摘要(yao)：對不滿足規定(ding)的多脈動源形(xíng)成的複雜脈動(dong)流對孔闆流童(tong)計 的影響。結合(hé)實際情況提出(chu)了複雜脈動流(liu)條件下孔闆流(liu)童🎯計計童誤差(cha)的估計方法,并(bìng)通過對實際管(guan)道中複雜脈動(dòng)流的測試和分(fèn)析,得出不同脈(mò)動工況下孔闆(pan)流黃計計童誤(wù)差範圍。
孔闆流(liu)量計是目前工(gōng)業生産中用來(lái)測量氣體、液體(tǐ)和蒸汽流量應(ying)用廣泛的一種(zhǒng)流量儀表,據調(diào)查統計,孔闆✂️流(liú)量🐉計占流量儀(yí)表用量的60%一70%。雖(suī)然它存💋在阻力(li)損失大,安裝時(shi)需要直管段較(jiao)🔞長等缺點,但它(tā)具有結構簡單(dān),安裝方便,工作(zuo)可靠,成本低,具(ju)有一定精度以(yi)及結構已标準(zhun)化,不需要👈單獨(dú)标定等優點,能(neng)滿足工程測量(liang)的需要✂️。同時,在(zai)設計、制造和應(yīng)用孔闆✉️流量計(jì)🔴時,又有😘國際标(biao)準‼️ISO5167爲依據,因此(cǐ)在實際工程中(zhōng)被廣泛💁的應用(yong)。在大口徑煤🐅氣(qi)管道的測量中(zhōng),也将孔闆作爲(wèi)首選儀表。
　　根據(ju)ISO5167的規定,應用标(biāo)準孔闆的一個(ge)很重要的前提(ti)♍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(xia)時,作爲标準的(de)ISO5167将不再适用。而(ér)且,由于脈動流(liú)動的影響,孔闆(pǎn)流量計的流量(liàng)示值會産生很(hen)大的誤差。
　　國際(ji)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(guan)道中脈動的流(liu)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(zhi)導原則,并指出(chu)了一定的脈動(dòng)幅值範圍内流(liú)量計💯測量示值(zhí)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(ti)時,遇到的脈動(dong)❗氣🔞流是一種由(you)多個脈動源形(xing)成的,脈動幅值(zhí)較‼️大的非正弦(xian)、無明顯💁周期性(xing)且受輸出端變(bian)化負載影響的(de)複🔴雜脈動流動(dòng)。在運用孔闆流(liú)量計測量這種(zhǒng)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(gui)程ISO/跟📱TR3313中的規定(dìng)。
　　經過一年多的(de)以ISO/跟TR3313爲主要依(yi)據,在理論分析(xī)的基礎上👌,提出(chū)了一種複雜脈(mò)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(ji)的複雜脈動流(liu)🔴動情況下的孔(kǒng)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(liú)對孔闆流量計(ji)示值誤差的影(ying)響來自兩個方(fāng)面:一是對孔闆(pan)流量計一次元(yuán)件産生的影響(xiǎng),即孔闆流量計(ji)在測量🎯脈動流(liú)時所存在的原(yuán)理上的✊誤差;二(èr)是對孔🔴闆流量(liàng)🌍計信号傳遞及(ji)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(dòng)流條件下孔闆(pan)(一次元件)響應(ying)行爲的研究📐中(zhong)可以得到,在管(guǎn)道中的流動爲(wei)一維流動的假(jia)設下,孔闆對脈(mò)動流的響應👈可(ke)根據非穩定流(liú)動量方程和連(lian)續性方程導出(chu)🌏比41:

式中
q(t)—管道中(zhong)的被測流量信(xìn)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(wu)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(shū)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(kǒng)時遷移加速(Covnectioaccel-acecel)産(chan)生的差壓,在理(li)👌想情況下這部(bù)分差壓與該瞬(shùn)時脈動流量質(zhi)量相同的流體(ti)在穩定流動時(shí)産生的差壓△P(t)。相(xiàng)同;另一部分是(shi)由于要克服流(liu)體慣性以實現(xiàn)流體瞬時加速(sù),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(pǎn)測量脈動流時(shí),其差壓輸出值(zhi)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(guo)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(ní)和安裝條件的(de)前提下,假定不(bu)🆚考慮🚶孔闆🧡流🤞量(liàng)計的二次儀表(biao)(包括 差壓變送(sòng)器 和導壓管線(xian))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(jiē)在孔闆處測得(dé)的,那麽,對于不(bu)可🌐壓縮流體❤️,用(yong)上述方法測得(de)的差壓值取時(shi)間平均值後,按(an)ISO 5167給出的公🔆式計(ji)算得到的流量(liang)值與實際的平(ping)均🐪流量值之♈間(jiān)将有一個正的(de)系統誤差Er,并可(ke)按下列公式估(gu)計：

可以按下列(liè)公式估計流量(liàng)示值誤差:

