差压装置流量测量范围度扩展方法研究与实验

摘要

流量是过程检测涉及的主要参数之一，其测量值的准确性、有效性与设备的安全性和运行的经济性直接相关。热力发电厂生产过程中管内工质大多属于高温高压流体，目前对这类流体流量在用的测量方法是差压式流量测量装置，而此类装置的局限性在于其范围度为3∶1最多4∶1，这就意味着在生产过程中，如果管流流量低于测量上限的1/3或1/4流量以0计。正是这种局限性导致热电厂与用户之间产生计量争议，而作为国家标准规定的流量测量方法，差压式流量测量装置具有法定地位，技术监督部门也无其他依据对上述争议进行仲裁。因此，寻求一种既严格遵守国家标准GB/T2624.1～4-2006“用差压装置测量圆形截面管道中的满管流体流量”的规定，又具有较大范围度的流量测量解决方案不但具有工程实用价值，更兼有理论意义。
　　本文从分析造成小流量工况下测量误差大的原因出发，揭示差压式流量测量装置范围度小的的实质在于差压变送器的允许误差在小流量时形成的相对误差过大所致。解决问题的合理设想之一是:在小流量时使一次装置输出的差压对应的变送器输出亦为较大值，然而实际的情况是无论一次装置输出差压为何值，变送器输出电流都将差压成比例地转换成4-20mADC电流，除非将输出差压分成多段分别测量，即将一次装置输出差压由多个差压变送器按段分别转换成4-20mA电流。由此随之而来的是流出系数C必须按段分别计算，工控机信号处理系统根据不同差压段选择不同流出系数。遵循着这一设想，对于差压流量测量装置设计命题，本论文提出的解决方案如下:第一步，按GB/T2624.1～4-2006“用差压装置测量圆形截面管道中的满管流体流量”附录A（资料性附录）给出的第二类命题计算方法对流量测量装置进行设计，设计结果包含最大流量qmmax对应一次装置输出差压△Pmax、常用流量qmch对应一次装置的输出差压△Pch、最小流量qmmin对应一次装置的输出差压△Pmin、流出系数C、一次装置的开孔直径比β;第二步，采用两台差压变送器同时对一次装置的输出差压进行测量，其中差压变送器DP1的量程为0～△Pmax，差压变送器DP2的量程为0～△Pmin，流量信号处理系统根据差压值选择其中之一进行处理;△Pmin～△Pmax之间的差压由差压变送器DP1成比例地转换成4-20mADC电流信号，0～△Pmin之间的差压由差压变送器DP2成比例地转换成4-20mADC电流。一次装置输出0～△Pmin之间的差压时所对应的流出系数Cmin由第一类命题求解方法得到。于是该解决方案在完全遵循GB/T2624.1～4-2006的前提下，装置的范围度由3∶1到4∶1提高到9∶1到16∶1。本论文设计了基于上述技术路线的实验方案，建造了实验装置，以实验证明了解决方案原理的正确性和可行性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景及意义

1．2 国内外研究动态

1．3 本课题研究内容

第2章 差压式流量装置的计算命题

2．1 差压式流量装置的流体力学基础

2．1．1 差压流量测量装置的流量公式

2．1．2 差压流量测量装置流出系数c的确定

2．1．3 可膨胀性系数ε

2．1．4 密度

2．1．5 黏度

2．1．6 等熵指数

2．1．7 雷诺数

2．2 节流装置设计计算的命题

2．2．1 差压式流量测量装置第一类命题设计计算案例

2．2．2 差压式流量测量装置第二类命题设计计算案例

第3章 大范围度的差压式流量测量装置设计方法

3．1 低流量工况下差压装置流量测量误差分析

3．1．1 流出系数C值的变化产生的误差

3．1．2 可膨胀性系数ε值的变化产生的误差

3．1．3 流量qv和差压△p为开方关系导致的测量误差

3．2 具有大范围度的差压式流量测量解决方案

3．2．1 流出系数C的补偿方案

3．2．2 可膨胀性系数ε的补偿方案

3．2．3 小流量工况一次装置输出差压测量方案

3．2．4 具有大范围度的差压式流量测量方案

第4章 具有大范围度的差压式流量测量方案原理正确性实验

4．1 具有大范围度的差压式流量测量方法原理正确性实验

4．2 实验数据

4．3 实验结论

第5章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

致谢