摘要(yao)：對不滿足規定(ding)的多脈動源形(xíng)成的複雜脈動(dong)流對孔闆流童(tóng)計 的影響。結合(hé)實際情況提出(chu)了複雜脈動流(liú)條件下孔闆流(liú)童🏃‍♀️計計童誤差(chà)的估計方法,并(bìng)通過對實際管(guan)道中複☔雜脈動(dong)流的測試和分(fen)析,得出不同脈(mò)動工況下孔闆(pǎn)流黃計計童誤(wù)差範圍。
孔闆流(liú)量計是目前工(gōng)業生産中用來(lai)測量氣體、液體(ti)和蒸汽流量應(yīng)用廣泛的一種(zhǒng)流量儀表,據調(diào)查統計,孔闆✔️流(liu)量🤟計占流量儀(yí)表用量的60%一70%。雖(sui)然它存在阻力(li)損失大,安裝時(shí)需要直管段較(jiao)長等缺點,但它(ta)具有結✍️構簡單(dān),安裝方便,工作(zuò)可靠,成本低,具(jù)有🌈一定精度以(yi)及結構已标準(zhun)化,不需要單獨(du)标定等🔆優點,能(neng)滿足工程測量(liang)的需要。同時,在(zai)設計、制造和♋應(yīng)用孔闆流量計(ji)時,又有國際标(biao)準ISO5167爲依據,因此(ci)在實🐪際工程中(zhōng)被廣泛❌的應用(yong)。在大口徑煤氣(qì)管道的測量中(zhong),也将孔闆作爲(wèi)首選儀表。
　　根據(jù)ISO5167的規定,應用标(biāo)準孔闆的一個(ge)很重要的前提(ti)條件之一,是💛管(guan)道中的介質流(liu)動爲穩定流動(dong)。當孔闆應用于(yu)脈動流情況下(xià)時,作爲标準的(de)ISO5167将不再适用。而(er)且,由于脈動流(liu)動的影響,孔闆(pan)流量計的流量(liàng)🌂示值會産🌈生很(hěn)大的誤差。
　　國際(jì)标準化組織ISO于(yú)1992年通過了技術(shu)報告儀ISO/跟TR3313《使用(yong)孔闆、噴嘴🔞或👄文(wén)丘利管測量管(guǎn)道中脈動的流(liú)體流動》圖,主要(yao)是針💋對單脈動(dong)源形成的周期(qī)脈動流,讨論了(le)孔⛱️闆流量♊計測(cè)量脈動流時應(yīng)遵☎️循的一些指(zhǐ)導原則,并指出(chū)了一定的脈動(dòng)幅值範圍内流(liu)量計測量示值(zhi)誤差的估計公(gong)式。
　　煤氣廠外輸(shu)煤氣管道中的(de)流量計量問題(tí)時,遇到的脈動(dòng)⭕氣流🔅是一種由(you)多個脈動源形(xing)成的,脈動幅☀️值(zhí)較大的非正弦(xián)、無明顯周期性(xing)且受輸出端變(bian)化負載影響的(de)複雜脈動流動(dong)。在運用孔🔞闆流(liu)量計測量這種(zhong)複雜脈動氣流(liu)時,如何估計其(qi)指🥰示流量值的(de)誤差範圍,這己(jǐ)超過廠技術規(guī)程ISO/跟TR3313中的規定(ding)。
　　經過一年多的(de)以ISO/跟TR3313爲主要依(yī)據,在理論分析(xi)的基礎💞上,提出(chū)了🔞一種複雜脈(mò)動流條件下孔(kǒng)闆流量計示值(zhí)誤差估計的工(gōng)程實用方法。實(shí)驗結果表明,按(an)這種方👨‍❤️‍👨法估計(ji)👅的複雜脈動流(liu)動情況下的孔(kong)闆流量計誤差(chà)與生産部門的(de)長期🌈統計數據(jù)基本相符😄。
一、脈(mo)動流對孔闆流(liú)量計影響的羞(xiū)本原理
　　脈動流(liu)對孔闆流量計(ji)示值誤差的影(ying)響來自兩個方(fāng)面☂️:一是對孔闆(pǎn)流量計一次元(yuan)件産生的影響(xiǎng),即孔闆流量💔計(ji)在☎️測量🈲脈動流(liú)時所存在的原(yuán)理上的誤差;二(èr)是對孔闆流量(liàng)計信号傳遞及(jí)轉換系統和流(liú)量計算方法所(suǒ)産生的影響(見(jian)圖l)。

