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气体流量测量系统在线误差分析及修正方法研究

发布日期:2021-05-11  来源:广州能源检测研究院  作者:郑楷演 杨端益 吴波  浏览次数:
【导读】:本文列举了流量测量系统开展在线误差分析的必备条件,即需要充分掌握并了解仪表本体、仪表安装、流体特性、使用环境、相关规程、生产流程工艺及配套设备等信息。本文介绍了使整个流量测量系统得以准确计量的方式......

 【摘 要】本文列举了流量测量系统开展在线误差分析的必备条件,即需要充分掌握并了解仪表本体、仪表安装、流体特性、使用环境、相关规程、生产流程工艺及配套设备等信息。而在具备分析能力的基础上进行系统诊断的流程为:收集资料、进入现场调查取证、分段检查仪表本体。本文介绍了使整个流量测量系统得以准确计量的方式主要包括:选型正确、流体密度精准补偿、正确安装仪表、选择合适的量程比、尽可能避免环境干扰、实施定期检查等。

 
引言
流量测量系统,主要由量测量仪表、配套设备或器件及测量对象组成。其中对象是指流量测量的服务对象,广义的对象还包括仪表使用环境,因为流量测量是在一定环境中才能开展。当前为服务对象所配置的流量计在现场实际应用时往往容易出现不稳定、误差大或者故障频发等状况,其中多数是由于对服务对象认识不深入、不全面造成的。因此,对于测量系统开展现场误差分析就显得极为关键,通常可通过对现场部分构件实施定性判断与检测来提升整个系统的测量准确性。
 
流量测量非常核心的两个应用领域就是能源计量和过程控制,其中对温度、压力、流量、物位这四个参数的测量极为重要和关键。若是系统本身不准确,则应用于贸易交接过程中容易造成计量误差增大,给交接一方带来巨大经济损失并引发计量纠纷;如若用于过程控制领域,系统自身的这种不稳定、不可靠还会干扰技术人员的判断,影响企业正常生产过程,严重时甚至会导致生产事故。因此,非常有必要提升流量计现场检测工艺,以期能在测量系统出现故障时及时诊断、迅速处理[1]。
 
1 系统诊断必须具备的条件
现场检测过程中,要开展系统诊断需具备以下几个基本条件:
A、了解或掌握所选用流量计的基本参数与性能指标,针对仪表运行环境有一定了解,如检测介质名称、介质组分、常用温压、非常大流量 、常用流量、非常小流量、管道规格、流量计型号、公称通径及安装方式等。
B、掌握仪表本体工作情况,定期针对仪表本体进行检查,确定传感器、转换器、显示表、压力变送器、温度传感器等部件是否故障;差压流量计引压管线是否已清扫,确保不堵不漏;高低压室是否已排气排液、差压变送器校零是否准确等。此外,还包括科氏力质量流量计密度显示值、故障诊断信息是否正常等[2]。
C、充分了解仪表的安装条件,当前有关规程、规范、标准往往只对仪表安装做了原则性规定,但由于用户的经验和技术水平差异、以及对规程理解不准确等都会使仪表安装不合理、不符合规范,进而引发系统问题[3]。安装不合理如差压流量计采用径距取压方式、两个取压口之间距离较远、管段坡度不符合要求等,这些都很容易导致差压信号传递失真或信号偏移,从而影响流量测量示值[4-5]。 
D、充分了解仪表的技术指标和品质、使用环境、规程、规范、标准等信息,目前市场上的流量测量仪表品牌繁多、品质良莠不齐,在选定品牌之前需要做足准备、仔细调查研究,才能有的放矢开展检查校验工作。
 
此外,环境条件又包括环境温度、相对湿度、大气压力以及管道振动、阳光直射等,环境的不同也会对测量结果造成影响,如涡街流量计旋进旋涡流量计等的抗振动能力很差,在振动较大的场所检测示值往往偏高;有的仪表露天安装,雨水常入侵仪表,使得仪表示值漂移甚至烧毁;而差压变送器、压力变送器等由于防冻措施不到位,常常造成表内凝结水结冰以致仪表损坏。
 
广义的环境还包括软环境,如维护管理的技术人员素质和负责精神,不专业的维护人员容易将智能化仪表内部参数设置错误,或者在仪表使用过程中出现错误等。软环境与硬环境同等重要,没有良好的软环境,配置的硬件设备再先进,也不能保证整体测量效果。
 
E、充分认识测量对象的工况及流体特性,流体特性参数主要包括密度、沸点、黏度、凝固点、结晶温度、饱和蒸气压、压缩系数、氢含量(气体)、N2及CO2含量、含液率、腐蚀性等[6-7]。部分流体的饱和蒸汽压力高,以致在阀门开启过程中、流体压力降低后,部分液氨气化,导致显示的流量值偏高;部分液氨在氨蒸发器中未完全蒸发,液氨流过流量计,则会导致显示值偏低;另外,由于保温不善会引起流体在测量管内结晶而无法测量,有些流体则因黏度高附着在测量管壁上,也会引起很大测量误差。
 
F、了解仪表生产流程及关联设备的结构、原理和性能,如各类泵由于工作原理和结构各不相同,其特性也大不相同,其中有的会引发流动脉动,引起流量计示指偏高;有的则易产生流动噪声进而导致超声流量计电磁流量计运行不稳定。具体需要了解的信息包括锅炉的额定蒸发量、供气温度、压力;精馏塔的非常大处理能力、采出的产品种类、产量;压缩机的额定排气量和出口压力;泵的额定输送能力、扬程等。掌握这些信息之后才能使整个流量测量系统获得更好地应用。
 
