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湿气体及蒸汽流量计安装精度的提高

摘要:提高蒸汽测量精度历来是工程上的关键点,差压式流量计及配套孔板的精度越来越高,而不可忽视的安装,对系统精度的影响越来越成为主要问题。笔者就差压式标准孔板和平衡式流量计(多孔孔板)安装时易出现的问题进行举例、分析,以使大家关注。
1、前言
差压式流量测量已占流量测量仪表的50%左右,各种元件的精度已越来越高,其配套的差压变送器精度已达0.075%~0.04%,因此安装引起的误差逐渐成为主要因素。虽然安装方式是传统的,有根据的,但有些过细的环节,还需根据现场情况改进安装方式,本文以蒸汽和湿气体为例进行说明,并提出校正方法。
什么是静压误差,差压变送器的差压刻度通常是在负压室通大气的条件下校验的,安装到现场通入实际使用静压校零时,往往发现零位输出与负压室通大气校验时的零位输出不一致。这种正负压室通入相同静压得到的零位输出偏离通入大气校验时的零位称为静压误差。
下面对造成静压误差的几种情况予以分析。
2、差压变送器测湿气体时高低压室内积水问题
图1(a)所示是典型的节流式差压流量计信号管路安装图,在被测流体为湿气体时,冷凝液理应不会进入差压变送器高低压室,但从现场反馈信息来看,实际情况是有时还会有微量水滴进入高低压室。变送器差压范围较低时,此微量水滴会引起仪表零点的明显漂移。有些差压变送器设计有两个排放口,打开下排放口就可将凝液顺利排出。但是若采用早期变送器只有中部一个排放口,打开此口无法将高低压室内的凝液排净,最后只得将变送器拆下,将凝液从信号输入口中倾倒出来。
高低压室内积液的现象,经进一步分析,应该是变送器上方的一段管路由于环境温度变化将信号管中的水蒸气凝液沿着信号管往下流入高低压室。
防止冷凝液流入高低压室最简单易行的方法是消除变送器上方的一段信号管路,将信号管路从下方引入变送器,如图1(b)所示,这样,即使高低压室内有微量冷凝液,也能依靠其自身重力沿着管路自动流回母管或沉降器。实践证明,这一方法是有效的。
2.1 关于差压变送器引压管直接进入差压计讨论:
(1)有些微差压系统,微差压为50~100Pa,即5~10mmH2O,如果引压管有死区,只要积液1mm,就有10Pa的误差,误差达20%。因此连接必须差压计在上没有死区(静压误差)。
(2)湿气体为了使气体中积液返回管道,安装时需差压计在上,孔板在下。
(3)低压蒸汽,如果温度低于差压计允许温度,可以差压计在上,省却冷凝容器的方案亦有地方试用。
(4)在以上1,2,3情况下,引压管需略大(内径Φ12及以上)。
2.2 差压变送器静压误差的现场消除方法
差压变送器在制造厂出厂前零点作为一个重要指标检验过,但是残存的静压误差在仪表投运时还必须在使用现场输入实际静压对静压误差再一次检查校核。其方法是向正负压室通入相同的静压,在图1(b)所示的系统图中,将三阀组的高低压阀中一个打开,另一个关闭,将平衡阀打开,如果怀疑正负压室内尚未充满被测介质,则可通过正负压室上的排气(或排液)阀排净积气(或积液),然后检查变送器的输出。有的差压变送器带有开平方功能和小信号切除功能,在检查静压误差时应将小信号切除功能暂时解除,以观察真正的零位。
差压变送器的输出也可在流量显示仪表或DCS中读出,为了读出真正的零位输出,也需将小信号切除功能暂时解除。
将差压变送器与流量显示仪表配合起来检查零位输出,如果零位存在偏差,则可能的原因如下:
(1)差压变送器静压误差;
(2)差压变送器安装位置偏离正确位置引起零点偏移;
(3)流量显示仪表零点偏差。
这种偏差的代数和不会很大,最终是通过差压变送器的零点校准予以消除。因此仪表投运前这一检查校准环节是开表投运操作中的重要一环。
差压式流量计经过上述的静压误差及零点检查校准后,就可关闭平衡阀,开足高低压阀,投入运行。
3、测蒸汽垂直管道导压管引向对仪表示值的影响
节流装置导压管的作用是将节流装置所产生的差压信号不失真地传递到差压变送器,但从现场的实际情况来看,导压管的配置这看似简单的事情还是存在很大问题。
最严重的问题是安装在垂直管路上的测量蒸汽流量的节流装置,按照信号不失真传递的要求,导压管的结构应如图2所示。
