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上游阻流件對(duì)孔板流量計(jì)性能的影響
發(fā)布時(shí)間:2019-02-28

摘要:利用常壓氣體作為流動(dòng)介質(zhì),以流出系數(shù)平均相對(duì)誤差、線性度和不確定度為評(píng)價(jià)指標(biāo),通過實(shí)流上游組合管件對(duì)孔板流量計(jì)測量性能的影響。根據(jù)不同的上游阻流件對(duì)孔板流量計(jì)測量精度的影響。根據(jù)結(jié)果,為保證相對(duì)誤差在可接受范圍,給出對(duì)于不同形式的上游組合管件孔板流量計(jì)對(duì)前直管段長度的建議。
0引言
  根據(jù)海洋平臺(tái)上特有的工藝處理模式和安裝習(xí)慣,分別對(duì)中海油2006年以后投產(chǎn)的9個(gè)新建海洋平臺(tái)JZ25-1CEP、JZ25-1SCEP、JZ25-1SWHPB、BZ26-3WHPA、BZ26-3WHPB、SZ36-1CEPK、JX1-1CEPA、BZ19-4WHPB、LD32-2PSP的三維模型進(jìn)行了流量計(jì)安裝上游的管件形式的整理,發(fā)現(xiàn)在上述平臺(tái)上孔板流量計(jì)用于對(duì)天然氣的計(jì)量占76%,少數(shù)是用于對(duì)消防水和回注水的計(jì)量?偨Y(jié)出4種常見的組合阻流件形式,開展上游組合管件對(duì)孔板流量計(jì)性能影響,主要包括球閥+90°彎頭、球閥+90°彎頭+漸縮管+90°彎頭、球閥+90°彎頭+漸縮管、球閥+漸縮管。
1實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)

  如圖1所示圖中的風(fēng)機(jī)通過外部的變頻器裝置不斷地調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的風(fēng)速,從管道入口抽取空氣,為實(shí)驗(yàn)提供穩(wěn)定的空氣流體,通過穩(wěn)壓罐來達(dá)到穩(wěn)壓的目的。圖中的渦輪流量計(jì)為標(biāo)準(zhǔn)表,空氣流體通過渦輪流量計(jì)時(shí),可以測得空氣流體的標(biāo)準(zhǔn)流量。當(dāng)空氣流體通過孔板流量計(jì)時(shí),在流量計(jì)的上游和下游會(huì)產(chǎn)生壓差,這種壓差可以經(jīng)過高精度的差壓變送器檢測并轉(zhuǎn)化成4~20mA信號(hào),然后通過16位的A/D轉(zhuǎn)換芯片,將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)送到計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理,穩(wěn)壓罐上的溫度傳感器將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的溫度信號(hào),送到16位的模擬量信號(hào)采集卡A/D芯片進(jìn)行處理;同時(shí)模擬量信號(hào)采集卡A/D芯片還對(duì)標(biāo)準(zhǔn)表的頻率進(jìn)行采集。在計(jì)算機(jī)中安裝實(shí)驗(yàn)標(biāo)定系統(tǒng)軟件,該軟件是用VB進(jìn)行編寫的,支持多線程實(shí)時(shí)通信,通過這種軟件,可以在計(jì)算機(jī)中實(shí)現(xiàn)不同的數(shù)據(jù)的顯示與分析。
  下面對(duì)用到的儀器設(shè)備的性能參數(shù)進(jìn)行說明:
  標(biāo)準(zhǔn)表采用渦輪流量計(jì),測量范圍在25~1400m3/h之間,精度為0.5%,重復(fù)性為0.06%;溫度傳感器采用的是精度為0.1%;壓力傳感器為ROSEMOUNT3051型號(hào),精度為0.075%;差壓變送器為日本橫河的EJA110A,可測量的差壓范圍為0~10kPa,精度為0.075%;模擬量信號(hào)采集卡采用的是研華PCI-1716,精度為16位。本次實(shí)驗(yàn)對(duì)象選擇了DN100孔板流量計(jì)。
2阻流件對(duì)孔板流量計(jì)測量精度影響的實(shí)驗(yàn)研究
2.1孔板流量計(jì)的基準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)
  用于孔板流量計(jì)的基準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)的前直管段長50D,后直管段長10D,管道內(nèi)流體流動(dòng)為充分發(fā)展的湍流狀態(tài)[1][2][3][4]。前期大量文獻(xiàn)表明,前直管段長度達(dá)到50D時(shí),可以認(rèn)為流場已經(jīng)充分發(fā)展;同時(shí),后直管段達(dá)到10D,不會(huì)影響孔板流量計(jì)流出系數(shù)。阻流件實(shí)驗(yàn)均按照前直管段50D,后直管段10D的直管段為基準(zhǔn)進(jìn)行比較,從而得到流出系數(shù)和流出系數(shù)相對(duì)誤差的變化情況。
2.2上游阻流件對(duì)孔板流量計(jì)測量精度影響的實(shí)驗(yàn)研究
2.2.1上游阻流件類型—DN100球閥+DN100單彎頭的實(shí)驗(yàn)研究
  上游阻流件類型為DN100球閥+DN100單彎頭的雷諾數(shù)-流出系數(shù)曲線圖如圖2所示,從圖中可以看出,前直管段長度為50D、30D的流出系數(shù)與基準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)極為接近,從10D開始,隨著前直管段長度的縮短,流出系數(shù)呈遞減趨勢(shì)。
孔板流量計(jì)上游阻流件為DN100球閥+DN100單彎頭的雷諾數(shù)-流出系數(shù)曲線圖
  從表1可以看出,相對(duì)于基準(zhǔn)實(shí)驗(yàn),前直管段長度為50D和30D時(shí)平均相對(duì)誤差為正值,其他工況下為負(fù)值;比較而言,50D較30D的平均相對(duì)誤差略大,但量值僅差0.06%;從30D開始,隨著直管段長度的縮短,流出系數(shù)的相對(duì)誤差呈遞增趨勢(shì),此變化趨勢(shì)也可見圖3所示。


