如何提高蒸汽計(jì)量的準(zhǔn)確度

如何提高蒸汽計(jì)量的準(zhǔn)確度

郭家昆

    目前，蒸汽計(jì)量方式主要有節(jié)流裝置和渦街流量計(jì)兩種。這兩種計(jì)量方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，節(jié)流裝置的穩(wěn)定性比較好，但準(zhǔn)確度低，維護(hù)量大；渦街流量計(jì)的準(zhǔn)確度較高，維護(hù)量小，但受介質(zhì)狀態(tài)、周圍環(huán)境等影響較大。隨著各單位對(duì)蒸汽計(jì)量的準(zhǔn)確度要求越來越高，對(duì)蒸汽測(cè)量進(jìn)行溫壓補(bǔ)償就顯得非常必要。飽和蒸汽采用壓力補(bǔ)償和溫度補(bǔ)償都是可行的,但過熱蒸汽必須采用溫壓補(bǔ)償。
   
一、壓力補(bǔ)償問題
    雖然渦街流量計(jì)或節(jié)流裝置進(jìn)行了壓力補(bǔ)償，但是在使用中也會(huì)出現(xiàn)壓力補(bǔ)償不當(dāng)?shù)膯栴}，有時(shí)還會(huì)適得其反。在壓力變送器安裝現(xiàn)場(chǎng)，為了維修方便，壓力變送器安裝地點(diǎn)與取壓點(diǎn)往往不在同一高度，這樣，導(dǎo)壓管中的冷凝液就會(huì)給壓力測(cè)量帶來影響。圖1所示為四種常見的情況。
    在圖1中，圖(b)因變送器在取壓點(diǎn)下方，引壓管中充滿冷凝液，則變送器示值偏高ρgH。當(dāng)H=6m，g=9.8m/s2、ρ=1000kg/m3時(shí)，對(duì)變送器的影響量為58.8kPa，超過0.5kg的壓力。圖(c)因變送器在取壓點(diǎn)上方，如果引壓管充分排氣，引壓管中充滿冷凝液，則對(duì)變送器的影響量為-ρgH，如引壓管內(nèi)存在一定氣體，壓力將無法確定。而圖(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，無法確定遷移量，故不宜采用。此外，受現(xiàn)場(chǎng)條件的制約，須縮短變送器與管路的距離并在節(jié)門后加冷凝彎管,使其產(chǎn)生的誤差最小至忽略不計(jì)。圖(a)是我們通常采用的方式。
   

    圖1  壓力測(cè)量中的四種常見情況
    Ps為蒸汽管道壓力；P為變送器壓力輸入口處實(shí)際壓力；H為高度差，m；g為重力加速度，m/s2；ρ為冷凝液密度，kg/m3。

    前些年，我廠熱電分廠蒸汽出口計(jì)量采用的是節(jié)流裝置，管路較高(距地面8m左右)，導(dǎo)壓管引到計(jì)量室，而取壓點(diǎn)在計(jì)量室差壓導(dǎo)管正壓上，壓力變送器將這段近1kg的靜液位產(chǎn)生的壓力作為管路壓力傳給積算儀(與圖b相同)，造成計(jì)量數(shù)量偏大。正是由于采取此種取壓方式，造成產(chǎn)供差較大。后經(jīng)過對(duì)壓力變送器的校驗(yàn)，將這段靜壓力80kPa通過零點(diǎn)遷移進(jìn)行了補(bǔ)償，解決了此問題，同時(shí)較大地降低了產(chǎn)供差。
    壓力變送器引壓管中冷凝液液柱高度對(duì)壓力測(cè)量的影響通常可用兩種方法校正，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(shí)質(zhì)是對(duì)變送器的零點(diǎn)作遷移。在上面的例子中，如果變送器的測(cè)量范圍為(0～1.6)MPa，零點(diǎn)作-80Pa遷移后其測(cè)量范圍就變?yōu)?-80～1520)kPa。在現(xiàn)場(chǎng)操作中，使用手持終端將測(cè)量范圍設(shè)置為(-80～1520)kPa即可。對(duì)于非智能型變送器，在壓力變送器輸入口通大氣的條件下，將零點(diǎn)輸出遷移到3.200mA。
    (2)在積算儀中校正
    對(duì)上面的情況作校正，就是將壓力測(cè)量下限改為80kPa(或-0.08MPa)，而壓力測(cè)量上限為1520kPa(或1.52MPa)即可，一些積算儀的壓力下限只能從0開始,這時(shí)只能改壓力變送器了。
   
