在石油、化工、熱電、石化等廠礦企業(yè)里,采用著大量的各種類型蒸汽流量計(jì)。由于以蒸汽作介質(zhì)對(duì)蒸汽流量計(jì)實(shí)測(cè)檢定難度大、精度低、費(fèi)用高,致使一些使用蒸汽流量計(jì)的單位,不愿送出去檢定;而有能力開(kāi)展這項(xiàng)檢定業(yè)務(wù)的單位盡管很少,就是這很少的單位,也因檢定成本太高,難度又大,也不愿開(kāi)展這項(xiàng)業(yè)務(wù)。造成一些企業(yè),甚至是一些技術(shù)好的大型企業(yè),對(duì)蒸汽計(jì)量管理也存在很多問(wèn)題:對(duì)蒸汽計(jì)量?jī)x表僅能修理不能檢定;蒸汽計(jì)量率低;蒸汽計(jì)量?jī)x表精度低誤差大。這給企業(yè)的成本核算和節(jié)能降耗帶來(lái)很大影響。
為了改變這種狀況,國(guó)內(nèi)外一些有能力的有關(guān)院、所和企業(yè),都在積極投資、組織人力研究以空氣代替蒸汽,對(duì)蒸汽流量計(jì)進(jìn)行檢定的問(wèn)題,并且認(rèn)定這是今后的發(fā)展方向。但是研究進(jìn)展速度不太理想,我們的蒸汽流量計(jì)檢定站從1989年建立以來(lái)至今尚未拿出滿意的數(shù)據(jù),而從聽(tīng)說(shuō)有研究此課題(國(guó)外)的以來(lái),至今10多年了,與外商接觸談及此問(wèn)題時(shí),他們回答仍是說(shuō)在研究。當(dāng)然是由于保密的原因吧,國(guó)內(nèi)外的一些研究進(jìn)展較快的單位,都不愿多透露半點(diǎn)信息。致使我們至今尚未見(jiàn)到真正從理論上闡述利用空氣代替蒸汽進(jìn)行蒸汽流量計(jì)檢定的任何資料,更談不上有實(shí)測(cè)或修正數(shù)據(jù)供推廣應(yīng)用。這里談點(diǎn)個(gè)人浮淺的看法,愿它能起到拋磚引玉和推波助瀾的作用。
能不能用壓縮空氣代替蒸汽對(duì)蒸汽流量計(jì)進(jìn)行檢定?能,有什么理論依據(jù)?又是怎樣的代替法呢?
1用壓縮空氣代替蒸汽對(duì)蒸汽流t計(jì)進(jìn)行檢定的可能性
理論依據(jù)就是從流體力學(xué)角度出發(fā),根據(jù)相似原理,兩個(gè)幾何上相似的流束,如果它們的雷諾準(zhǔn)數(shù)值相等,即流束在流體動(dòng)力學(xué)上是相似的,這時(shí)其流量(出)系數(shù)也是相等的�；谶@個(gè)理論,在對(duì)蒸汽流量計(jì)檢定時(shí),設(shè)法使壓縮空氣在管道內(nèi)流動(dòng)的雷諾數(shù)值,等于蒸汽在此管道內(nèi)的流動(dòng)的雷諾數(shù)值時(shí),即認(rèn)為兩個(gè)流束在流體動(dòng)力學(xué)上是相似的,它們的流量(出)系數(shù)也是相等的,通過(guò)檢測(cè)設(shè)備檢測(cè),在檢定裝置上顯示出的值也是相同的,即達(dá)到以壓縮空氣代替蒸汽的目的。
2計(jì)算分析
如何代替呢?基于上述原理,為了使空氣和蒸汽在相同管道內(nèi)的雷諾數(shù)達(dá)到相同的條件,進(jìn)行計(jì)算分析如下。
根據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)不同,雷諾數(shù)計(jì)算可采用的計(jì)算公式形式(系數(shù))有所不同。這里不是求具體雷諾數(shù)值,而是利用其公式中的某項(xiàng)因子分析壓縮空氣與蒸汽之間的關(guān)系。
據(jù)公式eRD一4qm/7r產(chǎn)D知,在同一個(gè)管徑D值管道中,幾何相似的兩流束的雷諾數(shù)值相同時(shí),可對(duì)上式分子上的質(zhì)量流量qm值和分母的動(dòng)力粘度產(chǎn)值分析(二值為常數(shù)),兩者都是可變化的,但是qm值是可人為規(guī)定的數(shù),而動(dòng)力粘度產(chǎn)值才是與兩種氣體固有的性質(zhì)有關(guān)的參數(shù),當(dāng)然它是隨操作條件變化而變化的,但是相同條件下,不同氣體,粘度產(chǎn)值不同,雷諾數(shù)計(jì)算值就不同,因此粘度產(chǎn)值成了分析雷諾數(shù)的關(guān)鍵。
