仪表资料(8)

2019-04-15 20:44

的管径、工作状态(压力,温度)皆有产品。

检测件与差压显示仪表可分开不同生产厂生产,便于专业化形成规模经济生产,它们的结合非常灵活方便。

检测件,特别是标准型的,是全世界通用的,并得到国际标准组织的认可。对标准型检测件进行的试验研究是国际性的,其他流量计一般仅依靠个别厂家或研究群体进行,因此其研究的深度和广度不可同日而语。从时间上看,标准型检测件自20世纪30年代由国际标准化组织确定后再也没有改变,其研究资料及生产实践的积累极其丰富,它涉及的应用范围还没有一类流量计可比。

正是由于上述原因,标准型节流式DPF无需实流校准,即可投用,在流量计中亦是惟一的。

目前在各种类型中以节流式和动压头式应用最多。节流式已开发20余品种,并且仍有新品种开发出,较成熟的向标准型发展,ISO设有专门技术委员会负责此项工作。动压头式以均速管流量计为代表,近年有较快发展,它是插入式流量计的主要品种,其用量在迅速增加。

节流式DPF主要存在以下缺点:

1)测量的重复性、精确度在流量计中属于中等水平,由于众多因素的影响错综复杂,精确度难以提高。

2)范围度窄,由于仪表信号(差压)与流量为平方关系,一般范围度仅3:1-4:1。 3)现场安装条件要求较高,如需较长的直管段(指孔板,喷嘴),一般难以满足。

4)检测件与差压显示仪表之间引压管线为薄弱环节,易产生泄漏、堵塞、冻结及信号失真等故障。

5)压损大(指孔板,喷嘴)。

为了弥补上述缺点,近年仪表开发有如下一些措施。 1) 关于范围度的拓宽

节流式DPF范围度拓宽从两方面着手:1)开发线性孔板;2)采用宽量程差压变送器或多台差压变送器并用。 (2)开发定值节流件

定值节流件是指对每种通径测量管道配以有限数量的节流件,节流件的β值(孔径)则按优先数系选用,每种通径配3-5种β值。定值节流件的应用有许多优点:改变节流件应用对号入座的缺陷;节流件生产方式由小生产作业方式转变为大批量生产;对于廓形节流件(如喷嘴,文丘里管等)采用专用加工设备实现批量生产,降低生产成本,为扩大使用创造条件;给用户带来使用的方便等等。 (3)压损问题

通常节流式DPF压损大是指检测件为孔板或喷嘴等品种,其实早已开发多种低压损节流件,如各种流量管(道尔管、罗洛斯管、通用文丘里管等),它们未能大量应用的原因是结构笨重,价格高,如采用定值节流件可使生产成本大幅度下降,为广泛应用创造条件。 (4)一体化节流式DPF

把节流装置和差压变送器做成一体,省却引压管线,减少故障率,改善动态特性,方便安装使用,受到用户的欢迎。国外应用已相当普遍,据统计,日本在1996-1997年新建四家工厂400余台差压式流量计,一体化直接安装仪表约占三分之一。 (5)安装条件问题

经典文丘里管必要的直管段长度短(约5D-10D),在无长直管段场合尽量采用此类节流件,它做成定值节流件,可以降低制造成本。近年国际上为解决阻流件干扰着力研究适用的流动调整器,在精度要求较高时节流装置与流动调整器配套供应,可保证测量的精确度,但也增

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加了压损与维护工作量。 5 选用考虑要点

DPF应用领域极其广泛,封闭管道各种测量对象都有应用:流体方面,单相、混相、洁净、脏污;工作状态方面,常压、高压、真空、常温、高温、低温;管径方面,从几毫米到几米;流动条件方面:亚音速流、临界流、脉动流。并且在上述各方面都有大量的理论和实践的资料可供参考。

20世纪50年代以前在过程控制工程中几乎是惟一的流量计,后来各种类型流量计相继登场,打破了其一统天下的局面,几十年来它占的份额一直在下降,当然绝对用量仍在增加。应该看到,DPF三个组成部分一直在更新发展着,尤其80年代以后借助微电子技术、计算机技术、新材料及先进加工技术的发展,差压转换和流量显示计算部分有突破性进展。DPF无论可靠性,精确度及功能多样化已今非昔比。近年一些创新思路,如一体式、定值节流件等的开发更使它有中兴的感觉。

DPF的关键部分--检测件是最难更新换代的部分,现在亦有了新的发展思路,即把流量测量工作者、流体力学与计算机技术工作者三方面人员的特长结合起来可以有效地攻下这个堡垒。可以预计,DPF在流量计中仍会占据重要的位置。

