摘要(yào)：對不滿足(zu)規定的多(duō)脈動源形(xing)成的複雜(za)脈動👈流對(dui)孔闆流童(tóng)計 的影響(xiang)。結合實際(jì)情況提出(chū)了複雜脈(mò)動流條件(jiàn)下孔闆✂️流(liú)童計計童(tóng)誤差的估(gū)計方法,并(bìng)通過對實(shí)際✍️管道中(zhong)複雜脈❄️動(dòng)流的測試(shi)和分析,得(de)出不同脈(mò)動工況下(xia)孔闆流黃(huáng)計計童誤(wu)差範圍。
孔(kǒng)闆流量計(ji)是目前工(gong)業生産中(zhong)用來測量(liàng)氣體、液㊙️體(ti)和蒸汽流(liu)⚽量應用廣(guǎng)泛的一種(zhong)流量儀表(biao),據調查統(tǒng)計📧,孔闆流(liu)量計占流(liú)量儀表用(yòng)量的60%一70%。雖(suī)然它存在(zài)阻力‼️損失(shi)大,安裝時(shí)需要直管(guan)段較長等(deng)缺點,但它(ta)具有結構(gòu)簡單,安裝(zhuāng)方便,工作(zuo)可靠,成本(běn)低,具有🐉一(yi)定精度以(yǐ)及結構已(yi)标準化,不(bu)需要單獨(dú)标定等💯優(yōu)點,能滿足(zú)工☎️程測量(liàng)的需要。同(tong)時,在設計(ji)、制造和應(yīng)用孔闆流(liú)量計時,又(yòu)有國際标(biāo)準ISO5167爲依據(jù),因此在實(shi)際工程中(zhōng)被廣泛🌍的(de)應用。在大(da)口徑煤氣(qi)管道的測(cè)量中,也将(jiang)孔闆作爲(wèi)首選儀表(biao)。
　　根據ISO5167的規(gui)定,應用标(biāo)準孔闆的(de)一個很重(zhong)要的前提(tí)👌條✨件之一(yī),是管道中(zhong)的介質流(liú)動爲穩定(dìng)流動。當孔(kǒng)闆應用于(yú)脈動流情(qíng)況下時,作(zuò)爲标準的(de)ISO5167将不再适(shi)用。而且,由(you)于脈動流(liú)動🙇‍♀️的影響(xiǎng),孔闆流量(liàng)計的流量(liàng)示值會産(chan)💃🏻生很大的(de)誤差。
　　國際(jì)标準化組(zu)織ISO于1992年通(tong)過了技術(shù)報告儀ISO/跟(gēn)TR3313《使用孔闆(pan)、噴嘴或文(wén)丘利管測(cè)量管道中(zhong)脈動的流(liu)體流動》圖(tu),主要是針(zhēn)對單脈動(dòng)源形成的(de)周期脈動(dong)流,讨論了(le)孔闆流量(liang)計測量脈(mò)動流時應(yīng)遵⛹🏻‍♀️循的一(yi)些指導原(yuán)則,并🌈指出(chū)了一定的(de)脈動幅值(zhí)範圍🌏内流(liú)量計測量(liàng)示值誤差(cha)的估計公(gong)🙇‍♀️式。
　　煤氣廠(chang)外輸煤氣(qì)管道中的(de)流量計量(liang)問題時,遇(yu)到👣的脈🌂動(dong)氣✨流是一(yī)種由多個(gè)脈動源形(xing)成的,脈動(dòng)幅值較大(dà)的非正弦(xian)、無明顯周(zhou)期性且受(shou)輸出端變(biàn)化負載影(yǐng)響的複⛷️雜(za)脈動流動(dòng)。在🐆運用孔(kǒng)🧡闆流量計(ji)測量這種(zhǒng)複雜脈動(dòng)氣流時,如(ru)何估計其(qi)指示流量(liang)值的誤差(chà)範圍,這己(ji)超過廠技(ji)術規程ISO/跟(gen)TR3313中的規定(ding)。
　　經過一年(nian)多的以ISO/跟(gēn)TR3313爲主要依(yi)據,在理論(lùn)分析的基(ji)💃🏻礎上,提出(chū)了📱一種複(fu)雜脈動流(liu)條件下孔(kong)闆流量計(ji)✨示值誤差(cha)估計的工(gōng)程實用方(fāng)法。實驗結(jié)果表明,按(àn)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻這種方法(fa)估計的複(fu)雜😄脈動流(liú)動情況下(xià)的孔闆流(liu)量計誤差(cha)與生産部(bu)門的長期(qī)統計數據(jù)基本相符(fu)。
一、脈動流(liu)對孔闆流(liú)量計影響(xiang)的羞本原(yuán)理
　　脈動流(liú)對孔闆流(liú)量計示值(zhi)誤差的影(yǐng)響來自兩(liǎng)個方面:一(yi)是對孔闆(pan)流量計一(yī)次元件産(chǎn)生的影響(xiang),即孔闆流(liu)量計在測(ce)量👄脈動流(liu)時所存在(zai)的原理上(shàng)的誤差;二(er)是對孔闆(pǎn)流量計信(xìn)号傳遞及(jí)轉換系統(tǒng)和流量計(ji)算方法所(suǒ)産👅生的影(yǐng)響(見圖l)。

