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9.5差压信号传送失真及引入的误差

在差压式流量计的标准规范中,对引压管的敷设和仪表的安装一般只简单地提到一句,即差压信号不应有传送失真。实际上要真正做到差压信号的不失真传送是非常不容易的。有事实为证:在装置刚刚停车,或有条件将装有差压式流量计一次装置的管道上阀门关闭时,并且确认流过流量计的流量已降到零,从具体流量计读数来看,真正示值零的并不多。其中零点漂移的主要原因多半为差压传送过程中的失真。

差压信号的传送失真使得差压变送器上接收倒的差压信号与节流装置所产生的差压信号不相等,从而引起附加误差。

差压信号传送失真包括稳态值失真和动态失真。在稳定流条件下只存在稳态值失真,在脉动流条件下,既可能存在稳态值失真又会有动态失真。本节主要讨论稳态值失真。稳态值失真可能引起的部位和原因有导压管引向不合理,切断阀设置不当,冷凝器高度不相等,隔离液液位高度不相等,正负压引压管坡度不合理,管内介质密度不相等,三阀组积液等。

(1)导压管引向不合理和切断阀设置不当引起的误差   差压式蒸汽流量计中导压管引向不合理和切断阀设置不当引入的误差已在第9.3节中作出讨论。

均速管差压流量计用来测量有可能析出冷凝液的低压气体流量时,水平设置的针型切断阀可能导致凝液积于阀内堵塞气路的情况已在第3.2.2节作了分析。

(2)冷凝器高度不相等引起的误差   正负压管上两只冷凝器结构应对称,安装高度应相等,从而有可能使得两只冷凝器内液位高度相等,因为液位高度相差1mm就会引入10Pa的差压失真。但在使用现场不仅两只冷凝器安装高度不相等的情况常有所见,甚至有的将冷凝器倒置,根本没有起到冷凝器的作用。

弯管流量计的正负取压口一个开在弯管在外圈,另一个开在弯管的内圈,在管径较大时,很容易引起高度不相等,由于弯管流量计的差压信号本来就很小,所以差压信号传送失真从差压的绝对数值来说虽不太大,但引起的流量测量相对误差却是可观的。

(3)隔离液液位高度不相等引起的误差   引压管线中带隔离器是为了利用隔离液腐蚀性介质同差压变送器隔离,如图9.7所示。隔离液刚刚充罐时,通过三阀组的平衡阀能使两只隔离容器中的隔离液液位高度相等,但运行一段时间后由于隔离液泄漏或在运行时误开平衡阀,导致隔离液液位高度不相等,从而引入附加差压。其值可用式(9.3)计算。

              

                   图9.7  充隔离液差压式流量计管线连接

          1-节流装置;2-阀门;3-隔离容器注液口;4-溢流口;

           5-三阀组;6-差压变送器

                                        (9.3)

式中    ——附加差压,Pa;

        * ——正压管中隔离液液位高度,m;

          ——负压管中隔离液液位高度,m;

            ——被测介质密度,kg/m3

            ——隔离液密度,kg/m3

            ——重力加速度,m/s2

(4)引压管线引起的传送失真  保证引压管线合理的坡度是为了使管内可能出现的气泡较快地升到气体收集器内或母管内,使管内可能出现的凝液较快地下沉到沉降器、排污阀或母管内。

 引压管线的内径和被测流体的性质与总长度有关,如表9.3所示,引压管线应垂直或倾斜敷设,其坡度应不少于1∶12,对黏度较高的流体,其坡度还应增大,当引压管线的传送距离大于30m时,应分段倾斜,并在最高点和最低点分别安装气体收集器(或排气阀)和沉降器(或排污阀)。

                        表9.3 差压信号管路内径和长度[4]

      >引压管线长度 ">/m

 内径/mm         m

>被测流体 ">

<16000

16000~45000

45000~90000

水、水蒸气、干气体

湿气体

低、中黏度的油品

脏的液体或气体

7~9

13

13

25

10

13

19

25

13

13

25

38

  为了避免正负压信号管内介质温度不一致,导致密度出现差异,引起传送失真,正负压管线应尽量靠近敷设,尤其是引压管线中的介质为液体时。引压管线中的液体有些会因环境温度太低而凝固、结晶或结冰,因此需要伴热保温。

   伴热保温用电热带、蒸汽及热水作热源,此项工作很多人都认为太简单了,只要做了就行,不会有什么严重后果。其实从现场的情况看并非如此,主要问题如下。

   ①不对称加热。为了使正、负压管内液体温度尽量相等,提供热源的电热带、热水管或伴热蒸汽管应敷设在两根引压管线之间,尽量保持等距离,但有的安装人员为了贪方便,却将正负压管保持数十厘米距离,而将伴热管同信号管中的一根靠得很近,以致两根信号管中的液体温差很大。

   ②将信号管和伴热管分别做绝热保温,导致伴热管的热量传不到信号管上,丧失伴热作用。

   ③用通有蒸汽的紫铜管直接绕在信号管上,可能导致介质部分汽化,管中密度变得很低,出现虚假差压。

下面举一个实例说明正、负引压管线中液体温度保持一致的重要性。

有一台差压式蒸汽流量计,正端引压管内液温30℃,密度 =995.7 kg/m3,负端引压管内液温40℃,密度 kg/m3,引压管高度差 为6 (见图9.8),此时正负压引压管内介质温差引入的附加差压为

           

                       图9.8  温度差引起的差压失真

          

式中   ——重力加速度。

如果仪表的差压上限为20 ,在流量为70%FS时,此项传送失真引起的流量示值误差约为2%R。

(5)三阀组可能引入的传送失真    三阀组的通径很小,在测量干燥气体、蒸汽和液体时,一般不会有大问题,但在测量有可能析出凝液的低压气体时,往往会因一滴冷凝液堵在水平放置的三阀组流路中,引起很大误差。解决此问题的简单方法是改变差压变送器的安装方向,将三阀组的流路从水平改为垂直,并将差压变送器安装在高处,如本书3.2.1节中的图3.14和第3.2.2节中的图3.21所示。

 

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