　　從脈動(dòng)流條件下孔闆(pǎn)(一次元件)響應(yīng)行爲的研究中(zhong)可以得到,在管(guǎn)道中的流動爲(wei)一維流動的假(jiǎ)設下,孔闆對脈(mo)動🔅流的響應🆚可(kě)根據非穩定流(liu)動量方程和連(lián)續性方程導出(chū)比41:

式中
q(t)—管道中(zhong)的被測流量信(xìn)号
△P(t)—孔闆兩側的(de)差壓信号
ρ—流體(tǐ)密度
K1、K2—系數
其物(wu)理意義爲：
①在脈(mò)動流動狀态下(xia),孔闆流量計的(de)基本特性沒有(yǒu)改變,即它💔的輸(shu)出△P(t)與輸人量q(t)之(zhi)間仍然保持着(zhe)均方根的關系(xi)。
②此時孔闆兩側(ce)的差壓信号可(kě)視爲兩部分組(zu)成:一部分是流(liú)體通過節流孔(kong)時遷移加速(Covnectioaccel-acecel)産(chan)生的差壓,在理(lǐ)想情況下☂️這部(bu)分差壓與該瞬(shùn)時脈動流量質(zhi)量相同的流體(tǐ)在穩定流動時(shí)産生的⁉️差壓△P(t)。相(xiang)同;另🈲一部分是(shì)由于要克服流(liú)體慣性以實現(xiàn)流體瞬時加速(su),即dq(t)/dt引起的額外(wài)差壓△P(t)。所以,脈動(dòng)流産生的差壓(ya)爲:

　　因此,用孔闆(pǎn)測量脈動流時(shí),其差壓輸出值(zhi)會增大(對相⭐同(tong)的平均流量而(er)言),并産生流量(liang)示值正誤差,國(guó)外的研究及實(shí)驗結果證實了(le)這一結論。
　　在滿(mǎn)足ISO/TR3313規定的阻尼(ni)和安裝條件的(de)前提下,假定不(bú)考🌈慮孔闆流量(liang)計的二次儀表(biao)(包括 差壓變送(sòng)器 和導壓管線(xian))的誤差,且脈動(dòng)的瞬時差壓值(zhí)是采用㊙️快🌈速響(xiang)應的儀表直接(jie)在孔闆處測得(dé)的,那麽,對于不(bú)可☁️壓縮流體🐅,用(yong)上述方法測得(dé)的差壓值取時(shí)間平均值後,按(àn)ISO 5167給出的公🔅式計(jì)算得到的流量(liang)值與實際的平(ping)均流量值之間(jian)将有一個正的(de)系統誤差Er,并可(ke)按下列公❄️式估(gū)計：

可以按下列(liè)公式估計流量(liang)示值誤差:

　　由于(yu)脈動效應在二(er)次裝置(導壓管(guan)線、差壓變送器(qi))會引起孔闆流(liú)量計示值的随(suí)機不确定性,特(te)别是在二次裝(zhuang)置中差壓的進(jin)步畸變,會導緻(zhi)流量計算中孔(kong)闆均方根校正(zhèng)的失敗。另一方(fang)面,孔闆的流出(chū)系數在脈動流(liu)狀态下的變化(hua)也會導緻流最(zuì)示值的附加不(bú)确定度。因此,采(cǎi)用孔闆流量計(ji)測量脈動流時(shí),不能直接☎️應用(yòng)ISO 5167,必須先按照ISO/TR 3313的(de)要求進行設計(ji)📞,但安裝要求等(deng)仍🎯應滿足ISO 5167的規(gui)定。
二、實際輸送(song)過程及測裏系(xi)統
1.煤氣生産傳(chuan)輸流程簡介
　　某(mou)煤氣廠煤氣的(de)生産和傳輸過(guo)程如圖2所示。煤(mei)氣發生爐産生(shēng)♋的煤氣,經傳輸(shu)管路分别輸人(rén)和存儲🛀🏻在1“、2“、3”三個(gè)儲✔️氣櫃♋中。當需(xū)要向城市煤氣(qì)管網(簡稱外網(wang))供氣時,可根據(jù)需要,同時開💯啓(qǐ)不同台數的往(wǎng)複式活塞壓縮(suō)機,将儲氣櫃中(zhōng)的煤氣抽出,壓(ya)縮後排人彙流(liu)管和采集管,然(rán)後分别從南、北(bei)兩條直徑爲🐪630n二(èr)的管線送人城(chéng)市管網。

