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蒸汽计量量值的正确传递和试验装置

时间:2018/01/28来源:未知

    国际上蒸汽计量的量值传递标准主要有两种。一种是以空气为介质,用音速文丘利喷嘴作为标准表,离线进行量值传递,这种方法主要用在气体流量计(包括熬汽流量计)生产厂和中心测试站。它的主要优点是安全、介质热物性稳定、精确度稳定可靠及设备投资费用便宜。另一种方法是用音速文丘利喷嘴作为燕汽流量标准表,这种方法主要用在蒸汽流量计的使用单位,供验收新购蒸汽流量计和仪表维修后重新标定和定期复标用。它的优点是利用现成气源,所以设备投资费用更低(建立一套5t/h的标准装置只需投资5万元左右),直接用蒸汽介质实标,其精确度指标稳定可靠且为用户接受;燕作热能仍可利用。上述两种方法已经国际标准化组织I5U9300在1990年8月正式批准,成为正式国际标准。

     一、概述:
    国外曾在70年代,对小口径蒸汽流量计采用燕汽称重冷凝法进行量值传递,但是存在以下缺点:  
   (1)能耗太大,如要冷凝约5ok$蒸汽,约需2t冷却水,即除5okg燕汽的热能浪费外,尚需浪费2t水。
   (2)蒸汽冷凝成水,在管壁与容器壁中凝聚有很多水滴,这些水滴量每次凝聚都不一样,这不确定度会造成精确度下降;
   (3)秤的灵敏度不够,因为称量配置,必须具有冷却水量与蒸汽冷凝成水的重量,也就是说秤的灵敏度必须达到0. 02%以上,刁能满足装置的准确度要求;    (4)对开口型的冷凝蒸汽器,当标定流量较大时,蒸汽在冷凝过程中会使蒸汽外溢,影响准确度;
   (5)设备投资费昂贵;  
  (6)压力难以稳定。

    二、基本原理和试骏装皿:
  1.基本原理音速文丘利喷嘴形状如图1所示。
图1

    当气体通过音速文丘利喷嘴喉部最小截面时,在达到临界压比条件下,即Psl P}临界值(对空气来讲P3/Pl} 0. 528),则气体通过该截面上速度达到最大值且保持不变,即通过该喷嘴的质量流量QKl是一个定值,当测知音速文丘利喷嘴人口处的压力P,和Ti后,质量流量就可按下式计算:。:一,CCdP,/蔚(kg/h)式中仇,—通过音速文丘利喷嘴的质量流量,            kg/h      A—音速文丘利喷嘴喉部截面积,mzm      C—标定介质(气体)的临界流函数(对            不同气体是不同的)    C—流出系数(在音速喷嘴试验装置上            实标获得)      P,—音速文丘利喷嘴人口滞止压力,Pa    不—音速文丘利喷嘴人C滞止温度,K      R—通用气体常数

      R=8314, 3J/kmol·K      M—标定介质的分子量,kg/kmol    当气流通过音速文丘利喷嘴喉部截面后,由于Pz >  P3,所以在音速文丘利喷嘴喉部后扩大锥管某部位一定会产生激波,在激波作用下,使音速(或超音速)气流立即转变为亚音速气流,在扩压管的作用下,使乃/月= 0. 88(对空气)就能满足在喉部截面上临界压比的要求。
   2.以空气为标定介质的离线气体标定装里(见图2)
图2以空气为介质的气体(包括蒸汽)流量计葬标定装置



图2以空气为介质的气体(包括蒸汽)流量计葬标定装置
    本文只介绍常压法。在真空泵抽气作用下,气流从试验室吸人,经过被校表(试验压力基本等于大气压力)、流量调节阀,进入音速文丘利喷嘴组件,按被校表流量检定点,开启一个(或多个)音速文丘利喷嘴,就可获得检定点流量。根据连续性原理,通过被校表的质量流量仇z一定等于马l ,当标定介质选定后,则每只音速文丘利喷嘴的流量系数(即R/M, C,Co,A)就已确定,所以质量流量只测知P , T,和马1就可获得。当测知乃和Tz,则通过被校表的体积流量Q也就可似求得,本装置系统精确度可达士0. 35%,如自动化要求不高,标定流量为5. 5一1000m3/h,则投资
图3以蒸汽为介质的蒸汽流量计标定装置

