一種蒸汽流量計在線比對方法
發(fā)布時間：2023-09-15 01:19:52來源：hseauto.cn來源：..
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目前流量計在線比對多采用便攜式超聲波流量計現(xiàn)場比對，可測量生產(chǎn)水、生活水、污水、氣體等介質(zhì)，但這一方法不適用測量蒸汽這種高溫高壓介質(zhì)的流量計。
蒸汽作為重要的能源介質(zhì)，企業(yè)很難單獨為流量計檢定而停車，實際情況多為大修期才有可能完成此項工作，受檢修期限和檢定時效的束縛，即使大修期有時也無法完成蒸汽計量儀表檢定工作，導(dǎo)致蒸汽流量計的送檢率一直較低。因此，急需一種蒸汽流量計在線比對方法，在不需要蒸汽管道停運放空的條件下，完成蒸汽流量計的現(xiàn)場在線比對。
1 現(xiàn)有流量計在線比對方法介紹
現(xiàn)有液體流量計的校準(zhǔn)方法主要有容積法、質(zhì)量法、標(biāo)準(zhǔn)體積管法和標(biāo)準(zhǔn)流量計比較法。氣體流量計的校準(zhǔn)方法主要有音速噴嘴法、伺服式標(biāo)準(zhǔn)流量計比較法和鐘罩法。
實際工作中，多為用經(jīng)過檢定合格的便攜式超聲波流量計（標(biāo)準(zhǔn)表）與現(xiàn)場流量計進(jìn)行串聯(lián)，記錄標(biāo)準(zhǔn)表和現(xiàn)場流量計的瞬時流量、累計流量，從而進(jìn)行在線比對校準(zhǔn)，具體見圖1。常見介質(zhì)為生產(chǎn)水、生活水、循環(huán)水、污水、壓縮空氣等。
2 蒸汽流量計比對問題提出
某新材料科技園蒸汽按質(zhì)量進(jìn)行貿(mào)易核算，計量器具常見配備方式為體積流量測量、壓力測量、溫度測量和流量累積。計量器具檢定工作只有在蒸汽管道停運狀態(tài)，才可能完成流量計送檢。管道停運、冷卻、拆除流量計、送檢、檢定、回裝需要3～10 個工作日（檢定時間不可控）。在實際工作中，計量器具送檢工作周期和生產(chǎn)裝置大修期經(jīng)常無法合理銜接。計量器具配備情況如下。
2.1 利用渦街流量計測量體積流量（口徑低于DN300）
渦街流量計測量體積流量，壓變和鉑電阻測量介質(zhì)壓力和溫度，流量、壓力和溫度信號接入流量積算儀，流量積算儀進(jìn)行溫壓補(bǔ)償轉(zhuǎn)換為質(zhì)量流量。
2.2 利用差壓流量計測量體積流量（口徑大于DN300）
差壓流量計測量體積流量，壓變和鉑電阻測量介質(zhì)壓力和溫度，流量、壓力和溫度信號接入流量積算儀，流量積算儀進(jìn)行溫壓補(bǔ)償轉(zhuǎn)換為質(zhì)量流量。常用差壓流量計有阿牛巴、德爾塔巴、槽道式等。阿牛巴流量計也可配多參量變送器，無須配備溫壓測點和積算儀。
檢定工作問題匯總?cè)绫? 所示。
3 在線比對建議性方法
因為蒸汽介質(zhì)具有高溫高壓的特點，利用便攜式超聲波流量計進(jìn)行現(xiàn)場比對目前沒有辦法實施，但對于蒸汽介質(zhì)這種特殊介質(zhì)，計量器具的在線比對既可以完成計量器具的校準(zhǔn)工作，又不影響企業(yè)裝置的正常生產(chǎn)運行，某種程度上也避免了能源損耗（蒸汽管道需要放空）。
建議利用一種多參量插入式流量計，對現(xiàn)場蒸汽儀表進(jìn)行在線比對，該流量計可在線插拔，自帶溫壓檢測元件，實時顯示瞬時流量、壓力、溫度和累積量。比對示意圖見圖2。
此方法不僅可對體積流量和累積量進(jìn)行在線比對，壓力、溫度和質(zhì)量流量也可以進(jìn)行在線對比。
3.1 實現(xiàn)在線比對的條件
