摘要：分析了差壓式流量計(jì)在煤氣計(jì)量中在符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定狀態(tài)下計(jì)量時(shí)的相對(duì)誤差及計(jì)算公式，以及在不符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下計(jì)量時(shí)產(chǎn)生誤差的原因。
1前言
差壓式流量計(jì)使用歷史悠久，由于它具有原理簡(jiǎn)明，設(shè)備簡(jiǎn)單,應(yīng)用技術(shù)比較成熟，容易掌握等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。在煤氣的計(jì)量中也常常使用差壓式流量計(jì)。但差壓式流量計(jì)在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用時(shí),它的測(cè)量誤差往往超過(guò)2%,有時(shí)甚至達(dá)到10~20%。特別是在采用差壓式流量計(jì)作為工藝生產(chǎn)過(guò)程中物料(水.蒸汽、煤氣以及各種原料、半成品、成品等液體和氣體)的計(jì)量,進(jìn)行經(jīng)濟(jì)核算時(shí)，這一矛盾更顯突出。
2差壓式流量計(jì)工作原理及實(shí)用流量公式
在管道中流動(dòng)的流體，具有動(dòng)能和位能，并在-定的條件下兩種形勢(shì)的能量可以互相轉(zhuǎn)換，但參加轉(zhuǎn)換的能量總和是不變的。在管道中安裝-一個(gè)直徑比管徑為小的節(jié)流件時(shí)，流體在管道中的流動(dòng),.由于流通截面突然縮小，流束必然要產(chǎn)生局部收縮,流速加快。根據(jù)能量守恒定律,動(dòng)壓能和靜壓能在一定條件下可以互相轉(zhuǎn)換，流速加快的結(jié)果必然要導(dǎo)致靜壓能的降低，因而在節(jié)流件的上、下游之間產(chǎn)生了靜壓差。這個(gè)靜壓差的大小和流過(guò)流體的流量有關(guān),所以,可通過(guò)此靜壓差來(lái)求流量。
式中:Q一工作狀態(tài)下的體積流量,m³/h
α一流量系數(shù);
ε一流束膨脹系數(shù);
d一工作狀態(tài)下的節(jié)流件開(kāi)孔直徑，mm,
△P一差壓力kgf/m2
ρ1一工作狀態(tài)下,被測(cè)流體的密度,kgf/m3
3在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定狀態(tài)下計(jì)時(shí)相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)誤差分析及計(jì)算公式
由上式可見(jiàn)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置測(cè)量是通過(guò)間接方式實(shí)現(xiàn)的，即通過(guò)差壓儀表測(cè)量出差壓，再根據(jù)流量公式計(jì)算出流量值。這樣流量測(cè)量誤差不僅受差壓儀表精度的影響，并且還受到公式中各量的影響。如果在煤氣的計(jì)量中對(duì)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的設(shè)計(jì)、制造、安裝和使用完全按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定進(jìn)行，其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)誤差用下式計(jì)算:
式中:σm一質(zhì)量流量測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)誤差;
σa一糙管流量系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)誤差;
σe一流束膨脹系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)誤差;
σ△p一差壓測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)誤差;
σp1一被測(cè)流體密度的標(biāo)準(zhǔn)誤差;
σD一管道內(nèi)徑的標(biāo)準(zhǔn)誤差;
σd一節(jié)流件開(kāi)孔直徑的標(biāo)準(zhǔn)誤差。
3.1流量系數(shù)的基本相對(duì)誤差
流量系數(shù)α是一個(gè)影響因素復(fù)雜、變化范圍較大的重要系數(shù)，當(dāng)管道直徑、節(jié)流件的形式和開(kāi)孔直徑、取壓位置已定,雷諾數(shù)大于某-數(shù)值(界限累諾數(shù))時(shí),α值可認(rèn)為是一常數(shù),也只有在測(cè)量過(guò)程:中α保持為常數(shù)才能保證測(cè)量的精度,這也是差壓式流量計(jì)能否達(dá)到正確測(cè)量的前提。由于流量系數(shù)是靠試驗(yàn)提供的,是由很多次測(cè)量結(jié)果整理計(jì)算而得到的，因而由于測(cè)量?jī)x表的誤差及由于計(jì)算時(shí)各量的誤差累積成流量系數(shù)的誤差。在不計(jì)β、D、Rep和d值的測(cè)量誤差時(shí),各標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的α0和α的基本相對(duì)誤差分別按下列公式計(jì)算。
3.1.1角接取壓標(biāo)準(zhǔn)孔板在節(jié)流件上游側(cè)的管道沒(méi)有管徑突變，節(jié)流件的安裝經(jīng)檢驗(yàn)其偏心率≤1/10x0.015D(1/β-1),環(huán)室(或夾緊環(huán))的開(kāi)孔直徑與管道內(nèi)徑相等，在此條件下，角接取壓孔板.的光管流量系數(shù)α0的基本相對(duì)誤差為:
3.2流束膨脹系數(shù)ε的基本相對(duì)誤差σε/ε.
