常見問題

節(jié)流裝置如何進行大量程范圍測量介紹說明

節(jié)流裝置如何進行大量程范圍測量摘要：
節(jié)流裝置在實際使用中，由于受差壓變送器信號的影響傳送，在測量量程范圍大的流體時會有較大的測量誤差的存在。使用更換孔板、建立兩套測量裝置及采用兩臺差壓變送器的方法，可以擴大孔板測量流體的測量范圍。
一、引言
以孔板和噴嘴為節(jié)流件的節(jié)流裝置廣泛應(yīng)用于目前的工業(yè)生產(chǎn)中，該裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、安裝和使用維護方便、使用壽命長等特點。其測量流體的測量范圍(最大流量與最小流量的比值)一般為4︰1，而在實際使用中，某些用戶要求的節(jié)流裝置測量范圍遠大于這個比值，可能會達到10︰1或者更大，在測量小流量時，孔板測量的數(shù)值誤差極大，有時最小流量基本測量不出來。這種現(xiàn)象在蒸汽測量時尤為明顯，在熱電廠對用戶供汽時，作廢在夏季和冬季的用汽量是不一樣的，冬季的用汽量遠大于夏季。這樣按冬季的最大流量設(shè)計制造出來的孔板在測量夏季的流量時就會測量不準。本文將依據(jù)標準ISO5167-1和GB/T2624-93對這個問題加以討論。
二、流量測量的基本原理
充滿管道的流體在流經(jīng)管道內(nèi)的節(jié)流裝置時，流束將在節(jié)流處收縮，使流速增加，靜壓降低，在孔板前后產(chǎn)生了靜壓差。流體的流速越大，壓差也越大，根據(jù)差壓與流量之間的這種關(guān)系，可以用孔板來測量流體的流量。
根據(jù)標準ISO5167-1和GB/T2624-93的規(guī)定，流體流量與差壓的關(guān)系由下式確定：
Qm= ε d2 　　?。?）
Qv= ε d2 　　?。?）
式中：Qv —工作狀態(tài)**積流量（單位：m3/s）
Qm — 工作狀態(tài)下質(zhì)量流量　?。▎挝唬篕g/s）
C
— 流出系數(shù)
β — 直徑比　β＝
D — 工作狀態(tài)下上游管道內(nèi)徑　?。╩m）
ε— 膨脹系數(shù)
d — 工作狀態(tài)下節(jié)流件開孔直徑　?。▎挝唬簃）
ΔP — 差壓　　　　　　　　?。▎挝唬篜a）
ρ — 流體的密度　　　　　　　（單位：Kg/m3）
流出系數(shù)C的計算公式由STOLZ方程給出：
C＝0.5959+0.0312β2.1-0.184β8+0.0029β2.5（106/ReD）0.75
ReD為管道雷諾數(shù)
由上述公式可知，在孔板的開孔值確定的前提下，影響流量的參數(shù)有流出系數(shù)、膨脹系數(shù)、密度、差奢。其中在流體狀態(tài)確定不變的前提下，流出系數(shù)、膨脹系數(shù)、密度都是固定不變的，與流量值形成關(guān)系的就是差壓值，其關(guān)系為平方關(guān)系，當流量發(fā)生變化時差壓將以平方的關(guān)系發(fā)生相應(yīng)變化。
由公式我們就可以看出，當所測量最小流量為師大流量的1/10時，差壓值就只有刻度差壓值的1/100，在此時差壓變送器所測得的差壓值已經(jīng)很小了，要準確測量已經(jīng)很困難。
二、擴大節(jié)流裝置流量測量范圍的方法
根據(jù)以上原理，當節(jié)流裝置安裝在大量程比的管道上時，可以通過以下幾種方法來達到在不同量程范圍中進行精確測量的目的。
1.
通過更換孔板來進行分段測量
在進行大量程范圍的測量時，可以將節(jié)流裝置的量程范圍進行分段，即根據(jù)實際測量的需要，針對不同的流量測量范圍設(shè)計兩塊節(jié)流裝置，一個用于大流量的測量，一個用于小流量的測量。如用于測量一處量程比為100000kg/h～5000kg/h的蒸汽的測量時，此時量程比為20︰1，可將量程比劃分為100000kg/h～20000kg/h和20000kg/h～5000kg/h來進行節(jié)流件設(shè)計，此時兩個節(jié)流裝置的測量量程比分別為5︰1和4︰1，此時節(jié)流裝置測量精度完全能滿足測量要求。在采用這種方法時，只需制造兩個節(jié)流裝置，節(jié)流裝置可通過設(shè)計不同的開孔比來采用同樣的差壓值，因此節(jié)流裝置在安裝以后，只需配一臺差壓變送器，且不用調(diào)整差壓變送器的差壓值。
