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                            蒸汽流量计量温压补偿数学模式
                            发布时间:2021-9-27 08:48:01

                            摘要:着重对过热蒸汽流量计量中温度、压力补偿的数学模型进行了分析,最后提出了一种全新的微机全参数补偿方式。
                            一.引言
                              随着成本◆意识的不断增强,人们对能源☉计量的准确性提出了更高的要求,流量测量中的温度、压力补偿逐渐◆被提上了议事日程。由于流量测量装置的设计提供的设计温度、压力与实际运行的▃工作温度、压力有一定的差异,再加上由于工艺条件造成流体温度、压※力波动较大,致使测出的流量不能真实反映其工作状态下的实际流量。绝大多数流∞量计,只有在流体工▲况与设计条件一致的情况下才能〇保证较高的测量精度,有些流体如气体、蒸汽,流体工况变化对测量精度的影响特别大,必须进行补偿。不同类别的流量测量装置,测量不同的流∑ 体介质,其温度压力补偿公式选择的数学模型是有差异的。因此,有必要对对流量▼计量中温度、压力补偿Ψ的数学模型加以分析、研究,总结出一套全新的补偿方式,尽可能地消除系统误差,使计量精度提高到一个新的水平。
                            二.过热蒸汽流量计量的补︽偿
                              在蒸汽←流量的计量上,密度虽〖然也是温度、压力的函数,但不再遵循理想气体状态方程,且在不同压力、温度区间,函数关系∩不同,很难用一个简单的或统一的函ζ 数关系式来♀表示。下面我们分析常用水蒸气密度的确定方法。
                            1.密度的确定方法。
                              工业或工程上应用的水蒸汽大多是处于刚刚脱离液态或离液态较近时的状态,它的物理、化学性质与理想气体大不∴相同,应视为实际气体。水蒸气↑的物理性质较理想气体要复杂得多,故不能用简单的数学表达加以描述,所以,在以往的工【程计算中,凡涉及水蒸气的状态参数数值,大都从∮相关的水蒸气表中直接查取。
                              随着电子技术的发展,计算机(或单片机)已广泛应.用于→流量测量仪表中,其存储能力、快速计算能力为№准确、快速的确定水蒸气◤的密度提供了有力的手段。
                            1.1现在介绍在二次仅表中常用卐的水蒸气密度的确定方法。
                            1.1.1查表法:把水蒸气密度表装入计算机系统中,
                              根据▆实际工况下的温度、压力值,从表中直接查出╱相应的密度值
                            1.1.2计算法:
                            ①自己拟合公式(或者出版物↙给出公式)
                            ②IFC1967公式
                              目前,我们采用的密度补偿的拟合公式为:
                             
                            式中:-温度,℃;P-表压,Mpa;
                            蒸汽㊣实际工况条件为:
                            工作ㄨ压力变化范围:0.1-1.1MPa
                            工作温度变化范围:160-410℃
                            下面,我们取特⌒殊点对公式(1)进行验证:
                             
                              通过以上验证△上算,我们目前采ω 用的」密度补偿公式的计算误差太大,显然不能满足计量仪表的要求。我们流量计量绝大部分已进入微机网络,因此,理∑ 想的是采用IFC1967公式”。
                            1.2比较。
                              查表法:根据1FC1967公式”制定的数⊙表,考虑了各个不同区域的特性,目〓前它是比较完整和全面的。但它数据量大,需要占用大量的内存,应用数表要首先判断是饱和蒸汽还是过热蒸汽,再查不¤同的数表,另外数表的变量有一定步长的非连续量,对于两点之间的数据,需经过数学内插处理获得。
                              应用公ξ 式计算:不需占有大量的内存空间卐,便于智能仪表应用,至于使用☉哪々一个公式,根据不同场所和不同需要,选用不同公式。采用TFC1967公式”虽然公式繁杂一些,但在▂压力为█0-16.65MPa范围内,计算的过热蒸☉汽及饱和蒸汽密度值完全符合国际标准。应用公式只需安装有温度、压力变送↘器,不需要判断是饱和状态或过热状态就可以准确△测量〖。对于确定是饱和蒸汽的场合,只需要将≡公式〇稍做变动,只用测温或测压,就可准确计算饱和蒸汽密度。
                            2.流量公式的确定。
                              在蒸汽计№量中用节流←元件作为传感元件时用计算法进行补偿,其流量▃公式为:
                             