流束膨脹系數(shù)，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)噴嘴是通過(guò)公式計(jì)算出來(lái)的，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)孔板是靠試驗(yàn)結(jié)果整理出來(lái)的，.因而是存在誤差的。設(shè)β、△P/P1和k為已知,且不計(jì)其誤差時(shí),ε的基本相對(duì)誤差規(guī)定如下:
3.2.1角接取壓孔板
3.2.2法蘭取壓標(biāo)準(zhǔn)孔板
σε/ε=±(△P/P1)%
3.3管道內(nèi)徑的基本相對(duì)誤差σD/D
若D20為實(shí)測(cè)值時(shí)，可令σD/D=±0.1%作為估計(jì)值;
若D20為管徑的公稱直徑,可令σD/D=±0.5~1.0%。
3.4節(jié)流開(kāi)孔直徑的基本相對(duì)誤差σs/d
d20必須實(shí)測(cè),可令σd/d≈±0.05%。
3.5差壓測(cè)量的基本相對(duì)誤差σap/AP
這里僅考慮差壓顯示儀表誤差σ△p/△P的估計(jì)方法。
σ△p/△P=1/3ζ△P/△P1
式中ζ為差壓儀表的精度等級(jí)，△P1為預(yù)定的差壓測(cè)值。在節(jié)流設(shè)計(jì)中,取△Pano
3.6煤氣密度的基本相對(duì)誤差σp1/ρ1
4在非標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定狀態(tài)下計(jì)量時(shí)造成測(cè)量誤差的原因
差壓式流量計(jì)在煤氣計(jì)量的實(shí)際應(yīng)用中，安裝和使用條件等往往不符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，在只要求流量相對(duì)值的場(chǎng)合下，對(duì)流量的指示值和實(shí)際值之間的偏差往往不被注意，但事實(shí)，上確是客觀存在的。下面分析造成測(cè)量誤差的原因。
4.1煤氣的工作狀態(tài)的變動(dòng)
焦?fàn)t煤氣流體狀態(tài)受生產(chǎn)狀況的制約,變化較頻繁,煤氣的瞬時(shí)流量是流體工況的函數(shù)。而工況參數(shù)是瞬變的，以瞬時(shí)參數(shù)計(jì)算并累計(jì)流量才是符合流量計(jì)量的科學(xué)方法。要很好地解決繁瑣而復(fù)雜的溫度..壓力、差壓、孔板、管道等補(bǔ)償?shù)膯?wèn)題,才能保證流量測(cè)量的準(zhǔn)確率。否則，就會(huì)造成計(jì)量誤差。
4.2壓力損失
煤氣流束通過(guò)節(jié)流件時(shí)，-部分能量用來(lái)克服摩擦阻力和消耗在節(jié)流件后形成的旋渦上。因而，通過(guò)節(jié)流件后流體的靜壓力并不能完全恢復(fù)，而有一些損失。
4.3密度的變化
煤氣的密度，對(duì)于流量測(cè)量精度的影響，與差壓處于同等地位,因此必須對(duì)它進(jìn)行正確的計(jì)算。煤氣是一種混合氣體含CO、CO2、H2、CH4、N2、O2、NH3、HCN等成分。工作狀態(tài)下,煤氣的密度服從疊加規(guī)律,可按下式計(jì)算:
