摘要(yao)：對不滿足規定(ding)的多脈動源形(xíng)成的複雜脈動(dòng)流對孔闆流童(tóng)計 的影響。結合(hé)實際情況提出(chū)了複雜脈動流(liu)條件下🌍孔闆流(liú)童計計童誤差(chà)的估計方法,并(bing)通過對實際管(guǎn)道中複雜脈動(dòng)流的測試和分(fen)析,得出不同脈(mò)動工況下🤟孔闆(pan)流♍黃計計童誤(wu)差範圍。
孔闆流(liú)量計是目前工(gōng)業生産中用來(lai)測量氣體、液體(tǐ)和蒸汽流量應(ying)用廣泛的一種(zhong)流量儀表,據調(diào)查統計,孔闆流(liu)量計占流量儀(yi)表用量的60%一70%。雖(suī)然它存在阻力(lì)👉損失大,安裝時(shí)📞需要直管段較(jiào)長等缺點,但它(tā)具有結構簡單(dan),安📱裝方便,工作(zuo)可靠,成本低,具(jù)有一定精度以(yǐ)及結構已标準(zhun)化,不需要單獨(du)标定等💞優點,能(neng)滿足🎯工程測量(liàng)的需要。同時,在(zai)設計、制造和應(yīng)用孔闆流量計(ji)🔴時,又有國際标(biao)準ISO5167爲依據,因此(cǐ)在實際工程中(zhong)被廣泛🈲的應用(yong)。在大口徑煤♍氣(qi)管道的測量中(zhong),也将孔闆作爲(wei)首選儀表。
　　根據(jù)ISO5167的規定,應用标(biāo)準孔闆的一個(gè)很重要的前提(tí)條件之一🧑🏽‍🤝‍🧑🏻,是管(guan)道中的介質流(liú)動爲穩定流動(dòng)。當孔闆應用于(yu)脈動流情況下(xià)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻時,作爲标準的(de)ISO5167将不再适用。而(er)且,由于脈📱動流(liú)動🈚的影響,孔闆(pan)流量計的流量(liang)示值會産生很(hen)大的誤差。
　　國際(jì)标準化組織ISO于(yu)1992年通過了技術(shu)報告儀ISO/跟TR3313《使用(yong)孔闆㊙️、噴嘴或文(wén)丘利管測量管(guǎn)道中脈動的流(liú)體流動》圖,主要(yào)是針對單脈動(dòng)源形成的周期(qī)脈動流,讨論了(le)孔闆流量計測(cè)量脈動流時應(ying)遵循的一些指(zhǐ)導原則,并指出(chū)了一定的脈動(dòng)幅值範圍内流(liu)量計✌️測量示值(zhi)誤差的估計公(gōng)式。
　　煤氣廠外輸(shū)煤氣管道中的(de)流量計量問題(tí)時,遇到🐅的脈動(dong)氣流是一種由(yóu)多個脈動源形(xing)成的,脈動幅⭕值(zhi)較🧑🏽‍🤝‍🧑🏻大的非正弦(xián)、無☀️明顯💞周期性(xing)且受輸出端變(biàn)化負載影響的(de)複雜脈動流動(dòng)。在運用孔闆流(liu)量計測量這種(zhong)複雜脈動氣流(liú)時,如何估計其(qí)指示流量值的(de)誤差範圍🍉,這己(ji)超過廠✊技術規(guī)程ISO/跟TR3313中的規定(dìng)。
　　經過一年多的(de)以ISO/跟TR3313爲主要依(yī)據,在理論分析(xi)的基礎上,提出(chū)了一種複雜脈(mo)動流條件下孔(kǒng)闆流量計示值(zhi)誤差估計的工(gong)程實🔴用方法。實(shí)驗結果表明,按(àn)這種方🏃法估計(jì)的複雜脈動流(liú)動情況下的孔(kong)闆流量計誤差(cha)與生産部門的(de)長期統計數據(jù)基本相符。
一、脈(mo)動流對孔闆流(liu)量計影響的羞(xiū)本原理
　　脈動流(liu)對孔闆流量計(ji)示值誤差的影(ying)響來自兩個方(fang)面:一是對孔闆(pǎn)流量計一次元(yuan)件産生的影響(xiǎng),即孔闆🌈流量計(jì)在測量💯脈動流(liu)時所存在的原(yuán)理上的誤差;二(er)是對孔闆流量(liang)計信号傳遞及(jí)轉換系統和🥰流(liú)量計算方法所(suo)産😄生的影響(見(jiàn)圖l)。