                            式中:qm-质量流量,kg/s;
                            e-流出系数;
                            d-节流件开孔直径,m;
                            ε-可膨胀性系数;
                            p-被测】流体密度,kg/m3;
                            β-节流件孔ξ径与直管段内径之比,β=d/D;
                            △P-差压,Pa;
                              而用涡街↓流量计量时,它的输出脉冲信号不受流体组分变化的影响,即仅表系数在一定雷诺数范围内仅与洲涡发生体及管道的尺寸有关,但是作为流量计在物料平衡↓及♀能源计量中需检测质量流量,这时流量的输出信号应同时检测体积流量和流体密度,流体组份对流量计还是存在直接影响,其流量公√式为:
                             
                            式中:qv-体积流量,m3/h;
                            Sr-斯特劳哈『尔系数;
                            m-漩涡发生体两侧弓形面积与管道横截面面积之♀比;
                            d-漩涡发生体硬面宽度,m;
                            D-管道通径,m;
                            f-漩涡的发生频率,Hz/s;
                            qm=pq、4)
                            式中:qv-体积流量;m3/h;
                            qm-质量流量,Kg/s;
                            p-被测流体密▃度,kg/m3;
                              由流量︽公式(2).(4)可知,流量与密度的★关系分别与C和p成正比,如果用错ω 将造成很大的计算误差,同时,温度(℃)与热力学温度(K)的代入也应正确处理。
                              考虑■上述原∩因,有必要对补偿软件和智能流量』计算仪进行测试∮和校准。方法为:由LG节流装置设计及管理软件》计算←出对应点补偿流量的理论值,再对流量计输入相同工沉参数得到相应▅的显示值,这时将流量计的显示.值与理≡论值进行比较即可达到校准的目的。历来流量校.准与设备和流量仪表两大主╲题是研究的中心,流量仪表标准和检定规程是△流量准确计量的保证,针对目◥前国内智能流量演算器和相关计算机软件的现状,建立国家有关部门应出台一部相应的检㊣ 定校准规→程,以便于技术监督和⊙管理。
                            三微机的全参数补偿
                            根据
                             
                              对气体介质进行补偿时,在低压范围内,可以利用理想气@体状态方程来进行温度、压力补偿。但在高压时,则必须考虑气体〒压缩系数的影响。对于过热蒸气,必※须作实际气体处理。对于大部分气体,在低压区(如小于1MPa)的压缩系数都接近于1。在该区@ 域内,只要温度不是☆太低,即使不对压〒缩系数进行修正,也∏不♀会引起明显的误差,完全可以满足工程上的要求。但◆在高压区,则必须考虑压缩系数的影响,否则将会造成明显Ψ 的误差。像常规方♀法那样将K看成常数,将会造成不可忽视的测◤量误差。分析计算表明↘,当温度和压力在设计值T.和p.的基础上变化20%,ReD变化60%时,如果我们只补偿密度变化的影响,那么,即使密度〇变化♀可能引入的误差为零,即认为已实现了对密度的▲完全补偿,其它各余留参数变化累加后的最大误差仍可达6%左右。其中,ε引入的∞误差最为明显。对于常规仪表来说,这些余▃留误差①没有可能得到补偿。而对于微机补偿系统来说,补偿这些余留參数的变化已成为可能。所以,一般来说,微机补偿▲系统除补偿密度外,还应考虑整【个补偿方程々中其它参数变化的补偿问题,即全参数补偿。
                            四结语
                              总而言之,选择合适的温度、压力补偿公式,就必须全面地了解流量测量的方式。在测量介质,测量装置,流体工况,流量单位均不同的场合,采用正确的温度、压力补偿方『式,才能获得准确的流量。此外,计算机的应用也堪称检测技术中◇的一场革命,它使各类过程参数的检测由常规仪表时代进入了高科技的计算机时代,同时也使企业综合自动化和生产过程的最优控制∩得以实现,是今后检测与控制系︼统发展的必然趋势。

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