在石油(you)、化工、熱電、石化等(děng)廠礦企業裏,采用(yòng)着大量的各👌種類(lèi)型蒸汽流量計。由(you)于以蒸汽作介質(zhi)對蒸汽流量計實(shí)測檢定難度🐪大🚩、精(jing)度低⚽、費💔用高,緻使(shǐ)一些使用蒸汽流(liú)量計的單位,不🥵願(yuàn)送出去檢定;而有(yǒu)能力開展這項檢(jian)定業務的單位盡(jin)管很少,就是這很(hen)少的單位,也因檢(jiǎn)定成本太高,難⭕度(dù)又大,也不願開展(zhan)這項業務。造成一(yi)些企業,甚至是♉一(yī)些技術好的大型(xíng)企業,對蒸汽計量(liang)管理也存在很㊙️多(duō)問題:對蒸汽計量(liang)儀表僅能修理不(bu)能檢定🤞;蒸汽計👨❤️👨量(liàng)率低;蒸汽計量儀(yí)表精度低誤差💞大(da)。這給企業的成💞本(běn)核算和節能降耗(hào)帶來很大影響。
爲(wei)了改變這種狀況(kuang),國内外一些有能(néng)力的有關院、所和(hé)企業,都在積極投(tou)資、組織人力研究(jiū)以空氣代替蒸汽(qi),對蒸汽流量計進(jìn)㊙️行檢定的問題,并(bing)且認定這是今後(hòu)的發展方向。但是(shì)研究進展速度不(bú)太理想,我們的蒸(zheng)汽流量計檢定站(zhàn)從1989年建立以來至(zhi)今尚未拿出滿💃意(yì)的數據,而從聽說(shuō)有研究此課題(國(guó)☂️外)的以來,至今10多(duo)年了,與外商接觸(chu)談及此問🌐題時,他(ta)們回答仍是說在(zai)研究。當然是由于(yu)保密的原因吧,國(guó)内外的一些研究(jiu)進展較快的單位(wèi),都不願多透露半(ban)點信息。緻使我們(men)至今🐅尚未見到真(zhēn)正從理論上闡述(shu)利用空💋氣代替蒸(zheng)汽進行蒸汽🔴流量(liàng)計檢定的任何資(zī)料,更談不上有實(shi)測或修正數據供(gòng)推廣應用。這裏談(tan)點個人浮淺的🌈看(kàn)法,願它能起到抛(pāo)磚引玉和推波助(zhu)瀾的作用。
能不能(néng)用壓縮空氣代替(ti)蒸汽對蒸汽流量(liang)計進行檢❓定?能,有(you)什麽理論依據?又(yòu)是怎樣的代替法(fǎ)呢?
1用壓縮空氣代(dai)替蒸汽對蒸汽流(liú)t計進行檢定的可(kě)能💚性
理論依據就(jiù)是從流體力學角(jiao)度出發,根據相似(sì)原理,兩個幾何🔅上(shàng)相似的流束,如果(guo)它們的雷諾準數(shù)值相等,即流束在(zài)流體動力學上是(shi)相似的,這時其🧑🏽🤝🧑🏻流(liu)量(出)系數也❌是相(xiàng)等的。基于這個理(li)論,在對蒸汽✍️流量(liàng)計檢定時,設法使(shi)壓縮空氣在管道(dào)内流動的🐉雷諾數(shù)值,等于蒸汽在此(ci)管道内的流動的(de)雷諾數值時,即認(ren)爲兩個流束在流(liu)體動力學上是相(xiàng)🐇似的,它們的流量(liang)(出)系💁數也是♻️相等(děng)的,通過檢測設備(bèi)檢測,在檢定裝置(zhi)上顯示出的值也(ye)是相同的,即達到(dào)以壓縮空氣代替(tì)蒸汽的目的😄。
2計算(suàn)分析
如何代替呢(ne)?基于上述原理,爲(wei)了使空氣和蒸汽(qì)在相同管道内的(de)雷諾數達到相同(tóng)的條件,進行計算(suàn)分析如下。
根據基(ji)礎數據不同,雷諾(nuo)數計算可采用的(de)計算公😘式形㊙️式🏃🏻(系(xi)數)有所不同。這裏(lǐ)不是求具體雷諾(nuo)數值,而是利用其(qí)公式中的某項因(yīn)子分析壓縮空氣(qì)與💃蒸汽之⛹🏻♀️間的關(guan)🈲系。
據公式eRD一4qm/7r産D知(zhi),在同一個管徑D值(zhí)管道中,幾何相似(si)🐕的兩流束的🈲雷諾(nuo)數值相同時,可對(duì)上式分子上的質(zhi)量流量qm值和分母(mǔ)的動力粘度産值(zhí)分析(二值爲常數(shù)),兩♊者都是可變化(hua)的,但是qm值是可人(rén)爲規定的數,而動(dòng)力粘度産值✔️才是(shi)與兩種氣體固有(you)的性質⭕有關的參(cān)數,當然它是随操(cao)作條件變化而變(biàn)化的⁉️,但是相同條(tiáo)件下,不同氣體,粘(zhān)度産值不同,雷諾(nuo)數計算值就不同(tong),因此粘度産值成(chéng)了分析雷諾數的(de)關鍵。