采用此種方法進行測量時，需按實際情況需要更換相應(yīng)流量量程的節(jié)流裝置。在選取相應(yīng)的節(jié)流件后，管道需停止運行，然后將更換的節(jié)流件替換原有的節(jié)流件，安裝后重新啟動系統(tǒng)進行運行。
采用以上方法，由于只需更換單個的節(jié)流件，因此成本較低。但在進行節(jié)流件更換時，必須將系統(tǒng)停止運行，如更換頻繁則影響用戶生產(chǎn)，只可用于流量測量變化穩(wěn)定的地方，如冬季和夏季有不同流量值的地方，單位可利用半年一次檢修的機會進行更換。對于流量變化頻繁的場合并不適用。
2.
建立并行管道安裝兩套節(jié)流裝置
在安裝節(jié)流裝置處并列安裝兩套節(jié)流測量裝置，分別采用兩種測量范圍的節(jié)流件進行測量。其基本原理與第一種方法相似，但采用這種方法不需進行節(jié)流件的更換。
采用該方法雖然可達到進行大量程比的測量，而且沒有頻繁更換節(jié)流件帶來的對生產(chǎn)的影響，但采用此種方法所造成的成本較高，因為采用這種方法時需重新排列一條管道（按ISO5167-1和GB/T2624-93標準的要求，此段管道有相當?shù)拈L度要求），增加一套節(jié)流裝置和相應(yīng)的閥門和差壓變送器等二次儀表。如不是必要，不推薦采用此種方式來進行大量程比的測量。
3.
采用同一套節(jié)流裝置配備不同差壓刻度值的變送器
除以上兩種方法外，還可以用設(shè)定節(jié)件開孔值，調(diào)節(jié)差壓變送器的測量范圍來達到測量不同量程范圍的流體的目的。
由前述公式可知，當工作狀態(tài)不發(fā)生變化時，調(diào)節(jié)節(jié)流件的開孔和差壓值可保持流量不變，根據(jù)此原理，在進行大量程比測量時可以將節(jié)流裝置的量程范圍進行分段，如用于測量一處量程比為100000kg/h～5000kg/h的蒸汽的測量時，可將量程比劃分為100000kg/h～20000kg/h和20000kg/h～5000kg/h來進行節(jié)流件設(shè)計，但保持節(jié)流件開孔不變。如在測量100000kg/h時設(shè)定差壓為100KPa，則不分段測量時量程比為20︰1，差壓變送器最大測量差壓為100KPa，而最小測量差壓的比值為0.25KPa，此時按最大測量差壓進行測量時在最小流量時差壓變送器已基本測不到。在分段測量時100000kg/h～20000kg/h量程段節(jié)流裝置的測量量程比為5︰1，最大差壓為100KPa，最小測量差壓的比值為4KPa，在20000kg/h～5000kg/h量程段節(jié)流裝置的測量量程比為4︰1，最大差壓為4KPa，最小測量差壓的比值為0.25KPa。此時差壓變送器可達到測量精度的要求。
采用這種方法進行測量時，要選用兩種不同差壓范圍的變送器進行測量，如上例中需配一臺差壓范圍為100KPa和一臺差壓范圍為4KPa的變送器。同時在節(jié)流件上取兩對取壓孔來進行變送器的安裝（具體安裝方式可按ISO5167-1和GB/T2624-93標準要求操作），在不同的流量采用不同的差壓變送器進行測量，大流量時用測量范圍大的變送器，小流量時用測量范圍小的變送器，兩臺變送器的更換通過閥門的開閉來調(diào)節(jié)。
采用這種方式，需配備兩臺變送器，會產(chǎn)生較高的成本，但不必進行停機來進行節(jié)流件更換，因而具有相當?shù)倪m用性。
四、結(jié)論
通過本文所述的三種方式都能達到使節(jié)流裝置適應(yīng)大量程比測量的目的，但三種方式相比較各有其優(yōu)劣。
在采用第一種方式時產(chǎn)生的費用較少，但節(jié)流件的更換麻煩，對用戶造成影響，不能用于流量變化頻繁的場合。
采用第二種方式時采用會產(chǎn)生較高的費用，因為需要建設(shè)一條相當長度的管道和配備相應(yīng)的節(jié)流裝置、閥門和二次儀表，但這種方式不會造成生產(chǎn)運行的停頓。而且不會因為閥門的頻繁開閉而造成閥門內(nèi)漏，造成計量失準。
采用第三種方式時通過配備兩臺變送器來達到目的，會增加一臺變送器的費用，但在進行適應(yīng)流量測量的調(diào)節(jié)時只需通過開閉閥門來達到目的，操作靈活、方便，具有一定的適用性。
本文所述的三種方式各有利弊，不同的客戶在進行選擇時可根據(jù)生產(chǎn)的實際需求來判斷該采用何種方式。

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