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CFV气体流量计标准装置有点与传递标准

时间:2018/05/08来源:未知

摘    要:随着气体流量计的广泛应用, 气体流量标准装置的研究和建立受到各国的关注和重视。气体流量标准装置分为原始标准装置和传递标准装置。CFV气体流量标准装装置由于具有诸多优点, 成为传递标准的优先选择。

1 引言

在能源日益紧缺的环境下, 能源计量的准确性也受到了各国的关注, 气体流量计也更加受到各行业的重视。气体流量计的应用越来越广泛, 如贸易结算、能源控制、过程控制、环境保护、医药卫生等领域。计量法中明确规定将气体流量计、蒸汽流量计列入强制检定的范围。正确使用和检定气体流量计, 保证流量量值的准确和统一, 不仅能够保障贸易结算的公平性, 而且对于节约能源, 提高经济效益具有重要作用。

表1 国内外CFV标准法气体流量标准装置技术指标一览表    下载原表

表1 国内外CFV标准法气体流量标准装置技术指标一览表

气体流量标准装置可以分为原始标准装置和传递标准装置, 传递标准装置一般是通过原始标准装置的量值传递。标准表法气体流量标准装置时检定 (校准) 气体流量计的常用装置。目前主要的标准表主要有临界流文丘里喷嘴、涡轮流量计、罗茨流量计等[2]。CFV气体流量标准装置由于具有诸多优点, 成为许多选择传递标准时优先考虑的对象。如美国的NIST的气体流量标准装置、CEESI的气体流量标准装置, Endress+Hauser企业的气体流量标准装置、ELSTER-INSTROMEN集团的气体流量标准装置。

就我国而言, CFV气体流量标准装置主要置于计量科学研究院和原油大流量计量站。国内外CFV标准法气体流量标准装置技术指标见表1。

2 研究内容

2.1 基本原理

临界文丘里喷嘴的基本原理如图1所示:

图1 临界文丘里喷嘴示意图

图1 临界文丘里喷嘴示意图   下载原图

 

临界文丘里喷嘴是个孔径逐渐减小的流道, 孔径***小的部分称为喷嘴的喉部, 在喉部的后面又孔径逐渐扩大的流道, 因此称为临界文丘里喷嘴。根据空气动力学理论可知, 当气体通过音速喷嘴时, 喉部的气体流速将随着节流压力比 (即喉部压力P1与上游滞止压力P0之比) 减小而增大。当节流压力比超过某一临界值后, 气流速度在喉部达到当地音速并保持恒定。此时, 通过被检流量计的气体质量流量必然和通过喷嘴处的气体质量流量相等。喷嘴的这一特性是气体计量量值传递的依据。

ISO9300临界文丘里喷嘴测量气体流量计算公式为本装置的测量模型, 如下式所示:

计算公式

式中:qm—喷嘴流量 (质量流量kg/s) ;

A—喷嘴喉部截面积 (m2) ;

C—流出系数;

C*—实际气体临界流函数;

P0—喷嘴入口处气体滞止压力 (Pa) ;

T0—喷嘴入口处气体滞止温度 (K) ;

R—通用气体常数 (J·kmol-1·K-1) ;

M—摩尔质量 (kg/kmol) 。

2.2 装置技术指标

CFV法气体流量标准装置的技术指标如下:

(1) 装置型式:CFV喷嘴气体流量装置;

(2) 气源压力范围: (0~5) MPa;露点:250K;

(3) 流量范围: (5~8000) m3/h;

(4) 试验管道通径范围:DN25~DN400;

(5) 检表台位:DN50/32/25/15、DN80、DN100、DN150、DN250/200、DN400/350/300六个台位 (DN400被检表连接处不用夹表器, 采用法兰螺栓连接) ;

(6) 临界流喷嘴流出系数准确度:±0.05%;

(7) 装置不确定度:0.1%~0.05%;

(8) 装置稳定度:0.05%;

(9) 装置安顿在密闭恒温室中, 室温波动范围±0.5K;

(10) 试验介质:干燥空气;

(11) 稳压方式:容器稳压和压力调节装置。

图2 CFV系统示意图

图2 CFV系统示意图   下载原图

 

采用变径的方式在DN50台位上检DN32、25、15口径的流量计、在DN250台位上检DN200口径的流量计、在DN400台位上检DN350、300口径的流量计。DN15、25、32、200、300、350配专用的前后变径直管段。DN50、80、100、150、250、400为基准管线, 设夹表器和工作台, 被检表既可用夹表器气动装夹也可用法兰螺栓连接, 前直管配可调专用支架;DN250以上管线不设夹表器和工作台, 采用法兰螺栓连接, 前后直管段配管线架车安装, 可将管线架车推到墙边或DN200和DN300管线间进行换管, 大表装夹可通过吊车配合。DN250以下管线装夹被检表时只更换变径直管和变径套, 操作方便可靠。被检表安装时放在上下位置可调的夹表工作台上, 保证检表时操作方便可靠。每条管线在前后直管段适当位置上留压损取压孔。各检定管线均配备±0.02%绝压变送器和±0.15%的温度变送器。

3 CFV气体流量标准装置分析

本文研究的CFV气体流量标准装置具有以下优点:

(1) 建立高精度的标准容器及附加管道内气体压力测量系统, 并建立相应的数学模型。

(2) 对附加管道质量的进行准确计算和测量, 并且建立测量过程中附加管道内压力变化的数学模型。

(3) 设计高精度热交换装置, 以降低CFV喷嘴的温度敏感性。


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