　　由于(yú)脈動效應在二(èr)次裝置(導壓管(guǎn)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(zhuāng)置中差壓的進(jìn)步畸變,會導緻(zhi)流量計算中孔(kong)闆均方根校正(zheng)的失敗。另一方(fāng)面,孔闆的流出(chu)✍️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(bu)确定度。因此,采(cai)🌈用孔闆流量計(jì)測量脈動流時(shi),不能直🌏接應用(yòng)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(deng)仍應滿足ISO 5167的規(gui)定。
二、實際輸送(song)過程及測裏系(xi)統
1.煤氣生産傳(chuán)輸流程簡介
　　某(mou)煤氣廠煤氣的(de)生産和傳輸過(guo)程如圖2所示。煤(méi)氣發生爐産💋生(shēng)的煤氣,經傳輸(shu)管路分别輸人(ren)和存儲在1“、2“、3”三個(gè)儲氣櫃中。當需(xū)要向城市煤氣(qi)管網(簡稱外網(wang))供氣時,可根據(ju)需要,同時開啓(qǐ)不同台數的往(wang)複式活塞壓縮(suo)機,将儲氣櫃中(zhong)的煤氣抽出,壓(ya)縮後排人彙流(liu)管和采集管,然(ran)後分别從南、北(běi)📐兩條直徑爲🤞630n二(er)的管線送人城(cheng)市管網。

2.煤氣流量計(ji)計量系統
　　計量(liàng)煤氣流量的2台(tai)孔闆流量計分(fen)别安裝在南、北(běi)管線_L,與孔🚶‍♀️闆配(pèi)套的2台差壓變(bian)送器被安裝在(zài)管道一側👄的儀(yi)表箱内,差壓變(biàn)送器的輸出信(xìn)号通過導線接(jiē)到安裝在控制(zhì)室内的二次儀(yí)表。
　　該煤氣廠現(xian)有的 煤氣流量(liang)計 量儀表系統(tǒng),按其功能分成(chéng)現場檢測、信号(hao)轉換和流量積(ji)算打印三個部(bu)分,圖3爲計量系(xi)統構成圖。
　　圖3中(zhong),現場流量檢測(ce)采用可換孔闆(pan)節流裝置,該裝(zhuang)置🍓能确保👉孔闆(pan)在管道中的垂(chuí)直度和同心度(dù)符合國家标準(zhun)。信号轉換部分(fen)應用K系列差壓(yā)變送器。 流量積(jī)算儀 和打印部(bù)分采用大量程(cheng)比質量流量儀(yí),該儀表能對㊙️現(xiàn)場壓力、溫度、雷(léi)諾數進行在線(xiàn)補償,其鼠程比(bǐ)🐕爲1:01,高于常🐕規質(zhì)量流量儀表。其(qí)采樣時間爲每(měi)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(mén)工作人員按規(guī)定的抽樣檢驗(yàn)時刻🥰完成。
3.煤氣(qi)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(dòng)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(chang)排出流量的大(da)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(zēng)加,脈動頻率逐(zhu)漸💋升高,脈動幅(fu)值逐步降低。
　　通(tong)過實際測試還(hai)可以得到,在不(bú)同的季節和開(kai)機狀态下,外網(wang)負載(壓力)也發(fā)生變化,其變化(huà)範圍爲0.05~0.14MPa,變化幅(fú)值達到土50%。
　　當外(wai)網負載變化時(shi),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(tóng)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(lì)🐉的升高.壓縮機(jī)的一㊙️工作效率(lü)降低,排氣城減(jian)少,針✌️道中流體(ti)脈動的頻率和(hé)幅值也都随❗之(zhī)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(fu)雜脈動流動狀(zhuang)态蔔的響應行(hang)爲進行分析時(shí),可以得到流體(ti)運動學最基本(ben)的非穩定流的(de)動吊-方程和連(lian)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(jiān)的㊙️關系時,做如(rú)下假設,即
①在流(liú)體流過孔闆時(shí),仍被認爲是維(wei)流動;仁)在全部(bù)複雜脈🎯動流動(dong)過程中,流體的(de)流線形狀不發(fā)生改變、根據這(zhe)些假設,對于不(bu)⭐可壓縮流體,從(cóng)兩個基本方程(cheng)出發差服信号(hao)△p(t)與被測脈動流(liu)量👣q(t)之間關系可(ke)以用公式❤️表示(shì):

