脉动气流对孔板流量计示值影响的实验研究

　　1　引言

　　根据国际标准ISO 5167的规定,标准孔板应用的重要前提条件之一是管道中介质的流动为稳定流动[1]。当孔板应用于脉动流情况下时,孔板流量计的平均流量示值会产生很大误差。基于国际上多年来的研究成果,国际标准化组织ISO于1992年通过了“使用孔板、喷嘴或文丘利管测量管道中脉动的流体流动”的技术报告ISO/TR 3313[2],并于1998年重又公布了ISO/TR 3313“在封闭管道中流体的测量———脉动流影响下流量测量装置的应用准则”[3]。其中明确指出,减小流动的脉动幅值是保证流量准确被测量的前提。在实际生产中,由于旋转式、往复式或各种可运动传送设备的使用,使得在工业管道中脉动流动大量存在。然而,许多行业设计部门对被测对象是否存在脉动流动工况、脉动流严重程度如何,以及在这种条件下应如何进行流量计量系统的选型、设计、安装等问题似乎也没有深入考虑,而只是简单地按照流量计的应用标准,在流量仪表前后安装一定长度的直管段后,直接进行流量测量,使计量值产生很大误差。近年来,随着社会主义市场经济的深入,人们常常需要根据流量计量结果对企业的运行效益进行估计,或者作为供需双方结算的依据,因而对流量计量的精度的要求越来越高。对于在脉动流条件下流量测量问题应采取何种措施解决,也越来越受到计量工作者和工程技术人员的重视。

　　目前,在我国城市煤气行业中主要应用大口径孔板流量计作为煤气出厂计量的依据。但是,由于流量计距离压缩机较近,受脉动流影响较大,计量结果往往产生较大误差。针对这种情况,我们以煤气传输管道中的脉动流动为研究对象,在实际工业管道上进行了多次的测试;依据ISO/TR 3313分析了实验数据,讨论了实际生产过程中形成的复杂脉动流对孔板流量计的影响;进行了在脉动流条件下,导压管线长度、差压变送器动态响应等对孔板流量计测量结果影响的实验研究。

　　2　脉动流条件下孔板流量计的响应行为

　　根据ISO/TR 3313规定,在工业管道中、单脉动源和周期脉动流的作用下,当流体流过节流元件时形成差压信号的脉动幅值满足下式时,可视为脉动流:

　　孔板流量计信号传递框图如图1所示。根据孔板流量计差压信号的产生和传递过程,可以得到在脉动流状态下,孔板流量计测量值相对于真实平均流量值示值误差的产生主要由以下3部分构成.

　　2·1　脉动流对在孔板上下游取压孔处产生差压信号的影响

　　在脉动流动状态下,如果流体流过孔板时,仍被认为是一维流动;并且在脉动周期内流体的流线形状不发生改变,那么,对于不可压缩流体,孔板前后取压孔之间的差压信号Δp(t)与被测脉动流量q(t)的关系,可根据动量方程和连续性方程式推导出如下表达式[4]: