在石(shí)油、化工、熱電、石(shí)化等廠礦企業(yè)裏,采(cǎi)用(yòng)着(zhe)大量(liàng)的各種(zhǒng)類型蒸(zhēng)汽流量計。由于(yú)以蒸汽(qì)作(zuò)介質對蒸(zhēng)汽(qì)流量計(jì)實測檢(jiǎn)定(dìng)難度(dù)大、精(jīng)度低(dī)、費用(yòng)高,緻使一(yī)些使用蒸汽流(liú)量(liàng)計(jì)的單位(wèi),不願送(sòng)出去檢定;而有(yǒu)能力開展(zhǎn)這項(xiàng)檢(jiǎn)定業務的單(dān)位盡管很少,就是這很少的單位,也因(yīn)檢(jiǎn)定成(chéng)本太高,難(nán)度又(yòu)大,也不(bú)願(yuàn)開展(zhǎn)這項業務。造成(chéng)一些(xiē)企業,甚至是一些(xiē)技(jì)術好的大型企業,對蒸汽(qì)計量管理(lǐ)也存在很多問題:對(duì)蒸汽(qì)計量(liàng)儀表僅能修理不能(néng)檢(jiǎn)定;蒸汽(qì)計量(liàng)率低(dī);蒸汽(qì)計量(liàng)儀表精度(dù)低誤差大。這給(gěi)企業的成本核算和(hé)節能(néng)降耗帶來很大影響(xiǎng)。
爲了改變(biàn)這種狀況,國内(nèi)外一(yī)些有(yǒu)能力的有(yǒu)關院、所和企業(yè),都在積極投資(zī)、組織(zhī)人(rén)力研究(jiū)以空氣代替蒸(zhēng)汽,對蒸汽流量(liàng)計進行檢(jiǎn)定的(de)問題(tí),并(bìng)且(qiě)認定(dìng)這是今後(hòu)的發(fā)展方(fāng)向。但是研究進展速度不太理(lǐ)想,我們的(de)蒸汽流量計檢定站從1989年建立(lì)以來至今(jīn)尚未(wèi)拿出滿意的數(shù)據,而(ér)從聽說有(yǒu)研(yán)究此課題(國(guó)外)的以(yǐ)來(lái),至今10多年(nián)了(le),與外商(shāng)接觸談(tán)及此問題時(shí),他們回答仍是(shì)說在研究。當然是由(yóu)于保密的(de)原因吧,國(guó)内外的一些研(yán)究進展較快的(de)單位(wèi),都(dōu)不願多(duō)透露半點信息。緻使我們(men)至今(jīn)尚未見到真正從理(lǐ)論上闡述利用(yòng)空(kōng)氣代替(tì)蒸汽進行(háng)蒸(zhēng)汽流量計檢(jiǎn)定的(de)任何資料,更談(tán)不上有(yǒu)實(shí)測或(huò)修(xiū)正數(shù)據供推(tuī)廣應用。這(zhè)裏談(tán)點個(gè)人浮(fú)淺的看法,願(yuàn)它能起到抛磚(zhuān)引玉和(hé)推(tuī)波助瀾(lán)的作(zuò)用。
能(néng)不能(néng)用壓(yā)縮空氣代替蒸(zhēng)汽對(duì)蒸汽流量(liàng)計進(jìn)行檢定?能(néng),有什麽理論依(yī)據?又是怎(zěn)樣的(de)代替法呢?