选用考虑因素的五个方面为仪表性能、流体特性、安装条件、环境条件和经济因素,现分述如下。

5.1仪表性能方面

(1) 精确度、重复性、线性度、流量范围和范围度 表4.3所示为流量测量节流装置的主要技术参数,标准节流装置规定有严格的使用范围,包括管径、节流件孔径、直径比、雷诺数范围、管壁粗糙度等。在这些使用范围内可以应用标准文件(GB/T 2624)中提供的流出系数和可膨胀性系数,如表4.4所示。应该指出,非标准节流装置的使用范围及其计算式仅作参考,一般来说,它要可靠地应用还是实流校准为好。如果节流装置进行个别实流校准,则其使用范围不受表列参数限制,例如开封仪表厂曾实流校准管径达DN1600的文丘里管流量计用于水流量计量,又如标准规定管径应不小于DN50,现在使用的小管径节流装置则远低于此值,但是它们必须逐台进行个别校准才能投用。由表4.4可见,标准喷嘴的流出系数的不确定度远大于标准孔板,这是由于廓形节流件的精确复制比较困难,如果标准喷嘴进行实流校准,则亦可得高精确度。DPF的精确度在很大程度上决定于现场的使用条件,如果节流装置的制造质量符合要求,则影响因素主要为两方面:流体的物性参数的确定和流体流动特性是否符合标准要求。这两方面我们在流体特性和安装条件中再谈。

整套流量计的精确度还决定于差压变送器和流量显示仪的精确度。目前有一种倾向尽量采用高精度的差压变送器,在流量测量不确定度计算式可以看到,当其他参数的精确度不高时采用高精度差压变送器并不能起多大作用。流量显示仪的作用主要在监视运行参数的稳定性等方面,它的数据转换精度一般是无问题的。因此,要提高测量的精确度应有一个全面估计,这样才能作出技术经济性最佳方案的选择。

我们再次强调,DPF是一种从设计、制造到安装使用要求很严格的仪表,任何一个环节的失误都会产生很大的误差,反过来说,如果你严格遵循标准规定,它的精确测量是可保证的。DPF的重复性与其他流量计(电磁式,容积式,涡轮,涡街等)相比要低,其原因为输出信号为模拟值易受干扰,尤其差压引压管线这一环节易使信号产生干扰波动,正是由于重复性不高,影响到其精确度的提高。

DPF的输出信号与流量为平方关系,是非线性仪表,这是造成范围度窄的原因,实际上节流装置在广阔的雷诺数范围内其流出系数是稳定的,因此目前采用两种(或多种)量程的差压变送器可以拓宽其范围度(大于10:1以上)。近年已投用的弹性加载变面积变压头节流装置

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则应用其他工作原理增加其范围度(可达100:1)。 ⑵压力损失

DPF压力损失大是它的一个弱点,但是若仔细分析一下这里还有一些选用时可以选择的余地。在DPF各类节流装置中孔板和喷嘴是压损较大的节流件,不过这里亦有差别。在同样的流量及β值时喷嘴的压损只为孔板压损的30%-50%,也就是说喷嘴是较低压损的。各种流量管(文丘里管、道尔管、罗洛斯管、通用文丘里管等)则是低压损的节流装置,它们压损仅为孔板的20%,甚至低达5%-10%。这些节流装置的开发应用是今后一个努力方向。当然,另一类动压头式DPF(均速管流量计)则以低压损著称。 5.2 流体特性方面

流体特性分两方面考虑。 ⑴流体物性参数的确定

流体物性参数包括密度、粘度、等熵指数、湿度等,这些参数有的直接进入流量方程,有的对流出系数、可膨胀性系数等产生影响。在这些参数中密度是最重要的。对密度的精确度与对差压的精确度有同等数量级的要求,但是密度的精确确定却遇到了困难,它是影响DPF精确度提高的一个重要原因。密度精确度不高的原因是,一般借助密度与组分、压力和温度的函数关系确定它,但是这个关系式的精确度数量往往并不明确,尤其对于混合物普遍缺乏精确的函数式。在这种情况下采用密度计测量是较好的,但是遗憾的是目前密度计品种规格不能满足实际需要,并且价格贵,可靠性不高亦阻碍其广泛使用。 粘度的精确度要求可以低些,它是用来计算雷诺数的,而雷诺数对流出系数的影响并不敏感;粘度的另一作用是确定被测介质是否为牛顿流体,目前流量测量标准都限定被测介质应为牛顿流体。而由于石油化工等工业的发展,愈来愈多非牛顿流体需要测量,因此粘度这个参数今后会引起更大的重视的。

流体物性参数的确定除混合流体外,在高参数(高压、高温、低温等)领域遇到了困难。许多物性参数缺乏高参数下的数据。

(2)流体的腐蚀、磨蚀、结垢、脏污等

这些特性对流量计使用的可靠性造成很大的威胁。DPF是以几何尺寸来确定流量与信号的关系的,在长期使用中保持几何尺寸恒定成为保证测量精确度不变的关键因素。在使用中几何尺寸变化不易觉察,也就是说流量特性已变而不知道,这是很危险的。如何对付这个困难问题仍在探索中,例如采用可换孔板节流装置就是为了便于检查而采取的措施,另外采用并联测量管路可以定期检查清洗等等。流体的上述特性甚至用户都不一定完全掌握的,需要了解流体这些特性以便采取预防措施,在不明确的情况下有时需要进行一些试验。 表4.3 各类节流装置主要技术参数 管道节流件孔径直径比管道雷诺Ec 内径/mm β /% 名称 数ReD /mm 0.1≤β≤0.5 角接取50≤D0.1≤压孔板 d≥ReD≥4000 ≤β≤12.5 D-D/2取β>0.5 1000 0.75 压孔板 ReD≥16000β2 Eε /% 管壁粗糙备注 度Ra/D 0.1≤β≤0.2 (0.7-β)% 0.2≤β≤3.5× 0.6 △p/kp1 0.5% 0.6<β≤法兰取50≤Dd≥0.1≤ReD≥4000 0.75 12.5 β压孔板 ≤≤ReD≥170(1.667β