粘度産值的(de)求取方法,有查圖(tu)法和計算法。查圖(tu)法一般人🔞爲視差(cha)較大,而計算方法(fǎ)人爲誤差較小。何(hé)🐇況布朗利和威爾(er)克🎯對赫希菲爾德(de)方程進行修正後(hou),提出的低壓氣體(ti)粘度方程🙇🏻式,正适(shi)‼️用于我們檢定裝(zhuang)置,一♋般檢定裝置(zhi)在檢定過程中,系(xì)統的壓力🚩都不高(gao),都屬于低壓範疇(chou)的,所以對于♊低壓(ya)氣體—壓縮空氣和(he)蒸汽的粘度産值(zhí)可采用該方程式(shì)進行計算,即
由上(shang)述可知,應先确定(dìng)檢定裝置所采用(yòng)的壓縮空氣和過(guo)熱蒸汽的操作溫(wēn)度條件,才可計算(suàn)。
根據石化流量計(ji)量檢定站的情況(kuàng),确定壓縮空氣的(de)操作溫度爲20℃,即爪(zhǎo)=20+273·15=293.15(K)。而蒸汽采用微過(guo)熱蒸汽,具體操作(zuò)條件是:操作壓🔅力(li)爲㊙️絕壓P絕=gkgfc/m名(注:可(kě)查的标準和工具(ju)書的表格中所涉(she)及到的壓力、粘度(du)、密度等都是舊單(dan)🌈位制,雖然均可以(yi)換算爲新單位制(zhi),考慮⛱️此文隻是論(lùn)證以壓縮空氣代(dài)替蒸汽💯進行蒸汽(qi)流👄量計檢定的道(dào)理,若轉換爲法定(dìng)計量單位時,篇幅(fú)🐉要加長,不😘利于說(shuo)明間題。何況實際(jì)應用時,在此結果(guǒ)的基礎上轉換即(jí)可,結果是一樣的(de)。因此,此文中均未(wei)采用法定計量單(dān)位),過熱溫度爲190℃(飽(bao)和溫度爲174.5℃),即
通過(guò)粘度計算結果表(biǎo)明,空氣和蒸汽在(zài)限定的操作溫度(dù)條件下,空氣的粘(zhan)度比蒸汽的粘度(dù)大。
這裏先按保持(chi)體積量相同分析(xī)—可稱等體積法。已(yǐ)知蒸汽的操作條(tiao)件,即P絕=gkgf/cm2(Ikgf/ cm2=0.1MPa,下同),Tf=190℃，它的(de)密度由查表得知(zhī)ρ汽=4.3687kg/m3，所以空氣的密(mi)度爲
即當檢定蒸(zheng)汽流量計時,本想(xiang)在操作絕壓爲P絕(jué)=9(kgf/ cm2),操作溫度⚽爲190℃的過(guo)熱蒸汽條件下檢(jiǎn)定,若改用壓縮空(kōng)氣代替,按🌈等體積(ji)法計算出,當空氣(qì)操作溫度爲20℃時,其(qí)操作壓力P絕=4.3647(kgf/ cm2)。
(或将(jiang)空氣視爲理想氣(qì)體,由理想氣體方(fang)程式pv=RT得知壓🈲力與(yu)密度💋、溫度等的關(guān)系式爲
兩種計算(suan)結果約有萬分之(zhī)五的誤差,這是正(zheng)常的🔴,可以🔞認爲是(shì)空氣及蒸汽數據(ju)表本身的精度及(jí)計算公式本身的(de)精度等原因所造(zào)成的。)
若保持密度(du)ρ值相同—可稱等密(mi)度法。爲達到qm氣=ρ汽(qì),在ρ汽=ρ汽=4.3687(kg/m3)的條♋件🔆下(xià),V氣/V汽=1.16546,即此時空氣(qì)的體積流量應比(bǐ)❓蒸汽流量增大♊爲(wei)1.14566倍。此時的空氣操(cāo)作壓力可從空氣(qì)密度表_匕用内插(cha)法計算求🈲出,也可(ke)用氣體方程式求(qiú)出。根據理想氣體(tǐ)的壓力與密度、溫(wen)度等的關系計算(suan),此時的空氣操作(zuò)壓力爲
若已知蒸(zheng)汽流量計的現場(chang)運行條件,直接用(yong)現場蒸💚汽實際運(yùn)行條件,如其操作(zuò)壓力P絕=4(kgf/cm2),操作溫度(du)爲150℃(此壓力下的飽(bao)和溫度爲🙇♀️143℃)時,可用(yòng)上述方法求出操(cāo)作溫度爲20℃時壓縮(suo)空氣🚶的操作壓力(lì),計算如下。