图3以蒸汽为介质的蒸汽流量计标定装置
费用约需6万元(非标设备加工自筹)。    图3系统是以蒸汽为标定介质的实汽标定系统,根据标定流量需要,适当调节阀1开度,并全开阀2和阀3,使蒸汽分流一部分通过被校表,以满足流量计标定点的流量需要。本系统的精确度可达士0. 5,如校验流量计的最大气量为5t/h,则投资约5万元。

三、以空气为标定介质的离线气体标定装置方案:
    建立以音速文丘利喷嘴为标准表的气体试验装置,既可在高压下进行气体流量计的标定,又可在常压下进行标定。而且前国内外所生产的主要气体(包括蒸汽)流量计,按其原理划分,有差压类、速度类和容积类(蒸汽只有前2种)3种。这些流量计按计量法规定,在投人使用前必须进行流量特性试验,也就是说必须告诉用户每台流量计的准确流量系数。那末用高压还是用常压进行标定,哪一种更经济、实用、安全、效率高、精确度高、噪音小及投资省呢?回答是后者。首先从气源比较,要达到4500m3/h气量,如用SK-27水环式真空泵只需4台,其投资6, 4万元,能耗160kW,如用空压机作为气源,即使流量计标定状态也是在常压进行,则需14台ZZ-6/8空压机,其设备投资费为56万元,能耗为560kW,如在0. 6pPa状态进行流量计标定,而流速也要达到流量计规定要求,则其设备投资费用和能耗要增加上述的6倍。又由于大气中含有一定量水蒸气,经空压机压缩后,其未饱和汽,不仅已饱和,而且已成二相流,如以大气相对湿度80,经空压机压缩到0, 6 MPa状态时,经计算其相对湿度tp -334%,即已成二相流。这种气质是无法满足气体流量计的标定要求的。为此,必须在空压机后加除湿装置,如用14台GWV-6/8无热再生空气干燥净化装置,其设备投资费约28万元,由于空压机排出的气体是半波脉动,所以必须采用一系列稳压措施,又要增加大量投资。
   如用常压法检定各种气体流量计(包括蒸汽),投资能耗就比较经济,精确度也比较高些。又由于它使用无限场大气作为气源,气体在经过被校表时,气体状态没有经过剧变(即压缩),其大气中湿度是可以测知的,所以可以修正。    那末气体(包括蒸汽)流量计在生产厂出厂时用常压标定所得结果系数,当用在高压时其影响又如何呢?即压力影响对差压类仪表,如孔板流量计,国内外都公认,其流量系数随雷诺数变化略有变化,并有在不同雷诺数时的对应值。对速度类仪表,如涡街流量计,国内外也基本上承认,只要雷诺数在规定范围内,其系数是不变的,对于分流旋冀式蒸汽流量计,其计量部分采用孔板,而计数部分由节流喷嘴和旋转叶轮来完成,这类流量计用常温常压标定,应用于高温高压蒸汽,除应调整密度补偿轮外(或密度换算修正),还应修正孔板和节流喷嘴不同材质的热膨胀系数以及对叶轮阻尼水在标定tr7使用温度不同所引起的粘度修正,笔者曾对上海光华仪表厂生产的笋50口径分流旋翼式蒸汽流量计,在T=133℃的蒸汽中实标结果,与在以空气为标定介质的常压法气体试验装置上复标,结果达到该表精确度要求。

四、结论:
   (1)蒸汽计量量值传递标准,应采用国际_L推荐的音速文丘利喷嘴为宜。
   (2)气体流量计生产厂和使用单位,如要建立气体计量标准,以建常压法气体计量装置为宜。

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