EcD<71.12mm Ra/D≤再算术相加 (0.26~0.9(0.75-β) 15)×10-4 (2.8-D/25.4) (D:mm) 不确定度 38 1000 0.75 β2D (D:mm) -0.5)% ISA1932喷嘴 50≤D≤500 0.30≤β<0.44 7×104≤0.3≤ReD≤107 β≤0.44≤β0.8 ≤0.80 2×104≤ReD≤107 β≤0.6 0.8% 2△p/p1 β>0.6 (2β-0.4)% Ra/D≤(1.2~8) ×10-4 长径喷50≤D嘴 ≤630 经典丘里铸收段 机械工收段 粗焊板收段 文粗100≤缩D≤800 加D≥50 缩200≤D≤铁1200 缩0.2≤410≤ReD2.0% β≤≤107 0.8 0.3≤β≤0.75 0.4≤β≤0.75 0.4≤β≤0.7 2×105≤ReD≤2×106 2×105≤ReD≤1×106 2×105≤ReD≤2×106 2△p/p1 Ra/D≤3.2 ×10-4 0.7% 1% 1.5% (4+100βRa/D≤3.28 )△p/p1 ×10-4 0.3161.5×105≤Ra/D≤文丘里65≤Dd≥(1.2+1.5β(4+100β≤β≤ReD≤2×4(1.2~8)8)% 喷嘴 ≤500 50 )△p/p 10.775 106 ×10-4 β>0.316 0.245ReD>250 2% 1/4圆孔25≤Dd≥(4×△≤β≤ReD≤105 板 ≤500 15 β≤0.316 p/p1)% 0.6 β 2.5% 0.1≤锥形入25≤D80≤ReD≤2% d>6 β≤口孔板 ≤500 2×105β 0.316 β≤0.75 100≤0.46≤2×105β21% 偏心孔d≥D≤β≤≤ReD≤50 板 β>0.75 1000 0.84 106β 2% 150≤圆缺孔D≤ 板 350 0.35≤410≤ReD1.5% β≤≤106 0.75 33(1-ε)% (4×△p/p1)% (4×△p/p1)% 表4.4 各类节流装置的流出系数和可膨胀性系

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节流件 流出系数 C 里德-哈利斯/加拉赫(Reader-Harris/Gallagher)公式 C=0.5961+0.0261β2-0.216β8+0.000521(106β/ReD)0.7+(0.0188+0.0063A)β3.5(106/ReD)0.3+(0.043+0.080e-10L1-0.123e-7L1)(1-0.11A)β4/(1-β4)-0.031(M'2-)β1.3 孔板 在D<71.12mm情况下,上述公式应加上下列数项 +0.011(0.75-β)(2.8-D/25.4)(D:mm) 式中 β=d/D——直径比; ReD与D有关的雷诺数; A=(19000β/ReD)0.8 M'2=2L'2/(1-β) L1=l1/D——孔板上游端面到上游取压口的距离除以管道直径的商; L'2=l'2/D——孔板下游端面到下游取压口的距离除以管道直径的商(符号L'2表示自孔板下游端面为起始位置的有关下游间距,而L2表示自孔板上游端面为起始位置的有关下游间距); D——mm; 对于角接取压法 L1=L'2=0; 对于D和D/2取压法 L1=1,L2=0.47; 对于法兰取压法 L1=L'2=25.4/D C=0.9900-0.2262β式中符号同上 4.1ISA 1932 喷嘴 -(0.00175β2-0.0033β4.15)(106/ReD)1.15 长径喷嘴 C=0.9965-0.00653β0.5(106/ReD)0.5 C=0.9965-0.00653(106/ReD)0.5 式中 ReD——与D有关的雷诺数; Red——与d有关的雷诺数 4.5C=0.9858-0.196β文丘里喷嘴 式中符号同上 具有粗铸收缩段的 C=0.984 经典文丘里具有机械加工收缩段的 C=0.995 管 具有粗焊铁板收缩段的 C=0.985 1/4圆孔板 C=0.73823+0.3309β-1.1615β2+1.5084β3 式中符号同上 锥形入口孔C=0.734 板 偏心孔板 节流件 C=0.9355-1.6889β+3.0428β2-1.7989β3 可膨胀性系数ε ε=1-(0.351+0.256β4+0.93β8)[1-(P2/P1)1/k] 式中 β=d/D——直径比; P2——孔板下游侧压力; P1——孔板上游侧压力; 40

孔板


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