首先按(àn)上述方法計算出(chū)此操作條件下的(de)蒸汽粘度。
(kgf/cm2)。在此操(cāo)作狀态下,由于qm=Vρ, ρ值(zhí)不變,欲想達到ReD氣(qì)=ReD汽,且qm氣/qm汽=1.2716條件,v值(zhí)⭕體積量應增大爲(wei)原來量的1.2716倍。
通過(guò)上述計算可知,蒸(zhēng)汽的壓力、溫度不(bú)同,所對應㊙️的👅壓縮(suō)空㊙️氣🏃♀️的操作壓力(li),在操作溫度一定(ding)的前題下(室溫)是(shi)不同♊的。也可說,現(xian)場蒸汽運行條件(jiàn)盡管千差萬别,隻(zhī)要知道被檢定的(de)蒸汽流量計現場(chǎng)運行的操作壓力(lì)、溫度等條件,如果(guo)以壓縮空氣作介(jie)✨質檢定蒸汽流量(liang)計時,都可以求出(chū)其🚶♀️對應的操作壓(ya)力和溫度條件。
無(wú)論是用蒸汽流量(liàng)計現場運行條件(jian),求出壓縮空氣🌈的(de)操作❗條件,進行蒸(zheng)汽流量計的檢定(dìng),還是用蒸🛀🏻汽流量(liàng)計檢定裝置設計(ji)的蒸汽運行條件(jiàn),求出的🆚壓縮空氣(qi)操作👄條件,進行蒸(zhēng)汽流量計檢定(從(cong)檢定🌈誤差等方面(miàn)分析,兩種方法各(ge)🛀🏻有利弊),都存在一(yī)個在實驗室條件(jiàn)下檢定後,如何轉(zhuan)換到現場操作條(tiao)件下運行的儀表(biao)誤差問題。
3誤差的(de)消除
爲了适應上(shàng)述轉換,檢定記錄(lu)表時,應增加如下(xià)内容,如下表所示(shi)。
從表中可以看出(chu),我們前面論證的(de)計算實質是将🌏b值(zhí)轉換爲。值,檢定後(hòu)得到。1一。值後還需(xu)再進一步轉換。
第(di)一步是将C值轉換(huan)爲修正後的蒸汽(qì)流量d值。這個轉換(huan)過☀️程,實際是将常(chang)溫20℃下的量轉換爲(wei)對應蒸汽條件🌍(溫(wen)度)下的量,因爲這(zhe)兩種狀态溫度相(xiang)差較大,會給不同(tóng)類型、不同材💃質的(de)蒸汽流量計,造成(chéng)不同的影響,即産(chan)生的誤差不同。對(dui)于孔闆差壓式流(liú)量計,孔闆的孔徑(jìng)受熱膨脹📧,孔徑變(biàn)爲D=D20·〔1+λD(t-20)〕;而對夾裝式渦(wō)❌街蒸汽流量計,可(kě)采用K修=K〔1一λD(t一🈲20)〕式。故(gu)依據此原理來🔞進(jin)行計算修正這部(bu)分誤差。而分流旋(xuán)翼式等蒸汽流量(liàng)計,應通過大量的(de)實踐數據,找出正(zheng)确的修正系數或(huo)修正公式。這項工(gōng)作可以邊實踐邊(biān)積累,先🌈找出粗的(de)(誤差較大)系數應(yīng)用,以後再進一步(bù)作細緻工作,最後(hou)找出正确的修☁️正(zheng)因子,使理論上對(dui)應的c值,很容易地(di)轉換爲真實條件(jiàn)下的蒸汽量d值。
第(dì)二步是将修正後(hòu)的蒸汽量d值轉換(huàn)爲現場運行條件(jian)下🧡的蒸汽流量qm值(zhí)。
如果檢定蒸汽流(liú)量計的壓縮空氣(qì)的運行條件,是❓在(zai)現場實🌈際操作條(tiao)件下推算出來的(de),流量計檢定後轉(zhuǎn)換到第一步d值即(ji)可,d值也即是現場(chǎng)運行條件蒸汽量(liang)🧑🏽🤝🧑🏻qm值。如果壓縮空氣(qi)運行條件是由蒸(zheng)汽流量計檢定裝(zhuāng)置、的固定的蒸汽(qì)條件推算出來的(de),還需要這第二步(bu)轉換。這個轉㊙️換可(ke)采用密度校正系(xì)數法進行修正。
4結(jié)論
采用壓縮空氣(qì)代替蒸汽檢定蒸(zhēng)汽流量計,其意義(yi)重大,難度亦大。其(qí)檢定誤差分析也(yě)是難題之一,因它(ta)涉及的㊙️因素、環節(jie)多,需作專題探讨(tǎo)。
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