2.煤氣流量計(jì)計量系統
　　計量(liang)煤氣流量的2台(tái)孔闆流量計分(fèn)别安裝在南、北(běi)管線_L,與🔆孔⛱️闆配(pei)套的2台差壓變(bian)送器被安裝在(zai)管道一側的儀(yi)表箱内,差壓變(biàn)👅送器的輸出信(xìn)号通過導線接(jie)到安裝在控制(zhi)室内的二次儀(yi)表。
　　該煤氣廠現(xian)有的 煤氣流量(liang)計 量儀表系統(tǒng),按其功能分成(chéng)現場檢測、信号(hào)轉換和💰流量積(jī)算打印三個部(bu)分,圖3爲計量系(xì)統構成圖。
　　圖3中(zhōng),現場流量檢測(ce)采用可換孔闆(pǎn)節流裝置,該裝(zhuāng)置能确保孔闆(pan)在管道中的垂(chuí)直度和同心度(dù)符合國家标準(zhun)。信号轉換㊙️部分(fèn)應用K系列差壓(yā)變送器。 流量積(ji)算儀 和打印部(bu)分采用大量程(chéng)比質量流量儀(yí),該儀表能⛷️對現(xian)場壓力🥰、溫度、雷(lei)諾數進行在線(xian)補償,其鼠程比(bi)爲1:01,高于常規質(zhi)量流量儀表。其(qi)采樣時間爲每(mei)10胖采個數,連續(xù)采8路(每路采10次(cì))然後取平均,計(jì)算周期爲⁉️5。

　　此外(wai),煤氣的成分分(fèn)析、含水量及灰(hui)塵雜質等數據(ju)的🈲測量,由專🚩門(mén)工作人員按規(guī)定的抽樣檢驗(yàn)時刻🚶‍♀️完成。
3.煤氣(qi)輸送管道中的(de)煤氣流動狀況(kuang)
　　該煤氣廠煤氣(qi)輸送管道中的(de)煤氣流動是一(yī)種複雜的脈動(dong)流💋動工況。圖4、圖(tú)5反映了流速的(de)脈動狀況⁉️。


　　對于(yu)不同工況下的(de)脈動流動,除廠(chang)排出流量的大(dà)小☎️不㊙️同以外,所(suǒ)産生的脈動頻(pín)率和脈動幅值(zhi)也都👌有所區别(bié)。從實驗分析的(de)結果來看,随着(zhe)開機台數的增(zeng)加🈚,脈動頻率逐(zhú)漸🐇升高,脈動幅(fu)值逐步降低。
　　通(tōng)過實際測試還(hai)可以得到,在不(bu)同的季節和開(kai)機狀态下,外網(wang)負載(壓力)也發(fā)生變化,其變化(huà)範圍爲✏️0.05~0.14MPa,變化幅(fú)值達到土50%。
　　當外(wài)網負載變化時(shi),由多脈動源形(xíng)成的複雜脈動(dòng)流的波形也有(you)所變化。除了随(sui)着外網負載的(de)變化,壓縮機的(de)開機☀️工況不同(tóng)外,在同一工.況(kuang)情況蔔,壓縮機(jī)的工作狀态也(ye)發生變化♊,随着(zhe)外網負載壓力(lì)的升高.壓縮機(ji)的一工作效率(lǜ)🔴降低,排氣城減(jiǎn)少,針道中流體(ti)脈動的頻率和(he)幅值也都随之(zhī)發生變化❌.
三、煤(méi)氣輸送管道中(zhong)脈動流動的測(cè)量
　　對孔闆在複(fu)雜脈動流動狀(zhuang)态蔔的響應行(hang)爲進行分💯析時(shí),可以得到流體(tǐ)運動學最基本(běn)的非穩定流的(de)動吊-方程和連(lian)續性方程仍然(rán)成立。因此,在讨(tǎo)論孔闆前後取(qǔ)壓孔之間的差(cha)壓🌏信号△p(t)與被測(ce)脈動流鼠q(t)之間(jian)的關系時,做如(rú)下假設,即
①在流(liu)體流過孔闆時(shí),仍被認爲是維(wei)流動;仁)在全部(bu)複雜脈🏃‍♀️動流動(dong)過程中,流體的(de)流線形狀不發(fā)生改🌈變、根據這(zhe)些假設,對于不(bu)可壓縮流體,從(cong)兩個基本方程(cheng)出發差服信号(hào)△p(t)與被測脈動流(liu)量q(t)之間關系可(kě)以用公式♈表示(shi):

