流量積算儀在流量計(jì)量中的作用和現(xiàn)狀

流量積算儀是流量二次儀表，對流量控制與監(jiān)測起到了很大的作用，也是用能單位不可缺少的重要設(shè)備。這些流量積算儀有比較強(qiáng)的功能，能與差壓式流量計(jì)( 如孔板流量計(jì)) 或速度式流量計(jì)( 如渦街流量計(jì)) 配合顯示瞬時(shí)流量和累積流量，同時(shí)還可以顯示工況的壓力、溫度和密度，有些還具有通訊功能。流量積算儀有一個發(fā)展過程，它的前身是電動單元組合儀表的開方積算器，輸入信號來自差壓變送器，以后又增加了密度補(bǔ)償( 壓力、溫度補(bǔ)償) ，在輸入信號方面又增加了脈沖頻率的，是工業(yè)過程測量和控制系統(tǒng)中的流量測量和控制儀表，可以對運(yùn)行在設(shè)計(jì)工況附近的蒸汽進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)量，目前又被大量使用在能源的計(jì)量領(lǐng)域。近些年來由于產(chǎn)業(yè)調(diào)整，蒸汽的用量變化較大，按常規(guī)及時(shí)更換孔板、管道，但仍不能達(dá)到準(zhǔn)確計(jì)量。這是因?yàn)椴豢赡茏龅骄庥脷?，往往高峰和低谷的用氣量相差較大，偏離設(shè)計(jì)流量的狀況越嚴(yán)重誤差就越大。經(jīng)分析，目前常用的過程測控用流量積算儀不宜用于流量經(jīng)常變化的能源計(jì)量中。因?yàn)樗c孔板流量測量的數(shù)學(xué)模型之間有差異導(dǎo)致誤差。用于工業(yè)過程測量和控制系統(tǒng)中的流量積算儀與孔板流量計(jì)配合使用時(shí)，當(dāng)孔板前后的壓差信號用的是4 ～ 20mA 輸出的差壓變送器時(shí)。

( JJG 640—1994 《差壓式流量計(jì)》檢定規(guī)程給出的孔板流量計(jì)的質(zhì)量流量計(jì)算公式) 的工程化形式。兩者具有一定誤差，狀態(tài)補(bǔ)償函數(shù)k 的合理給出將大大縮小數(shù)學(xué)模型之間的誤差。目前，在用的流量積算儀幾乎只進(jìn)行密度的補(bǔ)償，均取k = 1，未對可膨脹系數(shù)和雷諾數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償。這就是造成偏離設(shè)計(jì)流量越嚴(yán)重誤差就越大的主要原因。以一某發(fā)電廠對其鄰廠提供過熱蒸汽為例分析誤差產(chǎn)生的原因和程度。用孔板節(jié)流件配差壓變送器、壓力變送器、鉑電阻和流量積算儀進(jìn)行流量計(jì)量。

按設(shè)計(jì)慣例，首先應(yīng)根據(jù)以上設(shè)計(jì)參數(shù)按JJG640—1994 規(guī)程計(jì)算常用差壓與開孔直徑。程序?yàn)?按常用流量、非常大流量和非常大差壓計(jì)算常用差壓，再用常用差壓和常用流量確定孔板的開孔直徑。然后用迭代方式按數(shù)學(xué)模型驗(yàn)算常用流量的符合性。在非常后認(rèn)定孔板的開孔直徑后發(fā)現(xiàn)孔板流量計(jì)在各流量點(diǎn)的理論流量值與流量積算儀工程化的計(jì)算值只有在常用流量點(diǎn)附近誤差非常小。表2 為設(shè)計(jì)工況( 溫度270℃、表壓力0. 6MPa、密度2. 85860kg /m3 ) 時(shí)兩種流量數(shù)學(xué)模型的比較結(jié)果。

從這些數(shù)據(jù)可以觀察到: 差壓信號為20kPa ( 常用差壓附近) 時(shí)兩種數(shù)學(xué)模型理論值誤差在± 0. 2%之內(nèi); 差壓信號小于20kPa 時(shí)，流量積算儀的流量計(jì)算值偏低，越小誤差越大; 差壓信號大于20kPa 時(shí)，流量積算儀的流量計(jì)算值偏高。同樣，偏離越遠(yuǎn)偏差越大，考慮工況的偏離，僅數(shù)學(xué)模型的不同誤差非常大可達(dá)1. 5%。

產(chǎn)生偏差的原因在于流量積算儀工程化的流量公式中qmax只是設(shè)計(jì)工況和常用流量的產(chǎn)物，沒有隨工況和流量的變化而變化。因此，在流量不能運(yùn)行在設(shè)計(jì)的常用流量附近時(shí)k 不能為1，應(yīng)介入一個補(bǔ)償函數(shù)以減小它們的誤差。流量積算儀在數(shù)學(xué)模型中增加補(bǔ)償函數(shù)kε的功能設(shè)置后，計(jì)量性能大為改善。