粘度產(chǎn)值的求取方法,有查圖法和計(jì)算法。查圖法一般人為視差較大,而計(jì)算方法人為誤差較小。何況布朗利和威爾克對(duì)赫希菲爾德方程進(jìn)行修正后,提出的低壓氣體粘度方程式,正適用于我們檢定裝置,一般檢定裝置在檢定過(guò)程中,系統(tǒng)的壓力都不高,都屬于低壓范疇的,所以對(duì)于低壓氣體—壓縮空氣和蒸汽的粘度產(chǎn)值可采用該方程式進(jìn)行計(jì)算,即
由上述可知,應(yīng)先確定檢定裝置所采用的壓縮空氣和過(guò)熱蒸汽的操作溫度條件,才可計(jì)算。
根據(jù)石化流量計(jì)量檢定站的情況,確定壓縮空氣的操作溫度為20℃,即爪=20+273·15=293.15(K)。而蒸汽采用微過(guò)熱蒸汽,具體操作條件是:操作壓力為絕壓P絕=gkgfc/m名(注:可查的標(biāo)準(zhǔn)和工具書(shū)的表格中所涉及到的壓力、粘度、密度等都是舊單位制,雖然均可以換算為新單位制,考慮此文只是論證以壓縮空氣代替蒸汽進(jìn)行蒸汽流量計(jì)檢定的道理,若轉(zhuǎn)換為法定計(jì)量單位時(shí),篇幅要加長(zhǎng),不利于說(shuō)明間題。何況實(shí)際應(yīng)用時(shí),在此結(jié)果的基礎(chǔ)上轉(zhuǎn)換即可,結(jié)果是一樣的。因此,此文中均未采用法定計(jì)量單位),過(guò)熱溫度為190℃(飽和溫度為174.5℃),即
通過(guò)粘度計(jì)算結(jié)果表明,空氣和蒸汽在限定的操作溫度條件下,空氣的粘度比蒸汽的粘度大。
這里先按保持體積量相同分析—可稱等體積法。已知蒸汽的操作條件,即P絕=gkgf/cm2(Ikgf/ cm2=0.1MPa,下同),Tf=190℃，它的密度由查表得知ρ汽=4.3687kg/m3，所以空氣的密度為
即當(dāng)檢定蒸汽流量計(jì)時(shí),本想在操作絕壓為P絕=9(kgf/ cm2),操作溫度為190℃的過(guò)熱蒸汽條件下檢定,若改用壓縮空氣代替,按等體積法計(jì)算出,當(dāng)空氣操作溫度為20℃時(shí),其操作壓力P絕=4.3647(kgf/ cm2)。
(或?qū)⒖諝庖暈槔硐霘怏w,由理想氣體方程式pv=RT得知壓力與密度、溫度等的關(guān)系式為
兩種計(jì)算結(jié)果約有萬(wàn)分之五的誤差,這是正常的,可以認(rèn)為是空氣及蒸汽數(shù)據(jù)表本身的精度及計(jì)算公式本身的精度等原因所造成的。)
若保持密度ρ值相同—可稱等密度法。為達(dá)到qm氣=ρ汽,在ρ汽=ρ汽=4.3687(kg/m3)的條件下,V氣/V汽=1.16546,即此時(shí)空氣的體積流量應(yīng)比蒸汽流量增大為1.14566倍。此時(shí)的空氣操作壓力可從空氣密度表_匕用內(nèi)插法計(jì)算求出,也可用氣體方程式求出。根據(jù)理想氣體的壓力與密度、溫度等的關(guān)系計(jì)算,此時(shí)的空氣操作壓力為
若已知蒸汽流量計(jì)的現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行條件,直接用現(xiàn)場(chǎng)蒸汽實(shí)際運(yùn)行條件,如其操作壓力P絕=4(kgf/cm2),操作溫度為150℃(此壓力下的飽和溫度為143℃)時(shí),可用上述方法求出操作溫度為20℃時(shí)壓縮空氣的操作壓力,計(jì)算如下。
首先按上述方法計(jì)算出此操作條件下的蒸汽粘度。
(kgf/cm2)。在此操作狀態(tài)下,由于qm=Vρ, ρ值不變,欲想達(dá)到ReD氣=ReD汽,且qm氣/qm汽=1.2716條件,v值體積量應(yīng)增大為原來(lái)量的1.2716倍。