由此，可以得到(dao)：
　　在複雜脈動流(liú)動狀态下,描述(shu)孔闆的非定常(cháng)流動的基本🔞方(fāng)程沒有發汁改(gai)變,即它的輸出(chu)量△p(t)與輸入量q(t)之(zhi)問仍👈然保持均(jun)方根🤩關系,并同(tóng)樣受到脈動流(liu)狀态蔔,流體的(de)瞬時慣性作川(chuan)和流辰系數變(bian)化的影響。
②ISO/TR3313中所(suǒ)讨論的單一脈(mò)動源、周制期性(xing)脈動流的情況(kuang)相🎯比發生變化(hua)、在複雜脈動流(liú)的狀況下,式(10)中(zhōng)的系數人,所代(dài)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻表的瞬時🐅慣性(xìng)的影響和K2所代(dai)農的流量系數(shù)變化的影響也(yě)就不同了。
.在分(fèn)析煤氣廠外輸(shu)煤氣針道中複(fu)雜脈動流測量(liàng)誤差範圍時,主(zhu)要考慮以蔔兩(liǎng)個方面:
任何周(zhou)期信号均可用(yòng)傅立葉分析的(de)方法，分解成若(ruò)幹個周期🎯信号(hào)之和，非周期脈(mò)動對孔闆流量(liang)計輸出差壓🔱信(xin)号的影⭐響，可以(yi)看做是若幹個(ge)單一頻率周期(qi)㊙️脈動的作用之(zhi)和（條件是基頻(pín)🏒響應遠大于💞其(qí)它諧波分量影(yǐng)響）。
②利用現場存(cun)在獨立的質量(liàng)流量參考系，即(jí)用時間☀️容積+密(mi)度🏃🏻‍♂️的測量方法(fǎ)可以确定被壓(yā)縮機抽取的煤(mei)氣質量流量（穩(wěn)态值），爲現場計(jì)量系統提供“點(dian)”檢驗數據，并對(duì)其🌈它各種因素(su)（包括二次儀表(biao)、流量系數變化(huà)等）造成疊加誤(wu)差和計算中帶(dài)來的誤差進行(hang)校正。
　　根據以上(shàng)描述，以ISO/TR3313爲主要(yao)參考，提出一種(zhong)工程實用方法(fa)來📐估✂️計該孔闆(pan)流量計測量複(fú)雜脈動流時所(suo)産生的附加誤(wu)差。
用孔闆測量(liang)差差壓脈動信(xìn)号的時間曆程(chéng)，進而确🛀🏻定脈動(dòng)幅度㊙️。
②對差壓△p(t)信(xìn)号進行傅立葉(yè)分析,确定脈動(dòng)信号的基頻和(hé)其它各次諧波(bō)及相應的幅值(zhi)。
③關于實際煤氣(qì)管網變負載的(de)影響,采取在線(xian)監測☂️、補償的處(chù)☎️理方法。這樣可(kě)以認爲,孔闆流(liu)量計的每個測(cè)🔅量點是在相對(duì)穩定的負載條(tiao)件下測量脈動(dong)💰流。
④取現場标定(dìng)得到的不同台(tái)壓縮機的平均(jun)排氣量,作爲✌️不(bú)同🚩脈動狀況下(xia)管道中煤氣的(de)平均流量(即穩(wen)态流量值),進而(ér)計算得到穩定(ding)差壓值△ps。
⑤運用ISO/TR3313中(zhōng)的誤差估計公(gōng)式,對孔闆流量(liang)計的示值誤差(chà)🛀🏻進行估算,得出(chu)一、二、三、四台機(jī)工作時各自對(duì)應的流量顯示(shi)值✍️誤差ET。
⑥在現場(chang)的儀表測量取(qǔ)多次平均結果(guo)的前提下,将現(xiàn)場流✍️量🈚計二次(ci)儀表的指示值(zhí)Qv(标方)與壓縮機(jī)的平均輸出流(liu)量值QS相比較,可(ke)以得到現場流(liu)量儀表⭐的示值(zhí)誤差Ev。
⑦以現場儲(chǔ)氣櫃爲标準容(róng)積,采用時間一(yī)容積法對壓✉️縮(suo)機抽取氣體質(zhì)量流量進行現(xian)場标定,以作爲(wei)上述🚶誤差估計(jì)方法🌈的“點😄”校驗(yàn).
四、實驗測試結(jié)果
1.管道中煤氣(qì)氣流脈動狀況(kuàng)
根據ISO/TR3313中的要求(qiu),主要讨論以下(xia)幾個基本參數(shù):
①脈動幅值
在現(xian)有條件下,通過(guo)實驗測試和計(ji)算可以得到不(bu)同脈動工況下(xia),差壓脈動幅值(zhí)的變化範圍,如(ru)表l所不。

