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精信測器

 

3.1.6 飽和蒸汽應采用何種補償

(1)    查表法求取密度地一致性  飽和蒸汽采用溫度補償和壓力補償,在本質上是一樣的。其原因在于飽和狀態的蒸汽,其壓力和溫度之間呈單值函數關系,從蒸汽溫度查出的密度同與此溫度對應的壓力查出的密度是一致的。因此,采用溫度補償和壓力補償在原理上都是可行的。

(2)    投資的差異  從節約投資和減少安裝工作量的角度考慮,因為一支鉑熱電阻的價格只及壓力變送器的幾十分之到幾分之一,所以采用溫度補償較經濟。

(3)    補償精確度的差異  采用溫度補償和壓力補償分別能得到多少補償精確度,不僅同溫度傳感器和壓力變送器的準確度有關,而且同流量計類型、具體測量對象的工況和壓力變送器的量程選擇有關?傮w來說測溫對補償精確度影響較大,具體分析如下。

①     測溫誤差對流量測量結果的影響。溫度測量誤差同流量測量結果的關系,對于過熱蒸汽來說影響并不大,例如溫度為250℃的過熱蒸汽,若測溫誤差為1℃,在作溫度補償時引起流量測量結果不確定度約為0.096%R(差壓式流量)到0.19%R(渦街流量計)。影響較大的是溫度信號用于飽和蒸汽流量測量中的補償,例如壓力為0.7Mpa的飽和蒸汽,其平衡溫度為170.5℃,對應密度為4.132kg/m3,如果測溫誤差為-1℃,并據此查飽和蒸汽密度表,則查得密度為4.038kg/m3,引起流量測量誤差約為-1.14℃(差壓式流量計)到-2.27%R(渦街流量計)。

②     溫度傳感器精確度等級的考慮。測溫誤差同溫度傳感器的精確度等級和被測溫度數值有關,例如壓力為0.7Mpa的飽和蒸汽,用A級鉑熱電阻測溫,其誤差限為±0.49℃[4],如果用此測量結果查蒸汽密度表,以進行補償,則流量補償不確定度約為±0.56%R(差壓式流量計)到±1.11%R(渦街流量計)。而若用B級鉑熱電阻測溫,其誤差限就增為±1.15℃,則流量補償不確定就增為±1.31%R(差壓式流量計)到±2.61%R(渦街流量計)。顯然,B級鉑熱電阻用于此類用途可能引起的誤差是可觀的,所以一般不宜采用。這里僅就不同精確度等級的測溫元件作相對比較。當然,這里所說的誤差還僅為測溫元件這一環節,至于流量測量系統的不確定度,還須計入流量二次表、流量傳感器、流量變送器等的影響。

③     壓力變送器精確度等級、測壓誤差及其影響。壓力測量誤差同壓力變送器的精確度等級和量程有關,例如,選用0.2級精確度、0~1Mpa測量范圍的壓力變送器測量0.7MPa飽和蒸汽壓力,其誤差限為±2kPa。如果用此結果查蒸汽密度表,以進行補償,則此誤差限引起的流量補償不確定度約為±0.13%R(差壓式流量計)到±0.25%R(渦街流量計)。顯然,壓力補償能得到的補償精確度比溫度補償高。

(4) 具體實施時的困難   上面所述的兩種補償方法都是可行的這一觀點,僅僅是從原理上所作的討論,在具體實施時還會出現其他問題。

①     安裝困難。如前面第3.1.5中所述,用來測量飽和蒸汽質量流量的差壓式流量計,若選擇溫度補償,常因測溫套管距節流件太近而對流動狀態造成干擾或根本就無法安裝到理想部位而修改方案。

②     由于相變而進入過熱狀態。對于飽和蒸汽,以較高的流速流過渦街流量計時,由于壓損引起的絕熱膨脹往往使蒸汽進入過熱狀態,這時仍舊將它看作飽和蒸汽,并根據蒸汽溫度去查飽和蒸汽密度表,得到的數值明顯偏高。

