涡街流量计知识

.1 涡街流量计工况变化和旋涡发生体状况变化对显示示值的影响9.1.1 流体温度变化对涡街流量计的影响（ 1）流体温度变化对涡街流量计流量系数产生影响的原因 流体温度变化后，其密度相应变化，因而给差压式流量计以及速度式流量计的质量流量测量带来误差，可以通过密度补偿来解决，这在本书的第 3章 已作了介绍。除此之外，流体温度变化还引起流量计测量部分几何尺寸变化，并因此而引入误差。温度引起金属材料几何尺寸变化，一般约为10-5C-1，但当流量计被用来测量蒸汽流量时，由于可能的 温度变化大，所引起的影响就很可观，一般都需另作修正。涡街流量计的测量原理如图8.4 所示，流量系数同流体温度的关系如式（9.1）和表9.1 所示。流量系数 受流体温度的影响由两个部分组成，一是由发生体宽度变化引起，另一个是由管道内径D变化引起。从式（8.5）中可看出，了知 成反比，流体温度升高后，增大，了成反比地减小，所以示值偏低;K与D2成反比，流体温度升高后，D增大，发生体两边的流通截面积增大，K相应减小，流量示值偏低。 有些仪表制造商根据自己的产品所用的材质提供了流量系数随流体温度变化的关系，如YF100系列为(9.1)= 1-4.81 x 10-式中流体温度为时的流量系数，P/L （1P = 0.1Pas）；Km流体温度为曲时的平均流量系数，P/L；工作温度，C；力校准温度，常取15C。8800C型涡街流量计也可根据用户输入的介质温度对K系数进行自动修正，表9.1给出了介质温度与参 考温度（25C ）每相差50CK系数变化的百分比（对于直接脉冲）。表 9.18800C 型仪表的介质温度影响材料每50CK系数变化的百分比/%材料316L 25C+ 0.20哈氏合金C 25C316L 25C 0.24哈氏合金C f25C每50CK系数变化的百分比/%+ 0.20 0.20（2）重新计算Kt实际使用的流体温度往往同设计时预计的流体温度有明显的差异，例如有的热网在 设计时所有用户的蒸汽计量表都按280 C的过热蒸汽计算，系统投运后发现，有1/3的远离热源厂的用户蒸汽已进入饱和状态，其蒸汽压力以0.7MPa （表压）计，相应的温度按170C计，则按式（9.1）计 算温度变化引入的误差为S = (Ktd-K)!Kt = (0.9872535- 0.992544)/0.992544 = -0.53%式中按设计条件计算的流量系数， P/L；按实际温度计算的流量系数， P/L。显然，由此引入的误差是可观的。解决这一问题的办法是按照流体的实际温度重新计算流量系数。如果计量数据用于贸易结算，可能还要编 写计算书并履行结算双方确认的手续。9.1.2 发生体迎流面堆积产生的影响如果被测流体中存在黏性颗粒或夹杂较多纤维物质，则可能会逐渐堆积在旋涡发生体迎流面上，使其几何形状和尺寸发生变化，因而流量系数也相应变化（见图9.1）。据日本Oval公司工作人员著文透露模拟yY试验结果，在该公司三角柱发生体端的堆积物厚度为0.01D的附加误差为一2%；为0.02D时，附加误差为3.48，9。懸I和图 9.1 发生体迎流面堆积及影响9.1.3 发生体锐缘磨损产生的影响涡街流量计旋涡发生体的迎流面的两条棱边正常情况下是锐利的，但若被测流体中含有固形物，则锐缘很 容易被磨损而变成圆弧，虽然流量系数K对边缘的锐利度的变化不像孔板流量计那样敏感，但由于几何形 状和尺寸发生了变化，也会引气流量系数的变化。横河公司对旋涡发生体锐缘变鈍同标准孔板锐缘变鈍对 流量系数的影响做过测试，发现在相同的圆弧半径的情况下，涡街流量计流量系数的相对变化率比孔板流 量系数的相对变化率小得多2，其相互关系如图 9.2 所示。从图9.2可清楚地看出，随着锐缘半径地增大，孔板的流量系数和涡街流量计的流量系数都相应增大, 但因流量系数的定义不相同，对流量测量误差的影响却相反。其中孔板流量系数的增大却使流量示值成正 比地增大。iLHS-fLi f: i 563mm图 9.2 锐缘磨损及其影响选择耐磨性优良的材质制造发生体，是改善磨损的积极方法。一旦发现磨损，应对仪表的流量系数重新标 定，当磨损严重，流量系数变化太大时。应考虑更换发生体。9.1.4 管道内径引入的误差与涡街流量计连接的管道，其内径与涡街流量计测量管内径完全一致的情况并不很多，尤其是大家喜欢 使用的进口涡街流量计和引进技术生产的涡街流量计。因为外国的无缝钢管管径标准与中国标准不一致， m (Im = 0.0254m)一例如名义管径6的无缝钢管，国外标准为外径176mm，而中国为159mm，相差较多。另一个原因是名义管径标准相同的无缝钢管，由于壁厚规格差别大，内径也产生较大差异。在实流标定中发现，管道内径等于或略大于涡街流量计测量管内径时，流量示值稳定，流量系数正常。