具體條件如下：（1）具有高性能、高精度、方便現(xiàn)場拆裝的標(biāo)準(zhǔn)表；（2）具備不停氣密封插拔技術(shù)；（3）具備不停氣安裝和開孔技術(shù)。
3.2 多參量插入式流量計
某多參量插入式流量計是20 世紀(jì)90 年代末研發(fā)的一款產(chǎn)品，它改變了流量測量的方式，是工業(yè)領(lǐng)域的第一臺多變量渦街質(zhì)量流量計，是精確測量氣體、蒸汽與大多數(shù)液體的一個高性能、高經(jīng)濟(jì)效益的解決方案。該流量計可提供5 種過程變量輸出的渦街流量計：質(zhì)量流量、體積流量、溫度、壓力、流體密度，不僅降低了初始成本、安裝成本、儀表使用周期內(nèi)的其他成本花費，多變量質(zhì)量流量監(jiān)測方法還簡化了過程側(cè)流體的測量，如圖3 傳感器構(gòu)造圖所示，通過一個安裝孔就可以測量流體的流速、溫度、壓力和密度。設(shè)備智能模塊擴(kuò)大了測量范圍：雷諾數(shù)可低至5 000，量程比為30∶1，體積流量測量精度可達(dá)±1%，溫度范圍為-200～454 ℃，測量壓力達(dá)到345 barg。該產(chǎn)品有中華人民共和國計量器具型式批準(zhǔn)證書（CPA），支持第三方計量院所（機(jī)構(gòu)）送檢，內(nèi)置AGA-8 天然氣測量、支持HART、Modbus和BACnet的數(shù)字通信協(xié)議、FMC和ATEX認(rèn)證，是理想的蒸汽測量產(chǎn)品。
3.2.1 傳感器構(gòu)造
插入式多參數(shù)渦街質(zhì)量流量計原理主要是采用獨特的傳感器，如圖3 所示，通過直接測量3 個參數(shù)：流速、溫度和壓力，監(jiān)測質(zhì)量、流量。內(nèi)置流量模塊根據(jù)前述3 個直接測量值計算質(zhì)量流量和體積流量。流速、溫度和壓力傳感器位于渦街流量計的本體內(nèi)。流量計流路中配有一個非流線形體（脫落桿），通過測量由脫落桿產(chǎn)生的渦街頻率來測量流速；溫度由鉑電阻檢溫器（PRTD）測量；壓力由固態(tài)壓力傳感器測量。上述3 個元件構(gòu)成一個完整的傳感頭組件，安裝于流量計流體中的脫落桿下游。
3.2.2 流速測量
流速測量根據(jù)著名的馮卡曼渦街脫落現(xiàn)象實現(xiàn)。渦街從脫落桿脫落，位于脫落桿下游的渦街速度傳感器探測渦街通過。該流速測量方法具有多種優(yōu)點，包括固有線性、高量程比、可靠和簡單操作。
馮卡曼渦街在脫落桿下游產(chǎn)生，并形成截然不同的兩部分，一部分沿順時針旋轉(zhuǎn)，另一部分則沿逆時針旋轉(zhuǎn)，且一次只產(chǎn)生一個渦街，在脫落桿左側(cè)和右側(cè)交替出現(xiàn)。渦街通過控制旁邊其他即將形成的漩渦與其周圍區(qū)域相互配合。在脫落桿附近，渦街之間的距離（或波長）通常為常數(shù)，可測量。因此，每個渦街包圍的體積保持恒定，利用流速傳感器探測通過的渦街?jǐn)?shù)量，即可計算總體積流量。
流速傳感器配有一個檢測渦街頻率的壓電元件。該元件測量渦街脫落桿下游的馮卡曼渦街產(chǎn)生的交互提升力。該壓電元件產(chǎn)生的交互電荷經(jīng)變送器的電子電路處理，即可測得渦街脫落頻率。該壓電元件敏感度極高，適用于大量程的流量、壓力和溫度。
線性范圍常用雷諾數(shù)表示。雷諾數(shù)是指流體中慣性力和粘性力的比率，其定義如下。
Re=ρVD/μ （1）
式（1）中：ρ 為所測流體的質(zhì)量密度；V 為所測流體的流速；D 為液流通道的內(nèi)徑；μ 為所測流體的粘性。