由于上述種種原因,使得在測量飽和蒸汽質量流量時,僅僅測量溫度,并據此查密度表,進而計算質量流量,在實踐中應用的并不多。

3.1.7   液柱高度的影響及其消除

在蒸汽計量系統中,由于流體容易被壓縮,為了保證計量精確度,一般引起流體壓力補償(飽和蒸汽)或流體溫度壓力補償(過熱蒸汽)。那么,流體壓力就成為蒸汽計量的重要變量。在蒸汽壓力的測量中,由于引壓管內冷凝水的重力作用會使壓力變送器測量到的壓力同蒸汽壓力之間出現一定的差值。

(1)引壓管中液柱高度對壓力測量的影響   在壓力變送器安裝現場,為了維修的方便,壓力變送器安裝地點與取壓點往往不在同一高度,這樣,引壓管中的冷凝液就會對壓力測量帶來影響。圖3.11所示為4中常見的情況。其中,ps為蒸汽壓力;p0為變送器壓力輸入口處實際壓力;h為高度差,m;g為重力加速度,m/s2;ρw為冷凝液密度,kg/m3。

圖3.11壓力變送器和取壓口的相互位置

在圖3.11(b)中因變送器取壓點下方,如果引壓管中充滿冷凝液,則變送器示值偏高gρwh,在h=6m,g以9.80665/m3(假定液溫為20℃)計,對變送器的影響值為58.7kPa。圖3.11(c)因變送器在取壓點上方,如果引壓管充分排氣,引壓管中充滿冷凝液,則對變送器的影響值為-gρwh。而圖3.11(d)因引壓管中冷凝液高度難以確定,所以變送器輸出低多少也就難以確定,故不宜采用。

(2)測壓誤差對流量示值的影響    測壓誤差如果不予校正,對流量測量系統精確度一般都有影響。而影響度不僅同流體的常用工況有關,而且同流量計的類型有關。

以上面所舉的例子為例,在流體常用壓力等于0.7Mpa(表面值),常用溫度等于250℃的工況條件下(即為過熱蒸汽),壓力測量偏高58.7kPa,對于差壓式流量計將引入3.69%R的誤差,對于渦街流量計將引入7.52%R的誤差。

  在流體的常用壓力等于0.7 Mpa的飽和蒸汽條件下,壓力測量偏高58.7 kPa,對于差壓式流量計將引入3.42%R的誤差,對于渦街流量計將引入6.95%R的誤差。

因此,引壓管中液柱高度對壓力測量影響必須予以校正。

(3) 液柱高度影響的校正   壓力變送器引壓管中冷凝液液柱高度對壓力測量的影響通?捎脙煞N方法校正,即在變送器中校正和在二次表中校正。

①               在壓力變送器中校正。這種校正方法的實質是對變送器的零點作遷移,在上面的例子中,如果變送器的測量范圍為0~1.0 Mpa,零點作-58.7 kPa遷移后其測量范圍就變為-58.7~941.3 kPa。在現場操作中,就是用手持終端將測量范圍設置為-58.7~941.3 kPa。對于非智能型變送器,就是變送器壓力輸入口通大氣的條件下,將輸出遷移到3.0608mA。

這種方法儀表人員往往不喜歡使用,這是因為要對變送器零點作遷移,需要對設計文件和設備卡片作相應的修改,手續繁瑣。而且,如果遷移量較大,對于非智能型變送器根本就無法實現,相比之下,在二次表中作校正就成為受歡迎的方法。

②               在二次表中校正。這里說的是二次表是廣義的,不僅包括普通的二次表,也包括DCS、智能調節器等,其校正方法是相同的。以FC6000型智能流量演算器演算器為例。對上面的情況作校正就是將菜單的第23條(測量起始點)寫入-58.7 kPa(或-0.0587Mpa),而將第24條(測量滿度)寫入941.3kPa(或0.9413Mpa)即可,因此省力、省時又準確。

 

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