但 若管道内径小于测量管内径时，流量示值出现强烈的噪声，这是因为流体流过截面积突变的管段时产生二 次流所致，如图9.3 (a)所示。在管径大于测量管内径时，也有二次流产生，但因二次流存在的部位在测 量管之外，对仪表示值影响不明显，如图9.3 (b)所示。一-協/髄汹爱业体WWW. SENSOROKMrWW(a)(b)图 9.3 流通截面积突变引发二次流当管道内径小于测量管内径(3以内)时，虽然不会对仪表本身所固有的流量系数产生影响，但因流通截面积突变引起表现流速变化而可能产生附加测量误差。这时可通过修正流量系数Km来补偿，其修正系数F 的表达式为1D式中D测量管实际内径;管道实际内径。经过修正的流量系数疋加为(9.2)9.9将过热蒸汽误作饱和蒸汽进行补偿带来的影响将过热蒸汽误作饱和蒸汽进行补偿，一般发生在原来是饱和蒸汽，后经较大幅度减压，流体因绝热膨胀 而变成过热蒸汽的事例中。设计人员对蒸汽状态变化认识不清，认为锅炉送出的是饱和蒸汽，那么送到用 户处也总是饱和蒸汽。这一错误带来的影响从下面的一个事例中可以看出。本书第3章图3.19所示的例子是锅炉房供压力为IMPa的饱和蒸汽。蒸汽总管在进装置时先经减压阀减压（温压）到0.42MPa（相应的饱和蒸汽温度153C），设计人员认为此时仍为饱和蒸汽，为了节约投资，选 f Q =用流体温度作自变量对工况进行补偿。仪表投运后二次表根据测温结果-162.4C查饱和蒸汽密度表得3，而按照两个测量值查过热蒸汽密度表，得密度3，所以质量流量计算结果出现27.49的误差，即= 27.49%在本例中，如果采用压力补偿，则根据的信号查饱和蒸汽密度表，应得到22.7761kg/m3,则补偿误差为=2.51%解决这一问题的办法有两个。 上述蒸汽未经减压时，其状态应为饱和蒸汽，将流量计安装在减压阀之前，按饱和蒸汽补偿方法，可保 证测量精确度。 如果流量计只能安装在减压阀后面，则可增装一台压力变送器，进行温度压力补偿（取压点放在旋涡流 量计后面）5。9.8测温误差对蒸汽流量测量的影响在间接法蒸汽质量流量测量中，蒸汽密度的求取是关键。而从蒸汽温度、压力求取蒸汽密度的操作中， 蒸汽温度和压力的测量是基础。测量总是存在误差，那么温度测量误差对间接法蒸汽质量流量测量影响有 多大，这是有必要讨论的重要问题。（1）测温误差对流量测量结果的影响 按照ISO 5168的公式对流量测量不确定度进行估算，流体温 度不确定度是通过流体密度测量的不确定度起作用的，对于差压式流量计，则Sqm 1 8p= X qm 2 p式中质量流量测量误差，kg/h；质量流量， kg/h；流体密度测量误差， kg/m3；流体密度， kg/m3。同理，对于涡街流量计，则8qm 8pqm p对于过热蒸汽，蒸汽温度在较小的范围内变化的，其密度可近似看作同其绝对温度成反比，因此，温度测 量不确定度同流量测量不确定度的关系，对于过热蒸汽来说影响并不大，例如常用温度为250C的过热蒸 汽，测温误差为1C,在作温度补偿时对应的流量测量不确定度约为0.096%R （差压式流量）0.19%R（涡街流量计）。影响较大的是温度信号用于饱和蒸汽流量测量中的补偿，例如压力为0.7MPa的饱和蒸汽， 其平衡温度为170.5C，对应密度为4.132kg/m3，如果测量误差为一1C,并据此查饱和蒸汽密度表，则查 得密度为4.038kg/m3，引起流量测量误差约为一1.14%R （差压式流量计）一2.27%R （涡街流量计）。（2）测温元件精确度对补偿精确度的影响 测温元件的误差同其精确度等级和被测温度数值有关，例如 压力为0.7MPa的饱和蒸汽，如果用A级铂热电阻测温，其误差限为土0.49C,如果用此测量结果查饱和蒸 汽密度表，以进行流量计补偿，则此误差限引起的流量补偿误差约为土0.56%R（差压式流量计）1.11% R （涡街流量计）。而若用B级铂热电阻测温，其误差限就增为1.15C，则此误差限引起的流量测量不确 定度就增为1.31%R （差压式流量计）2.61%R （涡街流量计）。显然，B级铂热电阻用于此类用途 可能引起的误差是可观的，一般不宜采用。这里仅就不同精确度等级的测温元件作相对比较。当然，这是所说的流量测量不确定度还仅为测温元件这 一环节，至于流量测量系统的误差，还须计入流量二次表、流量传感器 、流量变送器等的影响。（3）引入测量误差的其他因素 从流量计使用现场的情况来看，温度测量误差除了测温元件固有误差之 外，还同安装的不规范有关。例如，测温铂热电阻插入深度不够，安装铂热电阻的管道上保温层被拆掉未 及时恢复等，都导致测温偏低，有时也存在热电阻三线制连接不规范，导致测温偏高的现象，如图9.11所 示。图 9.11 热电阻三线制连接不规范热电阻三线制连接不规范现象往往发生在由电工安装的项目中，这是因为电工头脑中没有三线制的概念。