　　從脈動(dòng)流條件下(xià)孔闆(一次(ci)元件)響應(yīng)行爲的研(yán)究中可以(yi)得到,在管(guǎn)道中的流(liú)動爲一維(wéi)流動的假(jia)設下,孔📞闆(pan)對脈動流(liu)的響應可(kě)根據非穩(wen)定流動量(liang)方程和連(lian)🏃續性方程(chéng)導出比41:

式(shì)中
q(t)—管道中(zhōng)的被測流(liú)量信号
△P(t)—孔(kǒng)闆兩側的(de)差壓信号(hào)
ρ—流體密度(dù)
K1、K2—系數
其物(wu)理意義爲(wei)：
①在脈動流(liú)動狀态下(xia),孔闆流量(liàng)計的基本(běn)特性沒有(yǒu)改變,即它(ta)🐆的輸出△P(t)與(yu)輸人量q(t)之(zhī)間仍然保(bǎo)持着均方(fāng)‼️根的關系(xì)。
②此時孔闆(pǎn)兩側的差(chà)壓信号可(kě)視爲兩部(bu)分組成:一(yī)部分是流(liu)體通過節(jiē)流孔時遷(qian)移加速(Covnectioaccel-acecel)産(chǎn)生的差壓(yā),在理想情(qíng)況下這部(bù)分差壓與(yǔ)該瞬時脈(mò)動流量質(zhi)⭐量相同的(de)流體在穩(wěn)定流動時(shí)産生的差(cha)壓△P(t)。相同;另(lìng)一部分是(shi)由于要克(ke)🤞服流體慣(guan)性以實現(xian)流體瞬時(shi)㊙️加速,即dq(t)/dt引(yin)起的額外(wài)差壓㊙️△P(t)。所以(yi),脈動流産(chǎn)生的差壓(yā)爲:

　　因此,用(yòng)孔闆測量(liang)脈動流時(shí),其差壓輸(shu)出值會增(zēng)大(對相同(tong)的平♈均流(liú)量而言),并(bìng)産生流量(liang)示值正誤(wù)差⭐,國外的(de)研究及實(shí)驗結果🔞證(zhèng)實了這一(yī)結論。
　　在滿(man)足ISO/TR3313規定的(de)阻尼和安(an)裝條件的(de)前提下,假(jia)定不考慮(lǜ)孔闆🙇‍♀️流🈲量(liàng)計的二次(cì)儀表(包括(kuò) 差壓變送(sòng)器 和導壓(yā)管線)的誤(wù)差,且脈動(dong)的瞬時差(chà)壓值是采(cǎi)用快速響(xiang)應的儀表(biao)直接在孔(kong)闆處測得(de)的,那麽,對(dui)于✊不可壓(yā)縮流體,用(yòng)上💛述方法(fǎ)測得的差(chà)壓值取時(shí)間平均值(zhí)後,按ISO 5167給出(chu)的公式計(jì)算得到的(de)💃流量值與(yu)實際的平(píng)均流量值(zhí)之間将有(you)一🔴個正的(de)系💜統誤差(cha)Er,并可按下(xia)列公♈式估(gu)計：

