(1) 查表法求取密度地一致性 飽和蒸汽采用溫度補(bǔ)償和壓力補(bǔ)償,在本質(zhì)上是一樣的。其原因在于飽和狀態(tài)的蒸汽,其壓力和溫度之間呈單值函數(shù)關(guān)系,從蒸汽溫度查出的密度同與此溫度對(duì)應(yīng)的壓力查出的密度是一致的。因此,采用溫度補(bǔ)償和壓力補(bǔ)償在原理上都是可行的。
(2) 投資的差異 從節(jié)約投資和減少安裝工作量的角度考慮,因?yàn)橐恢сK熱電阻的價(jià)格只及壓力變送器的幾十分之到幾分之一,所以采用溫度補(bǔ)償較經(jīng)濟(jì)。
(3) 補(bǔ)償精確度的差異 采用溫度補(bǔ)償和壓力補(bǔ)償分別能得到多少補(bǔ)償精確度,不僅同溫度傳感器和壓力變送器的準(zhǔn)確度有關(guān),而且同流量計(jì)類型、具體測(cè)量對(duì)象的工況和壓力變送器的量程選擇有關(guān)?傮w來說測(cè)溫對(duì)補(bǔ)償精確度影響較大,具體分析如下。
① 測(cè)溫誤差對(duì)流量測(cè)量結(jié)果的影響。溫度測(cè)量誤差同流量測(cè)量結(jié)果的關(guān)系,對(duì)于過熱蒸汽來說影響并不大,例如溫度為250℃的過熱蒸汽,若測(cè)溫誤差為1℃,在作溫度補(bǔ)償時(shí)引起流量測(cè)量結(jié)果不確定度約為0.096%R(差壓式流量)到0.19%R(渦街流量計(jì))。影響較大的是溫度信號(hào)用于飽和蒸汽流量測(cè)量中的補(bǔ)償,例如壓力為0.7Mpa的飽和蒸汽,其平衡溫度為170.5℃,對(duì)應(yīng)密度為4.132kg/m3,如果測(cè)溫誤差為-1℃,并據(jù)此查飽和蒸汽密度表,則查得密度為4.038kg/m3,引起流量測(cè)量誤差約為-1.14℃(差壓式流量計(jì))到-2.27%R(渦街流量計(jì))。
② 溫度傳感器精確度等級(jí)的考慮。測(cè)溫誤差同溫度傳感器的精確度等級(jí)和被測(cè)溫度數(shù)值有關(guān),例如壓力為0.7Mpa的飽和蒸汽,用A級(jí)鉑熱電阻測(cè)溫,其誤差限為±0.49℃[4],如果用此測(cè)量結(jié)果查蒸汽密度表,以進(jìn)行補(bǔ)償,則流量補(bǔ)償不確定度約為±0.56%R(差壓式流量計(jì))到±1.11%R(渦街流量計(jì))。而若用B級(jí)鉑熱電阻測(cè)溫,其誤差限就增為±1.15℃,則流量補(bǔ)償不確定就增為±1.31%R(差壓式流量計(jì))到±2.61%R(渦街流量計(jì))。顯然,B級(jí)鉑熱電阻用于此類用途可能引起的誤差是可觀的,所以一般不宜采用。這里僅就不同精確度等級(jí)的測(cè)溫元件作相對(duì)比較。當(dāng)然,這里所說的誤差還僅為測(cè)溫元件這一環(huán)節(jié),至于流量測(cè)量系統(tǒng)的不確定度,還須計(jì)入流量二次表、流量傳感器、流量變送器等的影響。
③ 壓力變送器精確度等級(jí)、測(cè)壓誤差及其影響。壓力測(cè)量誤差同壓力變送器的精確度等級(jí)和量程有關(guān),例如,選用0.2級(jí)精確度、0~1Mpa測(cè)量范圍的壓力變送器測(cè)量0.7MPa飽和蒸汽壓力,其誤差限為±2kPa。如果用此結(jié)果查蒸汽密度表,以進(jìn)行補(bǔ)償,則此誤差限引起的流量補(bǔ)償不確定度約為±0.13%R(差壓式流量計(jì))到±0.25%R(渦街流量計(jì))。顯然,壓力補(bǔ)償能得到的補(bǔ)償精確度比溫度補(bǔ)償高。
(4) 具體實(shí)施時(shí)的困難 上面所述的兩種補(bǔ)償方法都是可行的這一觀點(diǎn),僅僅是從原理上所作的討論,在具體實(shí)施時(shí)還會(huì)出現(xiàn)其他問題。
① 安裝困難。如前面第3.1.5中所述,用來測(cè)量飽和蒸汽質(zhì)量流量的差壓式流量計(jì),若選擇溫度補(bǔ)償,常因測(cè)溫套管距節(jié)流件太近而對(duì)流動(dòng)狀態(tài)造成干擾或根本就無法安裝到理想部位而修改方案。
