概述

流体的质量流量测量是当前国内外流量技术研究的重要课题。目前, 化工和炼油生产过程中使用的流量计, 例如孔板、转子、靶式、涡轮、电磁、容积和旋涡等流量计, 其工作原理均是测量单位时间内所流过被测介质的体

积量, 即体积流量。当流体的密度随着温度、压力或成分的变化发生改变时, 将会导致流量测量产生较大的误差。在密度有较大变化的场合, 为了准确测量流量, 目前一般采用以下三种措施。

( l) 采用直接式质量流量计进行测量;

( 2) 采用间接式质量流量计进行测量;

( 3) 采用温度、压力自动补偿措施。

直接式质量流量计虽已有开发生产( 例如根据科里奥利效应制造的直接式质量流量计), 但由于品种规格少, 价格昂贵, 实际使用尚少。流量计与密度计组合的间接式质量流量计, 亦由于国产密度计在质量、品种和适用范围存在较多问题, 从而在使用上受到限制。目前较多地采用温度、压力自动补偿的方式。该方法必须建立密度与度、压力之间关系的数学模型、根据温度、压力的测量信号予以补偿修正。但在介质成分改变、或温度、压力变化范围大, 或密度与温度、压力的关系呈非线性时, 自动补偿的效果甚差或无能为力。

      1 9 9 0 年6 月, 我们在乙烯厂口径为D N 1 5 o外送乙烯气体管道上安装了孔板流量计与气体旋涡流量计, 将两台流量计的测量信号经电脑流量积算仪运算处理, 组成间接式质量流量测量系统测量乙烯气体的质量流量。系统投运后, 对检测情况作了详细的分析对比,取得了较为满意的效果, 提高了计量的准确度。

 

1、方法原理及运算数学模型 

      测量系统由孔板流量计、旋涡流量计及流量积算仪组成。两台流量计串联安装在同

一根管道上, 由于安装距离很近( 中间保持必要的直管段), 因此所测量的是同一( 或几乎接近) 操作条件下的介质流量。测量原理图如图1 所示。

     当有体积流量为Q, 密度为p 的流体通过两台流量计时, 孔板流量计的输出信号x与PQ2成正比, 旋涡流量计的输出信号y 与Q 成比例, 两个信号进入运算显示仪进行除法等运算处理后, 显示质量流量、体积流量及介质密度等。

      对于孔板流量计：

 

对于输出电流为4 ~ 20 m A 的差压变送, 为器 其输 出电流 I 与差压 △P 的关系可表达

 

 

 

后来, 由于乙烯送出量增大, 仪表指示超出满刻度, 将仪表差压由2 .4 5 1 k8 P a( 2 5 0 0 m m H ZO ) 改为6 0.o o o k P a ( 6 1 2 0 m mH 2 0 ), 仪表满刻度体积流量相应改为标准状况下1 0 9 5 2.2 6m 3 / h, 质量流量为1 3 8 0 4

.2 3k g / h。

( 2 ) 差压变送器: 采用R O S EM O U N T生产的1 1 5 1 型差压变送器, 差压60.o o o k P a ,输出4~ 2 0 m A D C 。

( 3) 旋涡流量变送器: 采用合肥仪表厂生产的U A W l l o o 一D 3D I 一1 1 1 1压电无法兰型气体旋涡流量变送器, 仪表系数1·0733P /L 。

(4 ) 流量积算显示仪: 采用与有关单位合作试制的H Z 一4 型智能流量积算显示仪。

显示仪根据前述的数学模型进行运算处理,显示瞬时质量流量、累积质量流量、工作状态下体积流量、工作状态下介质密度、差压变送器电流、旋涡流量变送器频率等参数。另外引入温度、压力信号、可以显示流体的温度和压力。同时, 在现场流量计处安装了标准压力表和玻璃温度计, 以测量流体的压力和温度。根据测定的压力、温度值, 查表确定在操作条件下乙烯气体密度的标准值, 以便与仪表显示值对照。

 

3、系统预估误差及数据的分析对比

测量系统各组件经检定调整后的实际预估误差如下。

 

我们对检测数据定时采样记录, 并作了对比分析。在对比分析时密度的标准值采用美国《化学工程》杂志公布的乙烯压缩系数按气体状态方程式换算得到, 小范围内的中间值采用线性内插法求得。质量流量的标准值因现场无可靠的参照标准, 无法直接提供标准值。

我们认为, 仪表显示的工况下体积流量是由旋涡流量计测得的, 旋涡流量计经过了较为严格的实流标定和调整, 实际误差不大,因而可以认为仪表显示的体积流量是可信的, 将此体积流量乘以标准密度得到的质量流量值可以间接作为质量流量标准值的参照依据。当然, 由于旋涡流量计存在误差, 导致质量流量标准参照值亦存在一定的误差。另外, 从公式M 一Q p 可以看到, 当确保Q 测量准确时, P 的误差亦可作为衡量M 误差的参照依据。

 

从表1所列出的10 组分析数据对比, 可以看到, 仪表显示的质量流量和密度与标准值之间的误差均保持在士1% 以内。说明了本方法作为测量质量流量的一种手段是合理的、可行的。在提高各组件准确度的基础上, 特别是实施整体标定调整时, 系统的准确度可以保持在较高的水平上。

 

4、提高测量准确度的途径

       从上述分析可知, 本方法测量准确度取决于系统各组件的准确度。选用准确度高的组件, 各组件正确地按规范设计、加工、安装和调整, 是提高系统准确度的有效措施。

       另外, 现场两台流量变送器在安装时, 中间除保留必要的直管段长度外应尽量靠近,以便能在同一工况下( 或尽量接近同一工况下) 运行, 使两个测量信号保持同步。

        在实际工作中, 节流件和管路条件往往不能符合正确的设计和安装条件要求, 这些情况或因素对流量测量产生的误差在很多情况下无法提出明确的修正值。因而在测量要求高的场合, 将系统整体组装后在流量标准装置上进行实流标定, 通过调整系数K 值,以提高测量的准确度。对于大口径管道, 整体组装标定有困难时, 除对旋涡等流量计标定外, 可增加对孔板孔径及管道内径的精确测量或标定。

 

5 评价

       通过较长时间的运行和测试, 系统运行正常, 数据显示可靠, 较好地满足了工艺生产对流量计量的要求。笔者认为, 该系统具有下列优点。

(1 ) 适用范围广, 配置各种适宜的仪表, 可用于各种不同种类、不同性状和操作条件的质量流量测量。例如, 可测液体、气体、蒸汽; 可测高、低粘度介质; 可测大流量、小流量等。特别是可以测量成分不明的流体。

( 2) 不需要根据测量介质特性建立不同的数学模型, 原理上可以达到完全补偿。只要组件设计、加工、安装、调整符合规范要求,或整体组装进行实流标定, 测量准确度可保持在较高的水平上。

( 3) 系统构成比较简单且可以充分利用现场原来安装的仪表。由于采用一般常规仪表进行组合, 这些仪表比较成熟, 运行可靠, 使用和调校方便, 无需特殊仪器和设备。

(4 ) 投资费用低廉, 与温度、压力自动补偿方法接近。