通過(guò)上述計(jì)算可知,蒸汽的壓力、溫度不同,所對(duì)應(yīng)的壓縮空氣的操作壓力,在操作溫度一定的前題下(室溫)是不同的。也可說(shuō),現(xiàn)場(chǎng)蒸汽運(yùn)行條件盡管千差萬(wàn)別,只要知道被檢定的蒸汽流量計(jì)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的操作壓力、溫度等條件,如果以壓縮空氣作介質(zhì)檢定蒸汽流量計(jì)時(shí),都可以求出其對(duì)應(yīng)的操作壓力和溫度條件。
無(wú)論是用蒸汽流量計(jì)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行條件,求出壓縮空氣的操作條件,進(jìn)行蒸汽流量計(jì)的檢定,還是用蒸汽流量計(jì)檢定裝置設(shè)計(jì)的蒸汽運(yùn)行條件,求出的壓縮空氣操作條件,進(jìn)行蒸汽流量計(jì)檢定(從檢定誤差等方面分析,兩種方法各有利弊),都存在一個(gè)在實(shí)驗(yàn)室條件下檢定后,如何轉(zhuǎn)換到現(xiàn)場(chǎng)操作條件下運(yùn)行的儀表誤差問(wèn)題。
3誤差的消除
為了適應(yīng)上述轉(zhuǎn)換,檢定記錄表時(shí),應(yīng)增加如下內(nèi)容,如下表所示。
從表中可以看出,我們前面論證的計(jì)算實(shí)質(zhì)是將b值轉(zhuǎn)換為。值,檢定后得到。1一。值后還需再進(jìn)一步轉(zhuǎn)換。
第一步是將C值轉(zhuǎn)換為修正后的蒸汽流量d值。這個(gè)轉(zhuǎn)換過(guò)程,實(shí)際是將常溫20℃下的量轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)蒸汽條件(溫度)下的量,因?yàn)檫@兩種狀態(tài)溫度相差較大,會(huì)給不同類型、不同材質(zhì)的蒸汽流量計(jì),造成不同的影響,即產(chǎn)生的誤差不同。對(duì)于孔板差壓式流量計(jì),孔板的孔徑受熱膨脹,孔徑變?yōu)镈=D20·〔1+λD(t-20)〕;而對(duì)夾裝式渦街蒸汽流量計(jì),可采用K修=K〔1一λD(t一20)〕式。故依據(jù)此原理來(lái)進(jìn)行計(jì)算修正這部分誤差。而分流旋翼式等蒸汽流量計(jì),應(yīng)通過(guò)大量的實(shí)踐數(shù)據(jù),找出正確的修正系數(shù)或修正公式。這項(xiàng)工作可以邊實(shí)踐邊積累,先找出粗的(誤差較大)系數(shù)應(yīng)用,以后再進(jìn)一步作細(xì)致工作,最后找出正確的修正因子,使理論上對(duì)應(yīng)的c值,很容易地轉(zhuǎn)換為真實(shí)條件下的蒸汽量d值。
第二步是將修正后的蒸汽量d值轉(zhuǎn)換為現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行條件下的蒸汽流量qm值。
如果檢定蒸汽流量計(jì)的壓縮空氣的運(yùn)行條件,是在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際操作條件下推算出來(lái)的,流量計(jì)檢定后轉(zhuǎn)換到第一步d值即可,d值也即是現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行條件蒸汽量qm值。如果壓縮空氣運(yùn)行條件是由蒸汽流量計(jì)檢定裝置、的固定的蒸汽條件推算出來(lái)的,還需要這第二步轉(zhuǎn)換。這個(gè)轉(zhuǎn)換可采用密度校正系數(shù)法進(jìn)行修正。
4結(jié)論
采用壓縮空氣代替蒸汽檢定蒸汽流量計(jì),其意義重大,難度亦大。其檢定誤差分析也是難題之一,因它涉及的因素、環(huán)節(jié)多,需作專題探討。
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