　　從脈動(dong)流條件下孔闆(pan)(一次元件)響應(yīng)行爲的研究中(zhōng)可以得到,在管(guan)道中的流動爲(wèi)一維流動的假(jia)設下,孔闆對脈(mo)動流的響應可(kě)根據非穩定流(liú)動量方程和連(lián)續性方程導出(chū)比41:

式中
q(t)—管道中(zhōng)的被測流量信(xin)号
△P(t)—孔闆兩側的(de)差壓信号
ρ—流體(tǐ)密度
K1、K2—系數
其物(wù)理意義爲：
①在脈(mo)動流動狀态下(xia),孔闆流量計的(de)基本特性沒有(you)改變,即💞它的輸(shu)出△P(t)與輸人量q(t)之(zhi)間仍然保持着(zhe)均方根的關系(xi)。
②此時孔闆兩側(cè)的差壓信号可(ke)視爲兩部分組(zu)成:一部分🎯是流(liú)體通過節流孔(kong)時遷移加速(Covnectioaccel-acecel)産(chan)生的差壓,在理(lǐ)想情況下👨‍❤️‍👨這部(bu)💁分差壓與該瞬(shùn)時脈動流量質(zhi)量相同的流體(tǐ)在穩定流動時(shí)産生的♌差壓△P(t)。相(xiang)同;另一部分是(shì)由于要克服流(liú)體慣性以實現(xian)☂️流體瞬時🌐加速(su),即dq(t)/dt引起的額外(wai)差壓△P(t)。所以,脈動(dòng)流産生的差壓(ya)💃🏻爲:

　　因此,用孔闆(pan)測量脈動流時(shi),其差壓輸出值(zhí)會增大(對🈲相同(tong)🌈的平♊均流量而(er)言),并産生流量(liàng)示值正誤差,國(guó)外的研究及🐪實(shi)驗結果證實了(le)這一結論。
　　在滿(man)足ISO/TR3313規定的阻尼(ni)和安裝條件的(de)前提下,假定不(bú)考🍓慮孔闆流量(liàng)計的二次儀表(biǎo)(包括 差壓變送(song)器 和導壓管線(xiàn))的誤差,且脈動(dong)的瞬時差壓值(zhi)是采用㊙️快速💛響(xiang)👉應👉的✌️儀表直接(jie)在孔闆處測得(de)的,那麽,對于不(bú)可壓縮流體⭕,用(yòng)上述方法測得(de)的差壓值取時(shi)間平均值後,按(àn)ISO 5167給💔出的公式計(ji)算得到的流量(liàng)值與實際的平(ping)均流量值之間(jian)将有一個正的(de)系統誤差Er,并🈚可(kě)按下列公式估(gū)計：

可以按下列(liè)公式估計流量(liàng)示值誤差:

　　由于(yu)脈動效應在二(èr)次裝置(導壓管(guan)線、差壓變送器(qì))會引起🐕孔闆流(liú)量計示值的随(sui)機不确定性,特(te)别是♈在二☀️次裝(zhuang)置中差壓的進(jin)步畸變,會導緻(zhì)流量計算中孔(kong)闆均方根🤩校正(zhèng)的失敗。另👨‍❤️‍👨一方(fāng)面✏️,孔闆的流出(chū)系數在脈動流(liú)狀态下的變化(hua)也會導緻流最(zui)示值❤️的附加不(bú)确定度。因此,采(cǎi)用孔闆流量計(ji)測量脈動流時(shi),不能直接✊應用(yong)ISO 5167,必須先按照ISO/TR 3313的(de)要求進行♌設計(ji),但安裝要🥵求等(děng)仍應滿足ISO 5167的規(guī)定。
二、實際輸送(song)過程及測裏系(xì)統
1.煤氣生産傳(chuán)輸流程簡介
　　某(mǒu)煤氣廠煤氣的(de)生産和傳輸過(guo)程如圖2所示。煤(mei)氣發生爐産生(sheng)的煤氣,經傳輸(shū)管路分别輸人(rén)和存儲在1“、2“、3”三個(ge)儲氣櫃中。當需(xu)要向城市煤氣(qi)管網(簡稱外🌍網(wang))供氣時,可根據(jù)需要,同時開啓(qi)不同台數的往(wǎng)複式活塞壓縮(suo)機,将儲氣櫃中(zhōng)的煤氣抽出,壓(yā)縮後排人彙流(liú)管和采集管,然(rán)後分别從南、北(bei)兩條直徑爲630n二(er)的管線送人城(cheng)市管網。