　　從表l可(kě)以得到,外輸煤(méi)氣管道中差壓(ya)脈動的幅值均(jun)已超過🧡ISO/TR3313中規定(ding)的脈動流動與(yu)穩定流動區别(bie)的阚值。因此,對(duì)于各種開機🏃🏻工(gōng)況,均應作爲脈(mò)動流動來考慮(lǜ)。
　　從表2可以得到(dào),不同脈動工況(kuàng)下流速的脈動(dong)諧波頻率📐集中(zhōng)在較低頻的範(fan)圍。因此可以認(rèn)爲,外輸煤氣管(guan)道中氣體🏒的脈(mò)動流動屬于低(di)頻範圍的複雜(zá)脈動流動。

2.流量(liàng)示值誤差
　　根據(ju)實測的差壓值(zhí),以在1個大氣壓(ya)、0℃狀态下,管道壓(yā)力爲0.1MPa左🏃‍♂️右時😍,現(xiàn)場标定的壓縮(suō)機排氣量87m3/min爲穩(wěn)态流量值,按ISO/TR3313中(zhong)公式進行計算(suàn)的脈動誤差如(rú)表3所示。

如果考(kǎo)慮按不同的開(kai)機台時比例計(ji)算綜合流量示(shi)👉值誤差爲:

　　根據(ju)實際開機台時(shí)統計,假設l、2、3、4台機(ji)的開機時間比(bi)爲💛0.5:4:1:4.5,則其☀️總綜⭐合(hé)流量示值誤差(cha)爲:17.5%一22.5%。
3.實際統計(jì)結果
　　根據有關(guan)統計結果,現有(yǒu)計量儀表系統(tong)的平均煤氣計(jì)量與壓縮機累(lei)積台時(壓縮機(jī)排氣量以90m3/min計算(suàn))相比,分别相差(chà)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻13.56%和13.2%一19.2%,換算🆚到壓(yā)縮機排氣量(以(yǐ)87m3/min計算)時,則相差(cha)比例如表4所示(shi)。

五、結論
　　通過對(duì)煤氣廠輸氣管(guǎn)線中脈動流動(dòng)對孔闆流量計(jì)計量影響的現(xiàn)場測試分析,可(kě)以得到,現有的(de)流🔱量計量誤差(cha),主要是孔闆流(liu)量計工作在脈(mò)動流狀态時,其(qí)本身的工作條(tiáo)件發生變化的(de)💞結果。也就是說(shuo),即使儀表本身(shen)工作完全正常(chang),在脈動流狀态(tai)下由儀表組成(chéng)的測量系統同(tóng)樣會産生明顯(xian)的流量示值誤(wù)差。
　　通過對多脈(mò)動源、非周期、高(gāo)幅值脈動流動(dòng)狀态下孔闆流(liú)量計示值誤差(chà)估計的研究所(suo)提出的工程實(shí)用方法,對煤氣(qi)廠外輸煤氣管(guan)道中煤氣流量(liang)計量誤差的估(gū)計,具有一💔定的(de)幫助作用。

以上(shàng)内容源于網絡(luò)，如有侵權聯系(xì)即删除!