1用壓(yā)縮空氣(qì)代(dài)替蒸汽對蒸汽流t計(jì)進(jìn)行檢定的可(kě)能性(xìng)
理論依據(jù)就是從(cóng)流體力(lì)學角度(dù)出發,根(gēn)據相似(sì)原理,兩(liǎng)個幾(jǐ)何(hé)上(shàng)相似(sì)的流(liú)束,如(rú)果它們的雷(léi)諾準數值相等(děng),即流束(shù)在流(liú)體(tǐ)動力學(xué)上是相似的,這時其(qí)流量(liàng)(出)系(xì)數也是相等的(de)。基于這個(gè)理論(lùn),在對蒸汽流量計檢(jiǎn)定時,設法(fǎ)使壓縮空氣在(zài)管道内(nèi)流動的雷諾數值,等于(yú)蒸汽在(zài)此管道内的流(liú)動的雷(léi)諾數值(zhí)時(shí),即認(rèn)爲兩個流(liú)束在(zài)流體動(dòng)力學上(shàng)是相(xiàng)似(sì)的(de),它們的流量(出(chū))系數(shù)也是相(xiàng)等的,通(tōng)過檢(jiǎn)測設備檢測,在檢定裝置(zhì)上顯示出的值也(yě)是相同的,即(jí)達到(dào)以壓縮空(kōng)氣代替蒸(zhēng)汽的(de)目的。
2計(jì)算分析(xī)
如何代替(tì)呢?基(jī)于上述原理,爲(wèi)了使(shǐ)空氣(qì)和蒸汽在相同管道(dào)内的雷諾數達到相同的條件(jiàn),進行計算分析(xī)如下。
根據基礎(chǔ)數據不同,雷諾(nuò)數計算(suàn)可采用(yòng)的計算公(gōng)式形(xíng)式(系(xì)數)有所不(bú)同。這裏不(bú)是求具體(tǐ)雷諾數值(zhí),而是利用其公式中(zhōng)的某項因(yīn)子分析(xī)壓縮空(kōng)氣與蒸汽之間(jiān)的關系。
據(jù)公式erd一4qm/7r産(chǎn)d知,在同一個管(guǎn)徑d值(zhí)管道中,幾何相似的(de)兩流束的(de)雷諾(nuò)數值相同(tóng)時,可(kě)對上式分(fèn)子上(shàng)的質量(liàng)流量qm值(zhí)和分母的動力(lì)粘度(dù)産值分析(xī)(二值爲常(cháng)數),兩(liǎng)者都(dōu)是(shì)可變化(huà)的,但是qm值(zhí)是可(kě)人爲(wèi)規定的數(shù),而動力(lì)粘(zhān)度(dù)産值才(cái)是(shì)與(yǔ)兩種(zhǒng)氣體(tǐ)固(gù)有(yǒu)的性質有(yǒu)關(guān)的參數(shù),當然它是随操(cāo)作條(tiáo)件(jiàn)變化(huà)而(ér)變化(huà)的(de),但(dàn)是相(xiàng)同條件下,不同(tóng)氣體,粘(zhān)度産值不(bú)同,雷諾數計(jì)算值就不(bú)同,因此粘度産值成(chéng)了分析雷諾數(shù)的關(guān)鍵。
粘度産(chǎn)值的求取方法(fǎ),有查圖法和計(jì)算法。查圖(tú)法一般人爲視差較(jiào)大,而計(jì)算(suàn)方法(fǎ)人爲(wèi)誤差較小(xiǎo)。何況布(bù)朗(lǎng)利和威爾(ěr)克對(duì)赫希(xī)菲爾德(dé)方程進行修正後,提出(chū)的低壓(yā)氣(qì)體粘(zhān)度方(fāng)程式,正适用于我們(men)檢定(dìng)裝置(zhì),一(yī)般檢定裝置(zhì)在檢定過程中,系統的壓(yā)力都(dōu)不高,都(dōu)屬于低壓(yā)範(fàn)疇的(de),所以對于低壓氣體(tǐ)—壓縮空氣和蒸(zhēng)汽的(de)粘度(dù)産值可采用該方程式進行計(jì)算,即
由上述可(kě)知,應(yīng)先确(què)定檢定裝(zhuāng)置所(suǒ)采用(yòng)的壓縮空(kōng)氣和過熱蒸汽的操(cāo)作溫度(dù)條(tiáo)件,才可計(jì)算。