② 由于相變而進(jìn)入過熱狀態(tài)。對(duì)于飽和蒸汽,以較高的流速流過渦街流量計(jì)時(shí),由于壓損引起的絕熱膨脹往往使蒸汽進(jìn)入過熱狀態(tài),這時(shí)仍舊將它看作飽和蒸汽,并根據(jù)蒸汽溫度去查飽和蒸汽密度表,得到的數(shù)值明顯偏高。
由于上述種種原因,使得在測(cè)量飽和蒸汽質(zhì)量流量時(shí),僅僅測(cè)量溫度,并據(jù)此查密度表,進(jìn)而計(jì)算質(zhì)量流量,在實(shí)踐中應(yīng)用的并不多。
3.1.7 液柱高度的影響及其消除
在蒸汽計(jì)量系統(tǒng)中,由于流體容易被壓縮,為了保證計(jì)量精確度,一般引起流體壓力補(bǔ)償(飽和蒸汽)或流體溫度壓力補(bǔ)償(過熱蒸汽)。那么,流體壓力就成為蒸汽計(jì)量的重要變量。在蒸汽壓力的測(cè)量中,由于引壓管內(nèi)冷凝水的重力作用會(huì)使壓力變送器測(cè)量到的壓力同蒸汽壓力之間出現(xiàn)一定的差值。
(1)引壓管中液柱高度對(duì)壓力測(cè)量的影響 在壓力變送器安裝現(xiàn)場(chǎng),為了維修的方便,壓力變送器安裝地點(diǎn)與取壓點(diǎn)往往不在同一高度,這樣,引壓管中的冷凝液就會(huì)對(duì)壓力測(cè)量帶來影響。圖3.11所示為4中常見的情況。其中,ps為蒸汽壓力;p0為變送器壓力輸入口處實(shí)際壓力;h為高度差,m;g為重力加速度,m/s2;ρw為冷凝液密度,kg/m3。
(2)測(cè)壓誤差對(duì)流量示值的影響 測(cè)壓誤差如果不予校正,對(duì)流量測(cè)量系統(tǒng)精確度一般都有影響。而影響度不僅同流體的常用工況有關(guān),而且同流量計(jì)的類型有關(guān)。
以上面所舉的例子為例,在流體常用壓力等于0.7Mpa(表面值),常用溫度等于250℃的工況條件下(即為過熱蒸汽),壓力測(cè)量偏高58.7kPa,對(duì)于差壓式流量計(jì)將引入3.69%R的誤差,對(duì)于渦街流量計(jì)將引入7.52%R的誤差。
在流體的常用壓力等于0.7 Mpa的飽和蒸汽條件下,壓力測(cè)量偏高58.7 kPa,對(duì)于差壓式流量計(jì)將引入3.42%R的誤差,對(duì)于渦街流量計(jì)將引入6.95%R的誤差。
因此,引壓管中液柱高度對(duì)壓力測(cè)量影響必須予以校正。
(3) 液柱高度影響的校正 壓力變送器引壓管中冷凝液液柱高度對(duì)壓力測(cè)量的影響通常可用兩種方法校正,即在變送器中校正和在二次表中校正。
① 在壓力變送器中校正。這種校正方法的實(shí)質(zhì)是對(duì)變送器的零點(diǎn)作遷移,在上面的例子中,如果變送器的測(cè)量范圍為0~1.0 Mpa,零點(diǎn)作-58.7 kPa遷移后其測(cè)量范圍就變?yōu)?58.7~941.3 kPa。在現(xiàn)場(chǎng)操作中,就是用手持終端將測(cè)量范圍設(shè)置為-58.7~941.3 kPa。對(duì)于非智能型變送器,就是變送器壓力輸入口通大氣的條件下,將輸出遷移到3.0608mA。
這種方法儀表人員往往不喜歡使用,這是因?yàn)橐獙?duì)變送器零點(diǎn)作遷移,需要對(duì)設(shè)計(jì)文件和設(shè)備卡片作相應(yīng)的修改,手續(xù)繁瑣。而且,如果遷移量較大,對(duì)于非智能型變送器根本就無法實(shí)現(xiàn),相比之下,在二次表中作校正就成為受歡迎的方法。
② 在二次表中校正。這里說的是二次表是廣義的,不僅包括普通的二次表,也包括DCS、智能調(diào)節(jié)器等,其校正方法是相同的。以FC6000型智能流量演算器演算器為例。對(duì)上面的情況作校正就是將菜單的第23條(測(cè)量起始點(diǎn))寫入-58.7 kPa(或-0.0587Mpa),而將第24條(測(cè)量滿度)寫入941.3kPa(或0.9413Mpa)即可,因此省力、省時(shí)又準(zhǔn)確。
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