提高差压式蒸汽流量计测量精度的探讨

　　0　引言

　　目前,上海地区的供热公司对蒸汽计量仪表基本上都采用了集中管理的模式,且智能化程度在不断提高。上海桃浦热力公司采用华明智能仪器有限公司的蒸汽计量系统,整个系统从管道的取样到控制室的管理,基本上可分为3个部分:即安装在蒸汽供热管道上的现场测量仪表(IAS-8660流量多参数智能变送显示仪)、热网监控中心的计算机管理平台(IAS—智能化热网数据处理中心)以及连接这两部分的数据传输系统(IAS-8010D2 GPRS———移动适配器)。在这3部分中,对计量仪表精度影响最大的是IAS-8660流量多参数智能变送显示仪,下面仅就此仪表与其他仪表的不同之处作一探讨。

　　热工计量仪表主要有4大类:温度、压力、流量和物位。蒸汽计量,尤其是过热蒸汽的计量,就涵盖了前3类。用于贸易结算的蒸汽计量仪表和用于其他用途(比如用于过程控制)的蒸汽计量仪表相比,有其特殊性,最明显的区别是:用于贸易结算的蒸汽计量仪表的误差是根据相对误差来定义的,而用于过程控制的蒸汽计量仪表的误差是用引用误来定义的,两者的区别在量程的起始阶段即小量程时表现尤为明显,显然,前者的要求远远高于后者。

　　为了进一步完善和改进贸易结算用蒸汽计量仪的功能、精度和稳定性,协助华明智能仪器有限公司研发和推广应用了IAS-8660流量多参数智能变送显示仪。该流量计是严格按照国标GB/T 2624-93的要求设计,集夹持孔板、差压变送器、压力变送器、测温元件、显示及运算仪表为一体的全动态补偿的多参数差压式孔板质量流量计,该蒸汽流量仪不仅具有上述所叙智能化流量计的全部功能,还具有本身的一些特点,以求改善和提高流量计的精度及稳定性。本文仅就这些特点进行探讨,与其他智能化流量计相同的功能部分就不再涉及。

　　1　流量测量的全工况动态补偿

　　根据能量守恒定律和流动连续性方程可知,在被测介质的输送管道上安装一节流件,流束将在节流间处形成局部收缩,从而使流速增加,静压降低,在节流件前后产生静压差。根据介质的流速和节流件上下游两侧差压之间的一一对应关系,测出介质的流速,然后根据管径得出流体流量,再对时间积分得出总量。

　　根据国标GB/T 2624-93,流体的质量流量和差压的关系由下式确定:

　　式中:qm为质量流量;C为流出系数;β为直径比;ε为可膨胀性系数;d为工况条件下节流件节流孔直径;ΔP为差压;ρ为流体密度。然而,迄今为止,绝大多数的孔板流量计都采用简化的计算公式来进行流量计算,即:

　　在这个被简化的计算公式中,使用常数来表达流出系数、渐近流束系数、气体膨胀系数、流量系数等,流体流量只与差压值和密度有关。虽然这种方法能满足测量的一般要求,但是在实际工况下这些系数都是过程变量函数,随工况的变化而变化,这种变化将影响测量的精度,并导致其测量范围的减小,特别是下限的测量范围仅为量程的1/3处。因此,传统的计算方法不能真正表达流体的实际流量,特别是在较大的流量变化范围内,造成一定的误差。