二、溫度補(bǔ)償準(zhǔn)確度的提高
    從節(jié)約投資和減少安裝工作量的角度考慮，溫度補(bǔ)償更合算一些；從補(bǔ)償準(zhǔn)確度的角度考慮，主要取決于所選的壓力變送器的準(zhǔn)確度和熱電阻的準(zhǔn)確度及蒸汽性質(zhì)。
    我廠曾使用過一些探頭，這些渦街探頭中已安裝了鉑電阻，開始效果很好，維護(hù)量也較低，但隨著時(shí)間的推移，問題逐漸暴露出來。全廠的蒸汽供用差趨于0，用此表結(jié)算的各單位用汽量顯著增加。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，蒸汽供出計(jì)量表是溫壓補(bǔ)償，蒸汽溫壓變化能自動(dòng)補(bǔ)償，而各單位使用量由此種渦街流量計(jì)計(jì)量，只采用了溫度補(bǔ)償。由于我廠蒸汽是發(fā)電后的高壓蒸汽，經(jīng)減溫減壓變?yōu)榈蛪何⑦^熱蒸汽送出，一般蒸汽到用戶時(shí)基本變?yōu)轱柡驼羝５怯捎陔姀S控制問題，送出蒸汽溫度偏高。由于使用溫度補(bǔ)償?shù)姆e算儀將高溫低壓的微過熱蒸汽當(dāng)作此溫度下飽和蒸汽進(jìn)行積算，產(chǎn)生較大偏差。有時(shí)電廠供出的蒸汽為0.6MPa、170℃的微過熱蒸汽，用戶的積算儀按170℃飽和蒸汽密度4.08kg/m3進(jìn)行計(jì)算，而實(shí)際使用的0.6MPa、170℃的微過熱蒸汽密度為3.6kg/m3，密度差帶來的誤差近10%。由此可見，這種以溫度方式補(bǔ)償?shù)挠?jì)量系統(tǒng)就怕溫度出現(xiàn)偏差，為此又增加了壓力點(diǎn)，以提高計(jì)量準(zhǔn)確度。
    在溫度測(cè)量過程中應(yīng)選用的是A級(jí)鉑熱電阻,比如壓力為0.6MPa、飽和溫度為164℃的蒸汽，如果不考慮安裝帶來的誤差，此時(shí)測(cè)溫最大誤差為±0.5℃，密度可能產(chǎn)生的最大誤差是±0.04kg/m3。由此可見，在飽和蒸汽計(jì)量中，只使用溫度補(bǔ)償是可行的，如果蒸汽的工況不穩(wěn)最好用壓力補(bǔ)償。對(duì)于過熱蒸汽，應(yīng)同時(shí)采用溫度和壓力進(jìn)行修正。
    在溫度補(bǔ)償系統(tǒng)中，熱電阻的接線、安裝也會(huì)影響計(jì)量的準(zhǔn)確度，在新裝和改造計(jì)量項(xiàng)目中應(yīng)特別注意。
    從流量計(jì)使用現(xiàn)場(chǎng)的情況看，溫度測(cè)量誤差除了測(cè)溫元件固有誤差外，還與安裝的不規(guī)范有關(guān)。安裝在不合理的取溫點(diǎn)，其誤差就會(huì)比較大，圖2為三種鉑電阻的常見安裝情況。
   

    圖2  三種鉑電阻常見安裝情況

    第一種方式插入深度不夠，第二種方式插入深度不夠且暴露在環(huán)境溫度的部分很長(zhǎng)，第三種方式比較合理。實(shí)驗(yàn)證明，第一種測(cè)溫方法比第二種測(cè)溫方法高20℃左右，而第三種測(cè)溫方法比第一種測(cè)溫方法高10℃左右。因此在安裝時(shí)，熱電阻插入深度和管道外部分的長(zhǎng)度要按熱電阻安裝說明進(jìn)行，并要將露出管道外的部分保溫。
    有時(shí)也存在由于熱電阻三線制連接不規(guī)范等導(dǎo)致測(cè)溫偏高的現(xiàn)象，如圖3所示。
   

    圖3  熱電阻三線制連接不規(guī)范
    Rt——鉑電阻；RL——線阻

    導(dǎo)線電阻作為熱電阻信號(hào)傳入積算儀，造成流量顯示偏低。
    作者單位【天津化工廠】