流量标准装置的缺陷。希翼通过本文的阐述,能在这些方面引起注意,在以后建立气体标准装置充分考虑这些问题,避免同样的问题再次出现,扬长避短,发挥装置的***大效能。

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