由此，可以得到(dào)：
　　在複雜脈動流(liú)動狀态下,描述(shù)孔闆的非定常(cháng)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(jun1)方根關系,并同(tong)樣受到脈動流(liú)狀态蔔,流體的(de)瞬時慣性作川(chuan)和流辰系數變(bian)化的影響。
②ISO/TR3313中所(suo)讨論的單一脈(mo)動源、周制期性(xìng)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(zhong)的系數人,所代(dài)表的瞬時慣性(xing)的影響和K2所代(dai)農的流量系數(shu)變化的影✉️響也(ye)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(liàng)🔞誤差範❌圍時,主(zhǔ)要考慮以蔔兩(liang)個方面:
任何周(zhou)期信号均可用(yong)傅立葉分析的(de)方法，分解成若(ruo)幹個周期❌信号(hao)之和，非周期脈(mo)動對孔闆流量(liàng)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(qī)脈動的🐕作用之(zhī)和（條件是基頻(pin)響應遠大于其(qí)它諧波分量影(ying)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(mi)📞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(wěn)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(sù)（包括二次儀表(biao)、流量系數變化(hua)等）造成疊加誤(wù)差和計算中帶(dài)來的誤差進行(háng)校正。
　　根據以上(shang)描述，以ISO/TR3313爲主要(yao)參考，提出一種(zhong)工程實用方法(fǎ)來估計✏️該孔闆(pan)流量計測量複(fú)雜脈動流時所(suǒ)産生🛀🏻的附加誤(wu)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(xin)号進行傅立葉(ye)分析,确定脈動(dòng)信号的基頻和(he)其它各次諧波(bō)及相應的幅值(zhi)。
③關于實際煤氣(qì)管網變負載的(de)影響,采取在線(xian)監測、補♌償🌂的🧑🏽‍🤝‍🧑🏻處(chu)理方法。這樣可(kě)以認爲,孔闆流(liu)量計的每個測(cè)量點是在相對(duì)穩定的負載條(tiao)件下測量脈動(dong)流。
④取現場标定(ding)得到的不同台(tai)壓縮機的平均(jun)排氣量,作爲不(bu)同脈動狀況下(xià)管道中煤氣的(de)平均流量(即穩(wen)态流量值),進而(er)計✍️算得到穩定(dìng)差壓值△ps。
⑤運用ISO/TR3313中(zhōng)的誤差估計公(gong)式,對孔闆流量(liang)計的示值誤差(cha)進行估算⁉️,得出(chu)一、二、三、四台機(jī)工作時各自對(duì)應👨‍❤️‍👨的流量顯示(shi)值誤差ET。
⑥在現場(chang)的儀表測量取(qu)多次平均結果(guo)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(liú)量值QS相比較,可(ke)以得到現場流(liú)量儀表的示值(zhí)誤差Ev。
⑦以現場儲(chu)氣櫃爲标準容(rong)積,采用時間一(yī)容積法對壓縮(suō)機📞抽取氣體質(zhi)量流量進行現(xian)場标定,以作爲(wèi)上述💔誤差估計(jì)方法🏃的“點”校驗(yàn).
四、實驗測試結(jié)果
1.管道中煤氣(qi)氣流脈動狀況(kuang)
根據ISO/TR3313中的要求(qiu),主要讨論以下(xia)幾個基本參數(shù):
①脈動幅值
在現(xian)有條件下,通過(guò)實驗測試和計(ji)算可以得到不(bú)同脈動⛹🏻‍♀️工況🌍下(xià),差壓脈動幅值(zhi)的變化範圍,如(ru)表l所不。

　　從表l可(kě)以得到,外輸煤(mei)氣管道中差壓(yā)脈動的幅值均(jun)已超過ISO/TR3313中規定(dìng)的脈動流動與(yu)穩定流動區别(bié)的阚值。因此,對(dui)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(dao),不同脈動工況(kuàng)下流速的脈動(dòng)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(mo)動流動屬于低(dī)頻範圍的複雜(zá)脈動流動。

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

如果考(kǎo)慮按不同的開(kāi)機台時比例計(ji)算綜合流量示(shi)值誤差爲:

　　根據(jù)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(chà)爲:17.5%一22.5%。
3.實際統計(ji)結果
　　根據有關(guan)統計結果,現有(yǒu)計量儀表系統(tong)的平均煤氣計(jì)量與壓⭐縮機累(lèi)積台時(壓縮機(ji)排氣量以90m3/min計算(suan))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(chà)比例如表4所示(shì)。

五、結論
　　通過對(dui)煤氣廠輸氣管(guǎn)線中脈動流動(dòng)對孔闆流量計(jì)💃計量影響🔞的現(xian)場測試分析,可(ke)以得到,現有的(de)流量計🐇量誤💃差(cha),主要是孔闆💁流(liú)量計工作在脈(mò)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(shuō),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(cheng)🏃的測量系統同(tong)樣會産生明顯(xiǎn)的流量示值誤(wu)差。
　　通過對多脈(mò)動源、非周期、高(gāo)幅值脈動流動(dong)狀态下😄孔🥵闆流(liú)量計示值誤差(cha)估計的研究所(suo)提出的工程🌈實(shí)用方法,對煤氣(qi)廠外輸🌈煤氣管(guǎn)道中煤氣流量(liang)計量誤差🔴的估(gū)計,具有一定的(de)幫助作用。

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