斯德魯哈爾數(shù)是另一個量化渦街現(xiàn)象的無量綱，其定義如下。
St=fd/V （2）
式（2）中：S t 為斯德魯哈爾數(shù)；f 為渦街分離頻率；d為脫落桿寬度；V 為流速。
校正示意圖如圖5所示，渦街流量計顯示大范圍雷諾數(shù)中一個恒定的斯德魯哈爾數(shù)[5]，且表示大范圍流量和流體類型中一個統(tǒng)一的線性輸出。在該線性范圍以下，該流量計的智能模塊根據(jù)雷諾數(shù)自動校正斯德魯哈爾數(shù)的偏差。智能模塊通過測量過程流體溫度和壓力，同時校正其非線性因素。隨后，該數(shù)據(jù)用于計算實時雷諾數(shù)。該流量計自動校正的雷諾數(shù)可低于5 000，而普通渦街流量計雷諾數(shù)低于20 000就無法保證精度[6]。
3.2.3 溫度測量
該流量計利用1 000 Ω的鉑電阻檢溫器（PRTD）測量流體溫度。
3.2.4 壓力測量
該流量計配有一個用316 不銹鋼隔膜隔開的固態(tài)壓力傳感器。該傳感器為微硅傳感器，根據(jù)集成電路處理技術(shù)制成，每個傳感器都經(jīng)過9 個點的壓力/溫度校準(zhǔn)。數(shù)字補(bǔ)償使該傳感器在-40～140 ℉（-40～60 ℃）環(huán)境溫度內(nèi)，在0.3% 滿量程精度下運行。壓力傳感器的隔熱性能確保在-330～750 ℉（-200～400 ℃）的容許過程流體溫度范圍內(nèi)獲得上述同等精度。
3.2.5 插入式流量計的安裝
插入式流量計安裝直管段要求與普通渦街流量計相似。為了實現(xiàn)在線插拔，流量計需要選擇配置一個隔離閥。
插入式流量計安裝步驟。
（1）確定安裝位置滿足上、下游管道的最小直徑要求。
（2）在管道上焊接1 個DN50 的適配器，保證適配器與管道中心線夾角在±5°范圍內(nèi)（流量計精度允許范圍）。管道開口的直徑不得小于48 mm。
（3）在適配器上連接1 個DN50 的工藝連接件。
（4）在工藝連接件上連接1 個隔離閥，該閥門的全開孔徑不得小于48 mm。
（5）對焊接部位進(jìn)行靜壓測試，如發(fā)現(xiàn)壓力損失或滲漏，排除接頭故障，并再次測試。
（6）將熱攻絲設(shè)備連接到隔離閥上，打開隔離閥，并開1 個直徑不小于48 mm 的孔。
（7）縮回鉆孔機(jī)，關(guān)閉隔離閥，并移除熱攻絲設(shè)備。
（8）將流量計連接至隔離閥，并打開隔離閥。
（9）計算傳感器探頭的插入深度，將傳感器探頭插入管道中。
流量計連接件、隔離閥和配件的壓力等級不得低于主管路的壓力等級。且熱攻絲必須由經(jīng)過培訓(xùn)的專業(yè)人員完成。上述步驟是在線安裝情況下，如果蒸汽停運，可以在管道上直接切割開孔安裝。
傳感器必須適當(dāng)安裝在管道內(nèi)，因此，需符合所計算的插入深度。如傳感器探頭插入管道內(nèi)的深度有誤，則將導(dǎo)致讀數(shù)不準(zhǔn)確。插入式流量計適用于不小于DN50 的管道。對于尺寸不大于DN250 的管道，安裝時傳感器的中心線與管道中心線重合。對于尺寸大于DN250 的管道，傳感器的中心線位于離管道內(nèi)壁125 mm 的管道橫截面上。
以上在線比對方法理論上可以實現(xiàn)蒸汽計量器具的在線比對，但目前多參量插入式渦街流量計的質(zhì)量流量精度和普通渦街流量計差不多，精度還不夠高；另外需要在現(xiàn)場流量計上游預(yù)留插入口、閥門、盲板/管帽等管件；比對實施工作中，工作人員應(yīng)該做好防燙防護(hù)措施。
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