根據石化流量(liàng)計量檢(jiǎn)定站的情況,确(què)定壓縮(suō)空(kōng)氣的操作溫(wēn)度爲20℃,即(jí)爪=20+273·15=293.15(k)。而蒸汽采用(yòng)微過熱蒸汽,具(jù)體操作條(tiáo)件是(shì):操作壓力(lì)爲絕(jué)壓p絕=gkgfc/m名(míng)(注(zhù):可查(chá)的标準和工具(jù)書(shū)的表格中所(suǒ)涉及到的壓力(lì)、粘度、密度等都是舊(jiù)單(dān)位制,雖(suī)然均可(kě)以換算爲(wèi)新單位制,考(kǎo)慮此(cǐ)文隻是論(lùn)證以壓縮空氣代替蒸(zhēng)汽進行(háng)蒸汽流量(liàng)計檢(jiǎn)定(dìng)的道理,若轉換爲(wèi)法定(dìng)計量(liàng)單位時,篇(piān)幅要(yào)加長,不(bú)利于說明間題。何況實際(jì)應用時,在此(cǐ)結果的基(jī)礎上轉換(huàn)即可(kě),結果(guǒ)是一(yī)樣的。因此(cǐ),此文(wén)中均未采(cǎi)用法定計量單(dān)位),過熱(rè)溫(wēn)度爲(wèi)190℃(飽和溫(wēn)度(dù)爲174.5℃),即
通過(guò)粘度計算(suàn)結果(guǒ)表明,空氣和蒸汽在(zài)限定(dìng)的操作(zuò)溫(wēn)度條件下(xià),空氣(qì)的粘度比蒸汽(qì)的粘(zhān)度大(dà)。
這裏(lǐ)先按(àn)保(bǎo)持體積量相(xiàng)同分(fèn)析—可稱等(děng)體積法(fǎ)。已(yǐ)知蒸(zhēng)汽的操作條件,即p絕(jué)=gkgf/cm2(ikgf/ cm2=0.1mpa,下(xià)同(tóng)),tf=190℃，它的(de)密度由查(chá)表得(dé)知ρ汽=4.3687kg/m3，所以空氣(qì)的密度爲(wèi)
即當(dāng)檢定蒸(zhēng)汽流量(liàng)計時(shí),本想在操作絕壓(yā)爲p絕=9(kgf/ cm2),操作溫(wēn)度爲190℃的(de)過(guò)熱蒸汽條(tiáo)件下(xià)檢定(dìng),若改用壓(yā)縮空(kōng)氣代替,按等體(tǐ)積法計算(suàn)出,當空氣(qì)操(cāo)作(zuò)溫度爲20℃時(shí),其操(cāo)作壓力(lì)p絕=4.3647(kgf/ cm2)。
(或将(jiāng)空氣視爲理想(xiǎng)氣體,由理想氣體方(fāng)程式pv=rt得知(zhī)壓力與密(mì)度、溫(wēn)度等(děng)的關系式(shì)爲
兩種計算結(jié)果約有萬分之(zhī)五的(de)誤(wù)差(chà),這是(shì)正常的(de),可以認(rèn)爲是空(kōng)氣(qì)及蒸汽數(shù)據表本身(shēn)的精(jīng)度及計算(suàn)公式本(běn)身(shēn)的精度等(děng)原因所造(zào)成的(de)。)
若(ruò)保持密(mì)度ρ值(zhí)相同(tóng)—可稱(chēng)等密度法。爲達(dá)到qm氣=ρ汽,在ρ汽=ρ汽(qì)=4.3687(kg/m3)的條(tiáo)件下,v氣/v汽(qì)=1.16546,即此時空氣的體積流量應比(bǐ)蒸(zhēng)汽流量(liàng)增大(dà)爲1.14566倍。此時的(de)空(kōng)氣操作壓力可從空(kōng)氣密度表(biǎo)_匕用内插(chā)法計(jì)算求(qiú)出,也(yě)可用(yòng)氣體方程式(shì)求(qiú)出。根(gēn)據(jù)理想氣(qì)體的壓(yā)力(lì)與密(mì)度、溫(wēn)度等的關(guān)系(xì)計(jì)算,此(cǐ)時的空氣(qì)操(cāo)作壓(yā)力(lì)爲
若已知蒸汽(qì)流量計(jì)的現場(chǎng)運行(háng)條件,直接用現場蒸汽實(shí)際運行條件,如其操作壓力p絕=4(kgf/cm2),操作溫(wēn)度爲150℃(此(cǐ)壓力下的(de)飽和溫度爲143℃)時(shí),可用(yòng)上述(shù)方(fāng)法求(qiú)出(chū)操作(zuò)溫度爲20℃時(shí)壓縮(suō)空氣的操(cāo)作壓(yā)力,計算如下。
首先按(àn)上述(shù)方法計算(suàn)出此操作(zuò)條件(jiàn)下的(de)蒸汽粘(zhān)度(dù)。
(kgf/cm2)。在此操作(zuò)狀态下,由于qm=vρ, ρ值(zhí)不(bú)變,欲想(xiǎng)達到red氣=red汽,且qm氣(qì)/qm汽=1.2716條件,v值(zhí)體積量應增(zēng)大爲原(yuán)來量的1.2716倍。
通過(guò)上述(shù)計(jì)算可知(zhī),蒸汽的(de)壓力、溫(wēn)度不同,所(suǒ)對應(yīng)的壓縮空氣的(de)操作壓(yā)力,在操(cāo)作溫度一定的(de)前題(tí)下(室溫(wēn))是(shì)不同的。也(yě)可說(shuō),現場蒸(zhēng)汽運行(háng)條件(jiàn)盡管千差萬别,隻要知道(dào)被檢(jiǎn)定的蒸汽(qì)流量計現場運(yùn)行的操(cāo)作壓力(lì)、溫度等條件,如果以(yǐ)壓縮空氣(qì)作介質(zhì)檢定蒸汽流量計時,都(dōu)可以(yǐ)求(qiú)出其對(duì)應的(de)操作壓力和溫度條件。