2.2.2上游阻流件類型—DN150球閥+DN150變DN100漸縮管的實(shí)驗(yàn)研究
  阻流件類型為DN150球閥+DN150變DN100漸縮管的雷諾數(shù)-流出系數(shù)曲線圖如圖4所示,從圖中可以看出,隨著前直管段長度的縮短,流出系數(shù)呈遞減趨勢(shì)。

  從表2可以看出,相對(duì)于基準(zhǔn)實(shí)驗(yàn),前直管段長度為30D、10D的平均相對(duì)誤差為正值,前直管段長度為4D的平均相對(duì)誤差為負(fù)值;從絕對(duì)值上看,前直管段長度為4D時(shí)相對(duì)誤差最大,此變化趨勢(shì)也可見圖5所示。


2.2.3上游阻流件類型—DN150球閥+90°單彎頭+DN150變D100漸縮管的實(shí)驗(yàn)研究
  阻流件類型為DN150球閥+90°單彎頭+DN150變DN100漸縮管的雷諾數(shù)-流出系數(shù)曲線圖如圖6所示,從圖中可以看出,隨著前直管段長度的縮短,流出系數(shù)呈遞減趨勢(shì)。

  從表3可以看出,相對(duì)于基準(zhǔn)實(shí)驗(yàn),前直管段長度為50D和30D時(shí)平均相對(duì)誤差為正值,其他工況下為負(fù)值;前50D與前30D的平均相對(duì)誤差較為接近,從前30D開始,縮短前直管段,平均相對(duì)誤差呈增大趨勢(shì),此趨勢(shì)也可見圖7所示。


2.2.4阻流件類型—DN150球閥+90°單彎頭+DN150變DN100漸縮管+90°單彎頭的實(shí)驗(yàn)研究
  阻流件類型為DN150球閥+90°單彎頭+DN150變DN100漸縮管+90°單彎頭的雷諾數(shù)-流出系數(shù)曲線圖如圖8所示,從圖中可以看出,隨著前直管段長度的縮短,流出系數(shù)呈遞減趨勢(shì)。

從表4可以看出,相對(duì)于基準(zhǔn)實(shí)驗(yàn),前直管段長度為50D和30D時(shí)平均相對(duì)誤差為正值,其他工況下為負(fù)值;前直管段長度為50D與30D的平均相對(duì)誤差較為接近,從前30D開始,縮短前直管段,平均相對(duì)誤差整體呈增大趨勢(shì),此趨勢(shì)也可見圖9所示。
3結(jié)論
  安裝條件的不同對(duì)孔板流量計(jì)有著很大的影響,根據(jù)不同的安裝條件,對(duì)孔板流量計(jì)的測量精度的影響進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。研究發(fā)現(xiàn):


1)當(dāng)孔板流量計(jì)上游存在阻流件時(shí),對(duì)于不同形式的阻流件,當(dāng)后直管段長度不變時(shí),隨著前直管段長度變短,流出系數(shù)相對(duì)誤差隨之變大。
2)從實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析,討論的4種組合式阻流件情況所需的前直管段長度均比ISO5167中規(guī)定的前直管段長度短。說明標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的比實(shí)際應(yīng)用時(shí)更嚴(yán)格苛刻。

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