GB/T2624-2006中规定的差压式流量计工艺管道全为水平方向,当实际应用中,垂直方向的管道无法避免,因此按照信号不失真传递的原理就有了如图2所示的结构,在该图中,切断阀采用直通阀(直通闸阀或球阀)后,只要冷凝器一端导压管略高于节流装置的一段,则从冷凝器溢出的冷凝液就可通畅地流回母管,两只冷凝器中的液位可保持等高,管中的蒸汽也可正常地向冷凝器的上部补充,从而实现正常的汽液交换。但是有不少仪表厂供应的却是如图3所示的结构,这种导压管连接方式的优点是外观漂亮,但却损害了它的基本功能。
在图3中,正端导压管内冷凝液仍可通畅地流回母管,但负端导压管却不能,一定要到管内积满冷凝液后才会向母管溢出,一次两只冷凝器中的液位高度不一致,假定负端冷凝器中的液位高度同导压管左端一样高,则负压端冷凝器中的液柱高度就比正压端高度约高16.5mm,因为环室上两个管口之间的距离为33mm。其实,负压端冷凝器内的液位高度并非总是同导压管左端一样高,而是可能高些,也可能低一些,因此就增加了不确定因素。
导压管连接的不正确,使得流量计在相对流量较小时出现明显的偏低。例如有一台差压式流量计,△pmax=20kPa,在qm=20%qmmax时,节流装置送出的差压信号为800Pa,由负端冷凝器内液位偏高引起的附加差压以165Pa计,则相应的流量示值就减为17.8%FS,误差为2.2%FS。
在使用现场,法兰1″取压也用的较多。由于这种取压节流装置的两个取压口之间的距离比环室取压大的多,所以上述的导压管引向不合理引起的误差相应增大,即附加差压约为249Pa,相应的流量示值减为16.6%FS,误差为3.4%FS。
4、测蒸汽导压管切断阀的影响
在测量蒸汽配冷凝器时如选用针形阀,因流路曲折不畅,特别流量较小时,示值不稳定,因此建议采用闸阀或球阀,其流路没有弯曲,通径大,从现场使用来看,相对流量为10%FS时,都能稳定指示。
5、径距取压节流装置测蒸汽安装不合理引入的误差
大口径节流装置的取压方式,人们往往喜欢采用径距取压。这种取压方式的两个取压口之间相距1.5D,而管径又较大,所以取压口之间的距离较大。在安装过程中稍有疏忽,就会引入误差。图4所示为水平安装的径距取压节流装置,用来测量蒸汽流量。规范要求,正端和负端取压管在母管上的开口高度应相同,两个冷凝器的高度也应一致。如果施工疏忽造成即使10mm的高度差,用肉眼也难以分辨,但会引起实际流量为零时,仍有100Pa左右的输出。
如果差压上限△pmax为60kPa,在流量为70%FS时,这一不应有的差压引入的流量示值误差约为0.17%FS;而在流量为20%FS时,这一不应有的差压引入的流量示值误差达4.2%FS,因此应引起注意。
图5所示为一个垂直管道上安装的径距取压节流装置,用来测量蒸汽流量。如果安装不合理,引入的误差更是惊人。在图5中,正压管的垂直部分管内应充满蒸汽,或蒸汽以缓慢的速度向冷凝罐补充,而冷凝罐内的凝结水经溢流口沿着垂直管的内壁流回母管。但若这导管的坡度不合理或选用针形阀作为取压阀,很容易导致凝结水在垂直管内憋住,引起惊人的测量误差。
下面以一个实例来说明安装时应注意的重要问题。某公司的热电厂经一根DN400的管道向化工厂供汽,供方在管道始端、需方在管道终端各装一套由同一个仪表厂制造的DN400蒸汽流量计,两套仪表的孔板计算书表明,两副孔板的计算参数完全相同,可是仪表投入运行后,供方的一套流量计示值严重偏低,只能以接受方表计数据作为计算依据。有关人员对这套仪表的各个部分进行多次检查,均未查出原因所在,最后,仪表维修工只能将差压变送器的零点向负方迁移来凑答数。巧合的是测量起点迁移到-6kPa左右,两套流量示值就趋一致,而且流量变化时,仍能基本保持一致。
怀疑应当充满蒸汽的正端导压管内被凝结水占据,从而产生6kPa的偏移。于是建议拆开保温层检查导压管内究竟是蒸汽还是凝结水。待拆开保温层后,发现这段垂直导压管是冷冰冰的,只在排污扫线时导管才是烫的,显然,这段管道内已被凝结水占据。进一步分析垂直段积水的原因,发现所配用的根部阀是针形阀,而且安装根部阀的一段不仅没有合理的坡度,相反在导管的转弯处还略低了一些。后来建议将垂直段导管截去数厘米,使根部阀处的水平段左低右高,满足坡度要求。
经改装后,仪表重新投运,获得成功。