無(wú)論是用蒸汽流(liú)量計現場(chǎng)運行條件,求出壓縮(suō)空氣的操作條(tiáo)件,進行蒸汽流(liú)量計的檢定(dìng),還是用蒸汽(qì)流量計檢(jiǎn)定裝置設(shè)計的蒸汽(qì)運行(háng)條(tiáo)件,求出的壓(yā)縮空氣操(cāo)作條(tiáo)件,進行蒸汽流(liú)量計檢(jiǎn)定(從檢(jiǎn)定誤(wù)差等方面(miàn)分析,兩種(zhǒng)方法各有(yǒu)利弊(bì)),都存(cún)在一(yī)個在實驗(yàn)室條件下(xià)檢定(dìng)後,如何轉(zhuǎn)換到(dào)現場操作條件(jiàn)下運行的儀(yí)表(biǎo)誤差問題(tí)。
3誤差的消除
爲(wèi)了适應上(shàng)述轉換,檢(jiǎn)定記錄表時,應(yīng)增加(jiā)如下内容(róng),如下表所(suǒ)示。
從(cóng)表中(zhōng)可以看出,我們前(qián)面(miàn)論證(zhèng)的(de)計算實質是(shì)将b值轉(zhuǎn)換爲。值,檢定後得到。1一(yī)。值後(hòu)還需再進(jìn)一步(bù)轉換。
第一步是将c值轉換(huàn)爲修(xiū)正後的蒸(zhēng)汽流量d值(zhí)。這個(gè)轉換過程,實際(jì)是将(jiāng)常溫20℃下的(de)量轉換爲(wèi)對應(yīng)蒸汽(qì)條件(溫度)下的量,因(yīn)爲這(zhè)兩種狀(zhuàng)态溫度相差(chà)較大,會給(gěi)不同(tóng)類型(xíng)、不同(tóng)材質的蒸汽流(liú)量計,造成(chéng)不同(tóng)的影(yǐng)響,即産生(shēng)的誤差(chà)不同。對(duì)于孔闆(pǎn)差(chà)壓式(shì)流量(liàng)計(jì),孔闆的(de)孔徑(jìng)受熱(rè)膨脹(zhàng),孔徑(jìng)變爲d=d20·〔1+λd(t-20)〕;而對夾裝式渦街蒸汽流(liú)量計(jì),可采(cǎi)用k修=k〔1一λd(t一20)〕式(shì)。故(gù)依據(jù)此(cǐ)原理來(lái)進行(háng)計算修正(zhèng)這部分誤差。而分流(liú)旋翼式等(děng)蒸汽流量計,應(yīng)通過(guò)大量(liàng)的實踐數據,找出正确的修正系數(shù)或修正公式。這(zhè)項工作可以邊(biān)實踐邊(biān)積累,先(xiān)找出粗(cū)的(de)(誤差(chà)較大)系數應用(yòng),以後再進(jìn)一步(bù)作細緻工作,最(zuì)後找(zhǎo)出正(zhèng)确的(de)修正因子(zǐ),使理(lǐ)論上對應(yīng)的c值,很容易地轉換爲真(zhēn)實(shí)條件下(xià)的蒸(zhēng)汽量(liàng)d值。
第(dì)二步是将修正(zhèng)後的蒸(zhēng)汽(qì)量d值(zhí)轉換(huàn)爲現場運(yùn)行條(tiáo)件下的蒸(zhēng)汽流量qm值。
如果(guǒ)檢定蒸汽(qì)流量計的(de)壓縮空氣的運行(háng)條件,是(shì)在現(xiàn)場實際操(cāo)作條件下(xià)推算出來(lái)的,流(liú)量計(jì)檢定(dìng)後轉換到(dào)第一步d值(zhí)即可(kě),d值也即(jí)是(shì)現場(chǎng)運行條件(jiàn)蒸汽(qì)量qm值。如(rú)果壓縮(suō)空氣(qì)運行(háng)條件(jiàn)是由蒸汽(qì)流量計檢(jiǎn)定裝置、的固定(dìng)的蒸汽條件推(tuī)算出來的,還需要(yào)這第二(èr)步(bù)轉換。這個轉(zhuǎn)換可(kě)采用密(mì)度(dù)校正(zhèng)系數法進(jìn)行修(xiū)正(zhèng)。
4結論
采用壓(yā)縮空氣代(dài)替(tì)蒸汽檢定蒸(zhēng)汽流量計(jì),其意(yì)義重大,難(nán)度亦大。其(qí)檢(jiǎn)定誤差分析也是(shì)難題(tí)之一,因它涉及(jí)的因素、環節多,需作專題(tí)探讨(tǎo)。
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