在石(shi)油、化工、熱電、石(shí)化等廠礦企業(yè)裏,采用着大量(liàng)的各種類型蒸(zheng)汽流量計。由于(yu)以蒸汽作介質(zhì)對蒸汽流量計(ji)實測檢定難度(du)大、精🐉度低、費用(yòng)高,緻使一些使(shi)用蒸汽流量計(jì)的單位,不願送(sòng)出去檢定✍️;而有(you)能力開展這項(xiang)檢定業務的單(dan)位盡管很少,就(jiu)是這很少的單(dān)位,也因檢定成(cheng)本太高,難度又(you)大,也不願開展(zhǎn)這項業務。造成(chéng)一些企業,甚至(zhì)是一些技術好(hao)的大型企業,對(duì)蒸汽計量☀️管理(lǐ)也存在很多問(wen)題:對蒸汽計量(liang)儀表僅能修理(lǐ)不能檢定;蒸汽(qi)計量率低;蒸汽(qì)計量儀表精度(dù)低誤差🛀大。這給(gěi)企業的成本核(hé)算和節能降耗(hao)帶來很大影響(xiǎng)。
爲了改變這種(zhong)狀況,國内外一(yi)些有能力的有(yǒu)關院👅、所🆚和企業(yè),都在積極投資(zi)、組織人力研究(jiū)以空氣代替蒸(zheng)汽,對蒸汽🐕流量(liang)計進行檢定的(de)問題,并且認定(dìng)㊙️這是今後的發(fa)展方向💯。但是研(yan)究進展速度不(bú)太理想,我們的(de)蒸汽流量✉️計檢(jiǎn)定站從1989年建立(li)以來至今💰尚未(wèi)拿出滿意的數(shù)據,而從聽說有(you)研究此課題(國(guo)外)的以來,至今(jin)10多年了,與外商(shāng)接觸談及此問(wèn)🥵題時,他們回答(da)仍是說在研究(jiū)。當然是由于保(bao)密的原因吧,國(guo)内外的一些研(yan)究進展較快的(de)單位,都不願多(duō)透露半點信息(xi)。緻使我們至今(jīn)尚未見到真正(zhèng)從理論上闡述(shu)利用空氣代替(ti)蒸汽進行蒸汽(qi)流量計檢定的(de)任何資料,更談(tán)不上有實測或(huò)修正數據供推(tui)廣應用。這裏談(tán)點個人浮淺的(de)看法,願它能起(qi)到抛✍️磚引玉和(hé)🈚推波助瀾的作(zuo)用。
能不能用壓(yā)縮空氣代替蒸(zheng)汽對蒸汽流量(liang)計進行✉️檢定🔅?能(néng)🔞,有什麽理論依(yi)據?又是怎樣的(de)代替法呢?
1用壓(yā)縮空氣代替蒸(zhēng)汽對蒸汽流t計(ji)進行檢定的可(ke)能性
理論依據(ju)就是從流體力(lì)學角度出發,根(gen)據相似原理,兩(liang)個✔️幾何📧上相似(sì)的流束,如果它(ta)們的雷諾準數(shu)💘值相等,即流束(shù)🛀🏻在流體動🈲力學(xue)上是相似的,這(zhè)時其流量(出)系(xi)數也是相等的(de)。基于這個理❓論(lun),在對蒸汽流量(liang)計檢定時,設法(fǎ)使壓縮空氣在(zài)管道内流動的(de)雷諾數值,等🔆于(yú)蒸汽在此管道(dào)内的流☂️動的雷(léi)諾數值時,即認(rèn)爲兩個流束在(zai)流體動力學上(shang)是相似的,它們(men)的流量(出)系數(shù)也是相等的,通(tong)過檢測設備檢(jiǎn)測,在檢定裝置(zhì)上顯🧡示出的值(zhi)也是相同的,即(jí)達到以壓縮空(kōng)氣代替蒸汽的(de)目的。
2計算分析(xi)
如何代替呢?基(ji)于上述原理,爲(wèi)了使空氣和蒸(zheng)汽在相同管道(dào)内的雷諾數達(da)到相同的條件(jiàn),進行計算🚩分析(xī)如下。
根據基礎(chu)數據不同,雷諾(nuò)數計算可采用(yòng)的計算公式形(xing)式(系📱數)有所不(bú)同。這裏不是求(qiu)具體雷諾數值(zhi),而是利用🛀其公(gōng)式中的某項因(yīn)子分析壓縮空(kong)氣與蒸汽之間(jian)的關系。
據公式(shì)eRD一4qm/7r産D知,在同一(yi)個管徑D值管道(dao)中,幾何相似✉️的(de)兩流束的雷諾(nuò)數值相同時,可(kě)對上式分子上(shang)的質量㊙️流量qm值(zhí)和分母👌的動力(li)粘度産值分析(xi)(二值爲♈常數),兩(liǎng)者都是可變化(huà)的,但是qm值是可(ke)人爲規定的數(shù),而動力粘度産(chan)值才是與兩種(zhong)氣體固有的性(xìng)質有關的參數(shù)‼️,當然它是随🏒操(cāo)作條件變化而(er)變化的,但是相(xiàng)同條件下,不同(tong)氣體,粘㊙️度産值(zhí)不同,雷🈲諾數計(jì)算值就不同,因(yīn)此粘度✉️産值成(cheng)了分析雷諾數(shù)的關鍵。