ρ煤氣=X1ρ1+X2ρ2+....100
ρ煤氣-煤氣的密度,kg/m³
ρ1、ρ2~ρn煤氣各組分的密度,kg/m³
X1、X2--Xn混合氣體各組分的體積百分?jǐn)?shù),%
4.3.1煤氣組份對(duì)密度的影響
不同的煤資源和工藝操作都會(huì)對(duì)煤氣的組成造成影響，如不能正確的測(cè)算出煤氣的成分,煤氣的密度就會(huì)產(chǎn)生變化。
4.3.2濕度對(duì)密度的影響
焦?fàn)t煤氣是濕煤氣，輸送煤氣的管道沒(méi)有保溫措施，介質(zhì)受環(huán)境的影響是明顯的，隨季節(jié)和環(huán)境溫度的不同，介質(zhì)溫度也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的變化，在不同溫度下介質(zhì)的飽和水汽含量是不同的，直接影響了煤氣的密度。
4.4節(jié)流裝置安裝不正確引起的誤差
孔板的尖銳一側(cè)應(yīng)迎著流向，為人口端，而其呈喇叭形一側(cè)為出口端，即孔板不能裝反。除此之外，由于安裝不正確引起的測(cè)量誤差，往往是由于孔板開(kāi)孔中心和管道中心線不同心造成。因此，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、加工制造和安裝中,必須十分注意。管道實(shí)際內(nèi)徑和計(jì)算時(shí)所用的管道內(nèi)徑之間的差別，以及墊片等凸出物的出現(xiàn)、引壓管路上的毛病等，也是引起測(cè)量誤差的原因。
4.5節(jié)流裝置內(nèi)表面的結(jié)垢和流通截面積的變化
焦?fàn)t煤氣由于含焦油、水、工業(yè)奈等雜質(zhì),這些雜質(zhì)極易在其中凝結(jié)在孔板等表面可能會(huì)沾結(jié)上一層污垢，或者由于在孔板前后角落處日久而沉積有沉淀物,都會(huì)造成流量測(cè)量的誤差。
4.6節(jié)流裝置使用日久，節(jié)流裝置的幾何形狀和尺寸由于化學(xué)腐蝕等原因會(huì)發(fā)生變化。對(duì)于使用廣泛的孔板來(lái)講，它的人口邊緣的尖銳度會(huì)受到?jīng)_擊、磨損和腐蝕而變鈍。這樣,在相等數(shù)量的流體經(jīng)過(guò)時(shí)所產(chǎn)生的壓差△P將變小，從而引起儀表指示值偏低。故應(yīng)注意檢查、維修,必要時(shí)應(yīng)換用新的孔板。
4.7能夠測(cè)量差壓的儀表很多，為保證測(cè)量的順利進(jìn)行和流量測(cè)量的精度，對(duì)差壓計(jì)要進(jìn)行選擇,差壓計(jì)的測(cè)量范圍必須是包括流量的整個(gè)測(cè)量范圍(流量的最大值和最小值),并留有余地。由于流量值是與節(jié)流件兩側(cè)的差壓值的平方根成比例，差壓計(jì)量程選擇的好壞也會(huì)影響測(cè)量的精度。
5結(jié)束語(yǔ)
要保證計(jì)量的正確率必須引起注意的是:不僅需要合理的選型、正確的計(jì)算，更要注意正確的安裝、維護(hù)和符合使用條件等，才能保證差壓式流量計(jì)有足夠的實(shí)際測(cè)量精度。
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