2.煤氣流量計(jì)計量系統
　　計量(liàng)煤氣流量的2台(tái)孔闆流量計分(fèn)别安裝在南、北(běi)管♋線_L,與孔闆配(pei)套的2台差壓變(biàn)送器被安裝在(zài)管道一側㊙️的儀(yí)表箱内,差壓變(bian)送器的輸出信(xìn)号通過導線接(jie)到安裝在控制(zhì)室内的二次儀(yí)表。
　　該煤氣廠現(xiàn)有的 煤氣流量(liàng)計 量儀表系統(tong),按其功能分成(cheng)現場檢測、信号(hào)轉換和流量🌐積(jī)♋算打印三個部(bu)分,圖3爲計量系(xì)統構成圖。
　　圖3中(zhong),現場流量檢測(cè)采用可換孔闆(pan)節流裝置,該裝(zhuāng)置能确保🐕孔🌍闆(pan)在管道中的垂(chui)直度和同心度(du)符合國家标準(zhun)。信号轉換部分(fen)🤞應用K系列差壓(ya)變送器。 流量積(jī)算儀 和打印部(bu)分采用大量程(chéng)比質量流量儀(yi),該儀表能對現(xian)👨‍❤️‍👨場壓力、溫度、雷(lei)諾數進行在線(xian)補償,其鼠程比(bǐ)爲1:01,高于常規質(zhi)量流❓量儀表。其(qi)采樣時間爲每(mei)10胖采個數,連續(xù)采8路🤟(每路采10次(ci))然後取平均,計(ji)算周期爲5。

　　此外(wai),煤氣的成分分(fen)析、含水量及灰(hui)塵雜質等數據(jù)的測量❗,由專門(men)工作人員按規(gui)定的抽樣檢驗(yan)時刻🐇完成。
3.煤氣(qì)輸送管道中的(de)煤氣流動狀況(kuàng)
　　該煤氣廠煤氣(qì)輸送管道中的(de)煤氣流動是一(yī)種複雜的脈動(dong)流動工況。圖4、圖(tu)5反映了流速的(de)脈動狀況。


　　對于(yu)不同工況下的(de)脈動流動,除廠(chǎng)排出流量的大(dà)小不同以外✨,所(suǒ)産生的脈動頻(pín)率和脈動幅值(zhi)也都有所區别(bié)。從實驗分析的(de)結果來看,随着(zhe)開機台數的增(zeng)加,脈動頻率逐(zhú)漸升高,脈動幅(fú)值逐步降低。
　　通(tong)過實際測試還(hái)可以得到,在不(bú)同的季節和開(kai)機狀态下,外網(wǎng)負載(壓力)也發(fā)生變化,其變化(huà)範圍爲0.05~0.14MPa,變化📧幅(fu)值達到土50%。
　　當外(wài)網負載變化時(shí),由多脈動源形(xíng)成的複雜脈動(dòng)🌈流🐕的波🔞形也有(yǒu)所變化。除了随(sui)着外網負載的(de)變化,壓縮機的(de)開機工況不同(tong)外,在同一工.況(kuàng)情況蔔,壓🔅縮機(jī)的工作狀态也(ye)發生變化,随着(zhe)外網負載壓力(li)的升高.壓縮機(ji)的一工作效率(lǜ)💋降低,排氣城減(jian)少,針道中流體(tǐ)脈動的頻率和(he)幅值也都随⛹🏻‍♀️之(zhi)發生變化🤟.
三、煤(méi)氣輸送管道中(zhōng)脈動流動的測(cè)量
　　對孔闆在複(fú)雜脈動流動狀(zhuàng)态蔔的響應行(hang)爲進行分析👌時(shi)😍,可💞以得到流體(tǐ)運動學最基本(ben)的非穩定流的(de)動吊-方程和連(lián)續性方程仍然(ran)成立。因此,在讨(tao)論孔闆前後取(qu)壓孔之間🧡的差(chà)壓信号△p(t)與被測(ce)脈動流鼠q(t)之間(jian)的關系時,做如(rú)下假設👨‍❤️‍👨,即
①在流(liú)體流過孔闆時(shi),仍被認爲是維(wéi)流動;仁)在全部(bu)複⭐雜脈動流動(dong)過程中,流體的(de)流線形狀不發(fa)生改變、根據這(zhè)🌈些假設,對于不(bú)可壓縮流體,從(cóng)兩個基本方程(chéng)出發差服信号(hào)△p(t)與被測脈動流(liu)量q(t)之間關系可(kě)以用公式表示(shi):