粘度産(chǎn)值的求取方法(fa),有查圖法和計(jì)算法。查圖法一(yī)般人爲視差較(jiao)大,而計算方法(fǎ)人爲誤差較小(xiǎo)。何況布朗利和(he)威爾克對赫希(xi)菲爾德方程進(jin)行修正後,提出(chū)的低壓氣體粘(zhān)度方程式,正适(shi)用于我們檢🐅定(ding)裝置,一👈般檢定(dìng)裝置在檢定過(guo)程中,系🈚統的壓(ya)力‼️都不高,都屬(shu)于低壓範疇的(de),所以對于低壓(yā)氣體—壓縮空氣(qi)和蒸汽的粘度(dù)産值可采用該(gāi)方程式進行計(ji)算,即
由上述可(ke)知,應先确定檢(jiǎn)定裝置所采用(yòng)的壓縮空氣✍️和(he)🔴過📞熱蒸汽的操(cao)作溫度條件,才(cái)可計算。
根據石(shi)化流量計量檢(jiǎn)定站的情況,确(que)定壓縮空氣的(de)✏️操💯作溫度爲20℃,即(ji)爪=20+273·15=293.15(K)。而蒸汽采用(yong)微過熱蒸汽,具(jù)體操作條件是(shi):操作壓力爲絕(jué)壓P絕=gkgfc/m名(注:可查(cha)的标準和工具(jù)📧書的表格中所(suǒ)涉及到的壓力(li)🐪、粘度、密度等都(dou)是舊單位制,雖(sui)然均可以換算(suàn)爲新單位制,考(kǎo)慮此文隻是論(lùn)證以壓縮空氣(qi)代替蒸汽進行(hang)蒸汽流☂️量計檢(jiǎn)定的道理,若轉(zhuǎn)換爲法定計量(liang)單位時,篇幅🌐要(yào)加長,不🤞利于說(shuo)明間題。何況實(shí)際應用時,在此(cǐ)結果的基礎上(shang)轉換即可,結果(guo)是一樣的。因此(cǐ),此文中均未采(cǎi)用法定計量單(dān)位),過熱溫度爲(wei)190℃(飽和溫度爲👅174.5℃),即(ji)
通過粘度計算(suan)結果表明,空氣(qi)和蒸汽在限定(dìng)的操🍉作溫度🎯條(tiáo)件🧑🏽🤝🧑🏻下,空氣的粘(zhān)度比蒸汽的粘(zhan)度大。
這裏先按(àn)保持體積量相(xiàng)同分析—可稱等(děng)體積法。已知蒸(zheng)汽的操作條件(jiàn),即P絕=gkgf/cm2(Ikgf/ cm2=0.1MPa,下同),Tf=190℃，它的(de)密度由查表得(dé)知ρ汽=4.3687kg/m3，所以空氣(qi)的密度爲
即當(dang)檢定蒸汽流量(liang)計時,本想在操(cao)作絕壓爲P絕=9(kgf/ cm2),操(cāo)㊙️作溫度🚶爲190℃的過(guo)熱蒸汽條件下(xia)檢定,若改用壓(yā)縮空氣代替,按(an)等體積法計算(suan)出,當空氣操作(zuo)溫度爲20℃時🛀,其操(cāo)作壓力P絕=4.3647(kgf/ cm2)。
(或将(jiāng)空氣視爲理想(xiang)氣體,由理想氣(qi)體方程式pv=RT得知(zhi)壓力與🆚密度、溫(wēn)度等的關系式(shi)爲
兩種計算結(jie)果約有萬分之(zhī)五的誤差,這是(shì)正常的,可以認(ren)爲是空氣及蒸(zhēng)汽數據表本身(shen)的精度及計算(suàn)公式本身的精(jīng)度等原因所造(zào)成的。)
若保持密(mi)度ρ值相同—可稱(chēng)等密度法。爲達(da)到qm氣=ρ汽,在ρ汽=ρ汽(qì)=4.3687(kg/m3)的條件㊙️下,V氣/V汽(qì)=1.16546,即此時空氣的(de)體積流量應比(bi)蒸汽流量♍增大(dà)爲1.14566倍。此時的空(kōng)氣操作壓力可(kě)從空氣密度表(biao)_匕用内插法計(jì)算求出,也可用(yong)氣體方程式求(qiú)出。根💰據理想氣(qì)體的壓力與密(mi)度、溫♊度等的關(guān)系計算,此時的(de)空氣操作壓力(lì)爲
若已知蒸汽(qì)流量計的現場(chang)運行條件,直接(jie)用現場蒸汽實(shi)際運行條件,如(ru)其操作壓力P絕(jue)=4(kgf/cm2),操作溫度爲150℃(此(ci)壓力下♍的飽和(he)溫🐇度爲143℃)時,可用(yong)上述方法求出(chū)操🍉作溫度爲20℃時(shí)壓🌈縮空氣的操(cāo)作壓力,計算如(ru)下。
