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孔板流量计在蒸汽流量丈量中的压损与节能效益阐发

作者: 来历: 宣布时辰:2017-03-07 14:31:33
择要: 针对某文献论点,在不异的流量和不异的直径比 β 时,喷嘴的压力丧失只需孔板流量计的 30%~50% ,并计较了某口径的孔板流量计在一年以内消耗的能量折算为国民币高达几十万元。以国际规范和国度规范为东西,对上述论点停止阐发计较,发明在不异流量、不异工况前提和不异差压下限的前提下,孔板流量计压损不是比喷嘴大,而是略小,是以在上述前提下,β 不异这一假设不建立。从体系的角度阐发了流量计压损减小所节省的能量消耗,绝大大都不能转化成经济效益。文中还阐发了喷嘴和孔板流量计在直管段请求、跨越限定前提、节省件变形、耐磨性、经济性和不肯定度方面的差别。
 
1  概   述
丈量蒸汽品质流量的流量计,不论是仍是差压式流量计,几多会有一些压力丧失,而压力丧失就象征着能量消耗,是以引发了人们的存眷。
 
流体流经差压装配,在正端取压口和负端取压口之间发生压差 Δ p ,而当流体流过节省件持续向下流活动时,静压取得局部规复,但仍是比下游静压要低一些,由此发生压力丧失,这类压力丧失是yongjiu性的。已完成规范化的差压装配有孔板流量计、喷嘴和文丘里管,各类差别范例的差压装配,各具特色,设想选型时应取长补短。
 
笔者曾读过一篇对孔板流量计的压损与能耗的文章,其首要论点:在流量和直径比 β 不异时,喷嘴的压力丧失只需孔板流量计的30%~50% ,进而计较某口径的孔板流量计,在一年以内消耗的能量高达几十万元 。针对该论点笔者有 2 点质疑:在现实利用中,喷嘴的压力丧失是不是真的能比孔板流量计小一半;若差压装配上能量不消耗,那末谁会是受害者。
 
2  喷嘴和孔板流量计的压力丧失阐发
在ISO 5167 — 2003 ( E )和 GB/ T2624 — 2006中,喷嘴(指ISA1932喷嘴)和规范孔板流量计压力丧失计较用的是统一个公式:
0180307143350.jpg
式中: Δ  ——— 压力损 失,Pa ; C ——— 流 出 系 数;Δ p ——— 差压, Pa ;β ——— 直径比, β = d/ D ; d ———节省件开孔直径, m ;D ——— 管道内径, m 。
 
对不异的丈量使命,介质、流量、工况前提、管径均不异,若是接纳差别的差压装配去丈量,因为流出系数差别,以是计较取得的直径比也差别。在第 1 节所述的文章中,提到在 β 值不异的前提下,压力丧失孔板流量计zui大、喷嘴次之、文丘里管zui小,这是因为孔板流量计有 90° 直角边,而喷嘴的进口为圆弧廓形,文丘里管的缩短段阻力更小。可是不异β 在不异前提下所发生的差压也是孔板流量计zui大、喷嘴次之、文丘里管zui小。文章中对三种差压装配的压力丧失的论断不题目,可是不异的直径比 β 只是假设,在工程选型和设想中不现实意思。因为在三种差压装配中作挑选时,无需夸大要用不异的β 值,作为用户来讲,只需 β 值不跨越限定前提就行,应存眷的是压力丧失或与此紧密亲密相干的满量程差压 Δ p max 。因为 Δ p max 取值太大,将会使差压装配上丧失的能量增大,而 Δ p max 取值太小,又会形成差压旌旗灯号通报失真。是以,举例申明两种差压装配上压力丧失简直切数值。
 
已知某一流量丈量工具,介质为水蒸气,经常利用压力 p1 为4.5MPa ( G ),经常利用温度 t 为450℃,满刻度流量 qm max 为2.6×105  kg/ h ,管道内径 D 20 为493 mm ,差 压 上 限 Δ p max 为 100 kPa 。 若 选ISA 1932喷嘴,经计较得 β =0.4687 , C =0.979 8 。若选规范孔板流量计,则 β =0.585 5 , C =0.604 1 。将这些值别离代入式(1 )便可取得满刻度时的压力丧失,喷嘴压力丧失 Δ  =0.646 9Δ p ;规范孔板流量计压力丧失 Δ  =0.645 9Δ p 。较着,孔板流量计压力丧失略小于喷嘴压力丧失。究其缘由是孔板流量计的 β 值比喷嘴的 β值大一些,与文章中所做的假设不分歧。
 
3  涡街流量计压力丧失阐发
 
涡街流量传感器上压力丧失计较公式与喷嘴、孔板流量计不不异,以横河公司供给的 DY型涡街流量传感器为例,其公式为 式中:
20180307143436.jpg
ρ ——— 流体密度,kg/ m3 ;v ——— 流速, m / s 。
 
假设上述丈量使命选用的为 DN 300涡街流量计DY300 ,并假设流体zui低温度前提下仪表能够或许蒙受,则满刻度时流速为70.64m / s ,ρ =14.463kg/ m3 ,代入式(2)得Δ  =77 955Pa ,与喷嘴和孔板流量计上的压力丧失差未几。
 
4  差压流量计许可压损由工艺管路设想决议
4.1  一个典范的流体节制回路
作为仪表制作企业,出产的产物在利用时所发生的能量消耗小一些则是功德,可是将节省的能量消耗看成经济效益则有失公允,因为经济效益与能量消耗是两个差别的观点。该种计较体例并不合用于统统体系,如调理体系就不合用。比方一家大型石化厂须要装备1个高压蒸汽体系,额外压力约为1MPa ; 1此中压蒸汽体系,按照流程须要,肯定额外压力。每一个体系能够都有几十个用户,各个用户与总管的干系如图1所示。
高压蒸汽用户表示
在图 1 所示的回路中,总管上所供给的总压力被分派在流量计、调理阀和工艺装备上,分派的准绳是工艺装备、调理阀和流量计都要具备能保持普通使命所必需的zui小压降。工程上,管路体系的压损占全数体系压损的一局部,而孔板流量计的压损只占管路体系压损的一局部。若是流量计上的压损能够小一些,那末调理阀上的压降就得大一些,zui后均衡掉过剩的压差,工艺装备普通是不承当均衡压差的使命的,是以并不会因为流量计中减小了能量消耗而取得响应的经济效益。
 
4.2  恰当下降总管压力
在由产业汽锅供汽的热力公司,想法将总管压力下降则会有必然的经济效益。在一个供热网有良多用户,每一个用户对蒸汽压力的请求都不不异,有的乃至嫌热力公司供的蒸汽压力太高,是以在蒸汽管进入用户界区后,别的增设主动减压阀,将压力下降后再进出产装备。在如许的体系中,决议供汽zui高压力的只是良多用户中的一两家,若是供汽压力低于该下限值,就会影响出产,是以这一两个用户就需想方想法下降流量计上的压损,不只仅是流量计,其余如调理阀、管路上统统形成压损的管件都得一丝不苟,偶然不得不就义流量丈量切确度.以知足体系设想的须要。这时辰,流量计的压损才与效益挂钩。
 
5  压力丧失小的两面性
巴类流量计和弯管流量计也都属于差压式流量计,这两种流量计因为不像规范差压流量计那样有节省件,是以也没法按照须要经由过程调理 β 值来使Δ p max 到达抱负值,乃至在低密度低流速的丈量工具中,Δ p max 只需几百帕乃至几十帕,供给商的发卖职员说这是功德,大幅下降了动力消耗,可是现场的现实利用标明,带来的题目良多。因为差压下限小,只能选配微差压变送器,与大师熟习的中差压、低差压变送器比拟,这类变送器丈量切确度要低很多,零点的短时候不变性和持久不变性都较差;别的因为 Δ p max 太小,普通丈量时的差压值也太小,三阀组内的1个气泡(丈量气体时是1滴冷凝液),城市使流量显现值发生很大误差。
 