2 系统诊断的步骤
通常开展系统诊断的具体流程为:
A、搜集该系统所用流量计的基本参数资料
B、对现场状况进行仔细调查,尽可能直接深入现场观察仪表的工作表现、工艺流程以及操作方法,观察并记录下流量示值及其误差波动规律等。
C、检查流量计本体运行状况,包括仪表各组成部分的输入输出信号、内部功能设置是否正确、流量变送器给出信号的计量单位与二次仪表中显示的流量单位是否一致、差压变送器和流量计的零点是否调整完毕等[8-9]。 
D、分段检查,分段检查是查找故障非常常用的方法。对于比较复杂、隐蔽的故障,都需要使用这种方法。如发现流量计“无中生有”,可先切断流量变送器进入二次表的信号,检查该信号是在哪一段出现的。有时流量二次表被置于仿真状态,使得二次表在没有输入信号的条件下也显示流量,此时就该检查变送器、传感器的零位是否正常。
E、联想的范围不应局限于仪表本体,要将搜集的资料与需解决的实际问题尽可能联系在一起。
 
3 确保流量测量系统的计量方式准确
针对流量积算仪的现场检定务必要遵守国家检定规程的要求,具体的检测流程示意图如图1所示。
检测通道的示意图
具体涉及的步骤如下:
A、正确进行选型
在对流量计量仪表进行选择的时候,应当重点考虑整体设计因素。首先是量程方面的问题,选型的不准确极易导致计量结果出错,如用汽旺季蒸汽的用汽量相当巨大,但在用汽淡季其用汽量相对较小,从而导致用汽量差距过于悬殊,而蒸汽计量仪表的宣称流量范围很难适应这一改变。因此,实际选择时一定要使明确流量测量范围,在此基础上选择合适的计量仪表以保证测量效果。其次是管道直径方面的问题,对于绝大多数节流装置,通常都是采用公称管径值进行设计,而事实上公称名义管径值与实际管径值存在一定的偏差,尤其是卷管,其公称管径值和实际值之间的差值有时很大,因而导致计量误差增加,并使得测量准确度无法达到预期要求。
 
B、准确的流体密度补偿算法
以蒸汽流量测量为例,为了对蒸汽质量流量做到精准量测,必须考虑蒸汽温度、压力变化情况,还需要经流量积算仪对蒸汽的密度实施补偿。用于蒸汽温度测量的铂电阻必须满足规范安装要求以确保温度值测量的准确性,如测量时铂热电阻要插到管道中心位置处、具体应安装于流量计下游5倍管径位置、采取合适的保温措施等。另外在开展蒸汽压力测量作业时,采取引压管引压过程中务必要实施零点迁移、或对流量积算仪内部实施修正,这是由于引压管内部冷凝水的影响会使得单晶硅压力变送器测得的压力和实际压力之间存在一定差异,进而导致密度补偿不准确、形成系统误差。压力变送器应安装于流量计下游4倍管径位置处,位于变送器上游的阀门以及密封垫应畅通无阻,以确保蒸汽压力的准确测量。通常设定补偿温度或压力应与实际温压值相等或接近,以尽可能降低测量偏差。还可采用智能型流量积算仪,并与铂电阻、压力变送器等配套设备共同使用并实施温压的补偿计算,以非常大程度提高蒸汽质量流量测量的准确性。
 
C、正确安装流量计上下游直管段
对于传统的涡街流量计,安装时对仪表前后直管段的长度要求分别为20倍及5倍管径。如若直管段长度不足,容易造成管道内部蒸汽流动得不到不充分发展,并在流速分布剖面产生畸变,通常可以通过延长上游管段长度或安装流动调整器来改善管道流速分布。对于大口径仪表,上下游直管段长度对测量的影响则更为显著。
D、选择合适的流量计量程比
量程比是指流量计在其设定准确度范围内,可检测的非常大瞬时流量与非常小瞬时流量之比,量程比越大,表明流量计可测量的范围越宽。在流量计的实际
应用中,往往要求用户根据自身现实情况来选择具有合适量程比的流量计,理论上所选择的测量仪表其量程应覆盖实际检测范围。
E、尽可能避免或远离振动现场、磁场干扰等依然以常用的涡街流量计为例,由于其设计原理的特点,使得这类流量计对机械振动较为敏感,即使是非常微小的振动也可能对测量结果造成影响。这是因为振动会妨碍或干扰涡街流量计脉冲信号的正常传递,部分时候积算仪还可能将振动信号作为流量信号并加以显示,从而造成累计流量误差。
 
F、定期依法检定
流量计定期送检是确保测量结果准确可靠的前提,《计量法》、《用能部门能源计量的器具配备以及管理通则》中都明确指明了:要求强制检定的流量计量与能源计量器具应当定期送检,凡是检定不合格的计量设备一律不能应用。倘若流量计检定结果为合格,但在实际应用中依然测不准,此时就该综合考虑流量计选型、参数设置、现场安装及环境条件等因素的影响。
 
4 结束语
流量测量系统是由几大子计量设备组成的体系,其中各子设备的测量准确度对整个流量测量系统的正常运行影响巨大,已有政策规定对于凡是涉及贸易结算的计量装置都应当实施定期强制检定。而在流量计应用现场,由于造成其测量误差的因素众多,必须对流量计安装、选型及环境条件等进行综合考量,提出非常合理的测量方案,方能确保非常终蒸汽流量测量结果的准确可靠。

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