由此，可以得到(dào)：
　　在複雜脈動流(liú)動狀态下,描述(shu)孔闆的非定常(chang)流動♌的基本方(fang)程沒有發汁改(gai)變,即它的輸出(chū)量△p(t)與輸入量q(t)之(zhi)🛀問仍然保🌐持均(jun)方根關系,并同(tóng)樣受到脈動流(liú)狀态蔔🚶,流體的(de)瞬時慣性作川(chuān)和流辰系數變(biàn)化的影響。
②ISO/TR3313中所(suǒ)讨論的單一脈(mo)動源、周制期性(xing)脈動流的情況(kuang)相🧡比⚽發生變化(huà)、在複雜脈動流(liu)的狀況下,式(10)中(zhōng)的系數人,所代(dài)表的瞬時慣性(xìng)的影響和K2所代(dai)農的流量系數(shù)變化的影響也(yě)就不同了。
.在分(fen)析煤氣廠外輸(shu)煤氣針道中複(fú)雜脈動流測量(liang)誤差範圍時,主(zhu)要考慮以蔔兩(liang)個方面:
任何周(zhōu)期信号均可用(yòng)傅立葉分析的(de)方法，分解成若(ruò)幹個周期信号(hào)之和，非周期脈(mò)動對孔闆流量(liang)計輸出差壓信(xin)号的影響，可以(yǐ)看做是若幹個(ge)單一頻率周期(qi)💃脈動的⭐作用之(zhī)和（條件是基頻(pin)響應遠大于其(qi)它諧波分量影(yǐng)響）。
②利用現場存(cún)在獨立的質量(liang)流量參考系，即(ji)用時間⁉️容積🌈+密(mì)度的測量方法(fǎ)可以确定被壓(ya)縮機抽取的煤(mei)氣質量流量（穩(wen)态值），爲現場計(jì)量系統提供“點(diǎn)”檢驗數據，并對(dui)其它各種因素(su)（包括二次儀表(biǎo)、流量系數變化(hua)等🤟）造成疊加誤(wu)差和計算中帶(dai)來✉️的誤差進🌐行(háng)校正。
　　根據以上(shàng)描述，以ISO/TR3313爲主要(yào)參考，提出一種(zhǒng)工程實用方法(fa)來估計該孔闆(pǎn)流量計測量複(fú)雜脈動流時所(suo)産生的附加誤(wù)差。
用孔闆測量(liang)差差壓脈動信(xin)号的時間曆程(chéng)，進而确定脈動(dòng)幅度。
②對差壓△p(t)信(xìn)号進行傅立葉(ye)分析,确定脈動(dòng)信号的基頻和(hé)💔其它各次諧波(bo)及相應的幅值(zhi)。
③關于實際煤氣(qi)管網變負載的(de)影響,采取在線(xiàn)監測、補償的處(chu)理方法。這樣可(ke)以認爲,孔闆流(liu)量計的每個測(cè)量點🚶‍♀️是在相對(dui)穩定的負載條(tiáo)件下測量脈動(dòng)流。
④取現場标定(ding)得到的不同台(tai)壓縮機的平均(jun1)排氣量🔅,作爲不(bú)同脈☂️動狀況下(xià)管道中煤氣的(de)平均流量(即穩(wěn)态🚩流量值),進而(er)計算得到穩定(ding)差壓值△ps。
⑤運用ISO/TR3313中(zhong)的誤差估計公(gong)式,對孔闆流量(liang)計的示值誤㊙️差(chà)進行🚩估算,得出(chu)一、二、三、四台機(ji)工作時各自對(dui)應的流量顯示(shì)值誤差ET。
⑥在現場(chǎng)的儀表測量取(qǔ)多次平均結果(guǒ)的前提下,将現(xian)場✍️流量計🌂二次(cì)儀表的指示值(zhi)Qv(标方)與壓縮機(jī)的平均輸出流(liu)量🔞值QS相比較,可(ke)以得到現場流(liu)量儀表的示值(zhi)誤差Ev。
⑦以現場儲(chu)氣櫃爲标準容(rong)積,采用時間一(yi)容積法對壓縮(suo)機抽取氣體質(zhì)量流量進行現(xiàn)場标定,以作爲(wei)上述⁉️誤差🔞估計(jì)方法的“點”校驗(yàn).
四、實驗測試結(jie)果
1.管道中煤氣(qì)氣流脈動狀況(kuàng)
根據ISO/TR3313中的要求(qiú),主要讨論以下(xia)幾個基本參數(shu):
①脈動幅值
在現(xiàn)有條件下,通過(guo)實驗測試和計(jì)算可以得到不(bu)同脈動工🥰況下(xia),差壓脈動幅值(zhí)的變化範圍,如(rú)表l所不。

