水煤气密度变化对孔板测量影响的分析与计算

　　孔板作为使用历史最久、理论与实践数据最为丰富的流量检测装置, 由于其价格低廉、原理简单、可靠性较好、易于维护等特点, 已广泛应用于冶金、化工等行业。

　　经过长期的探索, 孔板的设计公式和参数计算公式相当完备, 它是一种可靠的流量检测装置。然而, 与其他类型的计量仪表( 如质量流量计、漩涡流量计等) 相比, 其误差较大。产生偏差的根本原因不是孔板本身的因素, 而是被测介质的特性发生了变化, 如温度、压力、密度、黏度等。只要被测介质的特性与孔板设计要求相符, 孔板测量的误差就可忽略不计; 但是, 如果煤气的实际密度与设计密度产生偏差, 就将导致孔板的测量结果也会产生偏差, 为此用户应及时修正有关参数以减少测量误差。本文结合气源厂送衡钢煤气总管的孔板在使用过程中遇到的具体问题, 谈谈被测水煤气的密度变化对孔板测量的影响。

　　一、基本情况

　　气源厂送衡钢煤气总管流量检测装置FIQ-101, 是由圆缺孔板、差压和压力变送器、热电阻及流量积算仪组成温压补偿的流量测量系统。因用气量增加, 经供、用气双方协商, 更换原孔板, 但更换后发现, 流量积算仪的累积量和实际测量误差为5%～6%左右, 偏差较大。根据相关的基础数据, 确定新孔板的如下已知参数和计算结果值:

　　(1)刻度流量: 15000Nm3/h

　　(2)工艺管道: Ф630×6

　　(3)管道材质: Q235A

　　(4)工作表压力: 35kPa

　　(5)工作温度: 30℃

　　(6)节流件型式: 法兰取压圆缺孔板

　　( 7) 介质密度: 0.766kg/m3( 这是在标准状态即0℃、101.325kPa下的介质密度)

　　(8)当地平均大气压: 99.82kPa

　　(9)最大差压: 1000Pa

　　(10)工况下开孔d: 384.26mm

　　(11)相对湿度: 100%

　　二、原因调查与分析

　　1.仪表检查

　　对组成流量测量系统的仪表实施全面检查, 设计、安装正确, 差压变送器的校验数据、方法正确, 标准仪器合格, 流量积算仪的参数设置及算法正确。

　　2.工艺检查

　　操作温度、压力与设计基本相符, 其中操作温度约为20℃。

　　3.组分化验

　　经过化验, 被测煤气的实测密度与原设计有较大偏差, 化验结果如表1所示。

　　4.原因分析

　　由于伯努利原理下的孔板计算有密度不变的假定,所以设计密度与实际密度相同。而被测煤气为混合物,由多种不同的分子组成, 在实际使用中, 由于工艺因素、原料煤性质的变化、产品成分的改变等, 都会改变被测煤气的组分和比例, 从而使煤气的实际密度与设计密度产生偏差, 违背了伯努利原理, 导致孔板的测量结果也出现了偏差。结合表1可以认为, 新孔板测量不准的原因是由于被测介质的组分发生了变化而引起平均分子量的变化, 从而引起密度变化。介质的标况密度由设计的0.766kg/m3增加到0.8315kg/m3, 造成仪表的指示偏高。