首先按上述(shu)方法計算出此(cǐ)操作條件下的(de)蒸汽粘度。
(kgf/cm2)。在此(cǐ)操作狀态下,由(yóu)于qm=Vρ, ρ值不變,欲想(xiǎng)達到ReD氣=ReD汽,且qm氣(qi)/qm汽=1.2716條件,v值體積(jī)量應增大爲原(yuán)來量的1.2716倍。
通過(guò)上述計算可知(zhi),蒸汽的壓力、溫(wēn)度不同,所對應(yīng)的壓♉縮⭐空氣♉的(de)操作壓力,在操(cao)作溫度一定的(de)前題下(室溫)是(shì)🈚不同的。也可說(shuo),現場蒸汽運行(hang)條件盡管🌂千差(cha)萬别,隻要知道(dao)被檢定的蒸汽(qì)流量計現場運(yun)行的操作壓力(lì)、溫度等條件,如(ru)果以壓縮空氣(qì)作介質檢定蒸(zhēng)汽♋流量計時,都(dōu)可以求出其對(dui)應的操作壓力(li)和溫度條件。
無(wu)論是用蒸汽流(liu)量計現場運行(háng)條件,求出壓縮(suo)空氣的操作條(tiao)件,進行蒸汽流(liu)量計的檢定,還(hai)是用蒸汽流量(liang)計檢定裝置設(shè)計♌的蒸汽運行(hang)條件,求出的壓(ya)縮空氣操作條(tiáo)件,進行蒸汽🌐流(liú)量計🍉檢定(從檢(jian)定誤差等方面(mian)分析,兩種方法(fa)各✔️有利弊),都存(cun)在一個🈲在實驗(yàn)室條件下檢定(ding)後,如何轉換到(dao)現場操作條件(jian)下運行的儀表(biǎo)誤差問題。
3誤差(chà)的消除
爲了适(shì)應上述轉換,檢(jian)定記錄表時,應(yīng)增加如下内容(róng)💔,如下表所示。
從(cóng)表中可以看出(chu),我們前面論證(zhèng)的計算實質是(shì)将b值轉換爲。值(zhi),檢定後得到。1一(yī)。值後還需再進(jìn)一步轉換。
第一(yi)步是将C值轉換(huàn)爲修正後的蒸(zhēng)汽流量d值。這個(gè)轉換過程,實際(ji)是将常溫20℃下的(de)量轉換爲對應(ying)蒸汽條件(溫度(du))下的量,因㊙️爲這(zhe)🏃♀️兩種狀态溫度(du)相差較大,會給(gěi)不同類型、不同(tong)材質的蒸汽流(liu)量計,造成不同(tong)的影響,即産生(sheng)的誤差不同。對(duì)于孔闆差✂️壓式(shì)流量計,孔闆的(de)孔徑受熱膨脹(zhàng),孔徑變爲D=D20·〔1+λD(t-20)〕;而對(duì)夾裝式渦街蒸(zhēng)汽流量計,可采(cǎi)用K修=K〔1一λD(t一20)〕式。故(gu)依據此原理來(lai)🙇♀️進行計算修正(zheng)這部分誤差。而(er)分流旋翼式等(děng)蒸汽流👄量計,應(ying)通過大量⭕的實(shi)踐數據,找出正(zheng)确的修正系數(shù)或修正公式。這(zhè)項工作可以邊(bian)實踐邊積累,先(xiān)找出粗的(誤差(cha)較大)系數應用(yòng),以後再進一步(bu)作細✂️緻工作,最(zui)後找出正确的(de)📧修☎️正因子,使理(li)論上對應的c值(zhí),很容易地轉換(huan)爲真實條件下(xià)的蒸汽量d值。
第(dì)二步是将修正(zheng)後的蒸汽量d值(zhí)轉換爲現場運(yùn)行條件下的蒸(zhēng)🔞汽流量qm值。
如果(guo)檢定蒸汽流量(liàng)計的壓縮空氣(qi)的運行條件,是(shi)在現場實際操(cao)作條件下推算(suan)出來的,流量計(jì)檢定後轉換到(dào)第一步d值👄即可(ke),d值也即是現場(chang)運行條件蒸汽(qi)量qm值。如果壓縮(suō)空氣運行條件(jian)是由蒸汽流量(liang)計檢定裝置、的(de)固定的蒸汽條(tiáo)件推算出來的(de),還需⭕要這第二(èr)步轉換。這個轉(zhuan)換可采用密度(du)校正系數法進(jin)行修正。
4結論
采(cai)用壓縮空氣代(dài)替蒸汽檢定蒸(zheng)汽流量計,其意(yi)義⚽重✨大,難度🤩亦(yì)大。其檢定誤差(cha)分析也是難題(tí)之一,因它涉及(jí)的因素、環節多(duō),需作專題探讨(tao)。
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