　　從表l可(kě)以得到,外輸煤(mei)氣管道中差壓(ya)脈動的幅值均(jun)🙇‍♀️已超過ISO/TR3313中規定(ding)的脈動流動與(yǔ)穩定流動區别(bie)的🈲阚值。因此,對(duì)于各種開機工(gōng)況,均應作爲脈(mò)動流動來考慮(lü)🚩。
　　從表2可以得到(dào),不同脈動工況(kuàng)下流速的脈動(dong)諧波頻率集🍉中(zhong)在🌍較低頻的範(fàn)圍。因此可以認(rèn)爲,外輸煤氣管(guan)🥰道中氣體的脈(mò)動流動屬于低(di)頻範圍的複雜(za)脈動流動。

2.流量(liang)示值誤差
　　根據(jù)實測的差壓值(zhí),以在1個大氣壓(yā)、0℃狀态下,管道壓(yā)力爲0.1MPa左右時,現(xiàn)場标定的壓縮(suo)機排氣量87m3/min爲穩(wěn)态流量值,按ISO/TR3313中(zhōng)公式進行計算(suan)的脈動誤差如(ru)表3所示。

如果考(kao)慮按不同的開(kai)機台時比例計(jì)算綜合流量示(shi)值誤差爲🌍:

　　根據(ju)實際開機台時(shí)統計,假設l、2、3、4台機(jī)的開機時間比(bi)爲0.5:4:1:4.5,則其總♻️綜㊙️合(he)流量示值誤差(cha)爲:17.5%一22.5%。
3.實際統計(jì)結果
　　根據有關(guan)統計結果,現有(yǒu)計量儀表系統(tǒng)的平均煤💰氣計(ji)量與壓縮機累(lei)積台時(壓縮機(jī)排氣量以90m3/min計算(suàn))相比☎️,分别相差(cha)13.56%和13.2%一19.2%,換算到壓(ya)縮機排氣量(以(yǐ)87m3/min計算)時,則相差(cha)比例如表4所✌️示(shì)。

五、結論
　　通過對(duì)煤氣廠輸氣管(guan)線中脈動流動(dòng)對孔闆流量計(ji)計量📐影響的現(xiàn)場測試分析,可(kě)以得到,現有的(de)流量計量誤差(cha),主👣要是孔闆流(liu)量計工作在脈(mo)動流狀态時,其(qí)本身的🈲工作條(tiáo)👈件發生變化的(de)結果。也就是說(shuo),即使儀表本身(shēn)工作完全正🎯常(chang),在脈動💔流狀态(tài)下由儀表組成(chéng)的測量系統同(tong)樣會産生明顯(xiǎn)的流量示值誤(wù)差。
　　通過對多脈(mo)動源、非周期、高(gao)幅值脈動流動(dòng)狀态下🙇🏻孔闆流(liú)🌏量計示值誤差(chà)估計的研究所(suǒ)提出的工程實(shi)用🌈方法,對煤氣(qi)廠🆚外輸煤氣管(guǎn)道中煤氣流量(liàng)計量誤差的估(gū)計,具有一定的(de)幫助作用。

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