上海某机场在基建阶段装配了35台各类差别口径的弯管流量计,用于动力的计量,仪表投运后遍及结果较差。如,空调冷冻水用的流量计在夏季冷冻水已停时仍然唆使很大的流量,以致zui后没法经由过程当局受权机构的检定,仪表全数报废。因为这个缘由,人们就在想方想法进步此类流量计的传感器输入差压,此中罗斯蒙特公司的 T形阿牛巴流量计,能使其输入的差压值比菱形截面检测杆高80% ,从而遭到同业的赞成6  喷嘴和孔板流量计其余方面的差别
后面会商的都是压力丧失与节能方面的内容,除此以外,在喷嘴与孔板流量计的选用中,另有以下几个题目要斟酌:
 
1 )直管段请求的差别。在第 4 节的实例中,完整不异的利用前提下,因为喷嘴的 β 比孔板流量计小,以是直管段请求也有很大差别,查阅GB / T 2624 —2006中的划定,喷嘴直管段请求 14 D ,而孔板流量计请求39D 。
2 )孔板流量计有能够会跨越限定前提。在电厂的蒸汽流量丈量中,低温、高压、高流速的前提比拟多。因为压 力 高,对 应 的 流 体 密 度 就 大,在 初 选 了Δ p max 后计较取得的 β 偶然会大于0.75 ,是以跨越限定前提,为了将 β 减少,可将 Δ p max 恰当增大,可是这又增大了能耗。这类环境下若是改组喷嘴,β大大都不会跨越0.8的限定前提(喷嘴和孔板流量计的 β限定前提不不异)。若仍是跨越限定前提,则只需恰当缩小 Δ p max 或扩展管径。
3 )节省件的变形。节省件变形是由多方面的身分决议的,此中,喷嘴因为圆弧廓形的布局特色,具备极高的抗变形才能,以是该种节省件与管道之间,不管是接纳法兰毗连仍是焊接,都不会因热收缩致使破坏。而孔板流量计若是与环室之间或与法兰之间预留的径向空隙不够大,却会因热收缩致使板片变形,由平板变成碗形,乃至由此引发密封垫片处介质外泄,以是设想制作时要出格注重。
 
4 )节省件的耐磨性。喷嘴的耐磨性较着好过孔板流量计,这是因为喷嘴不直角边,而孔板流量计有直角边。因为这个缘由,JJG 640 — 1994差压流量计检定例程划定,规范孔板流量计检定周期为2a ,而喷嘴检定周期可达4a。在被测介质为河水及含有固体颗粒时,利用一段时辰,孔板流量计直角边会呈现 r 变大的陈迹,而介质为中高压蒸汽和普通气体时,未见较着的磨损。
 
5 )不肯定度的差别。喷嘴的不肯定度zui好能到达0.8% (与 β 有关),而规范孔板流量计的不肯定度能到达0.5%。
6 )经济性的差别。出产1台喷嘴的资料要比孔板流量计多多少倍,以是喷嘴的出产本钱比孔板流量计高1倍是普通的。
 
7  竣事语
在选用差压流量计中,在yongjiu性压损不大于许可值的前提下,首要斟酌的是丈量切确度和价钱,在这两方面,孔板流量计据有较着的上风,以是市场据有率也雄居首位。
1 )在不异的流量和不异的 β 时,喷嘴的压力丧失只需孔板流量计的30%~50%这一论点是对的,但其隐含的推论是错的,因为差压装配计较中,有多个身分可转变,设想时可接纳差别 β 。
2 )在不异流量、不异工况前提和不异差压下限的前提下,孔板流量计的 β 比喷嘴大很多,这是因为喷嘴的流出系数约比孔板流量计大60%引发的。
3 )在一个典范的流体节制体系中,凡是包罗工艺装备、用于节制的阀门和流量计等,流量计上节省的能量消耗凡是要节制阀来均衡,是以这类节省不能转化成经济效益,只需个体环境才会呈现经济效益。是以,设想时应按照详细环境区分看待,不能只寻求高压损,计量仪表仍是要以确保丈量切确度为主。
 
4 )喷嘴和孔板流量计在直管段长度请求、跨越限定前提、节省件变形、耐磨性、不肯定度和制形本钱等方面都有差别,设想选型时应取长补短、趋利避害,公道决议计划。
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