可以按(àn)下列公式(shì)估計流量(liang)示值誤差(cha):

　　由于脈動(dòng)效應在二(er)次裝置(導(dao)壓管線、差(cha)壓變送器(qì))會引起孔(kǒng)闆流量計(jì)示值的随(sui)機不确定(ding)性,特别是(shi)🤟在二☎️次裝(zhuang)置中🐉差壓(yā)的進步畸(jī)變,會導緻(zhì)流量計算(suàn)中孔闆均(jun)方根校正(zheng)的失敗。另(lìng)一方面,孔(kǒng)闆的流出(chu)系數在脈(mo)動流狀态(tai)下的變化(hua)也會導緻(zhi)流最示值(zhi)的附加不(bú)确定度。因(yīn)此,采用孔(kǒng)闆流量計(jì)測量脈動(dòng)流時,不能(néng)直接應用(yòng)ISO 5167,必須先按(àn)照ISO/TR 3313的要求(qiu)進行設計(jì),但安裝要(yao)求等仍應(yīng)滿足ISO 5167的規(gui)定。
二、實際(jì)輸送過程(chéng)及測裏系(xi)統
1.煤氣生(shēng)産傳輸流(liú)程簡介
　　某(mou)煤氣廠煤(mei)氣的生産(chan)和傳輸過(guo)程如圖2所(suo)示。煤氣發(fā)生爐産生(sheng)💜的煤氣,經(jīng)傳輸管路(lù)分别輸人(rén)和存儲在(zài)1“、2“、3”三個儲氣(qi)櫃中。當需(xū)要向城市(shi)煤氣管網(wang)(簡稱外網(wang))供氣時,可(ke)根據需要(yào)🔴,同時開啓(qi)不同🏃‍♂️台數(shu)的往複❓式(shi)活塞壓縮(suo)機,将儲氣(qi)櫃中的煤(mei)氣抽出🤩,壓(yā)縮後排💞人(ren)彙流管和(hé)采集管,然(rán)後分别從(cong)南、北兩條(tiao)直徑爲⁉️630n二(èr)的管線送(song)人✔️城市管(guan)網。

2.煤氣流(liu)量計計量(liang)系統
　　計量(liàng)煤氣流量(liang)的2台孔闆(pan)流量計分(fen)别安裝在(zai)南、北管線(xiàn)🈲_L,與孔❓闆配(pei)套的2台差(cha)壓變送器(qì)被安裝在(zài)管道一側(cè)的儀表箱(xiāng)内,差壓變(biàn)送器的輸(shu)出信号通(tong)過導‼️線接(jie)到🈲安裝在(zai)控制室㊙️内(nei)的二🔅次儀(yí)表。
　　該煤氣(qi)廠現有的(de) 煤氣流量(liàng)計 量儀表(biǎo)系統,按其(qi)功能分成(chéng)現場檢測(ce)、信号轉換(huan)和流量😍積(ji)算打印三(sān)個部分,圖(tu)3爲計量系(xi)統構成圖(tu)。
　　圖3中,現場(chǎng)流量檢測(ce)采用可換(huan)孔闆節流(liu)裝置,該裝(zhuang)置能确保(bao)孔闆在管(guan)道中的垂(chui)直度和同(tong)心度符合(hé)國家标準(zhun)。信号轉換(huàn)部分💋應用(yòng)K系列差壓(yā)變送器。 流(liú)量積算儀(yí) 和打印部(bu)分采用大(da)量程比質(zhì)量流量儀(yi),該儀表能(néng)對現場壓(ya)👉力♻️、溫度、雷(lei)諾數進行(háng)在線補償(cháng),其鼠程比(bi)爲1:01,高于常(chang)🙇🏻規質量流(liu)量儀🆚表。其(qí)采樣時間(jiān)爲每10胖采(cai)♈個數,連續(xù)采8路(每路(lù)采🐕10次)然後(hòu)🏃‍♂️取平均☂️,計(ji)算周期爲(wèi)🙇🏻5。

　　此外,煤氣(qi)的成分分(fèn)析、含水量(liang)及灰塵雜(zá)質等數據(jù)的測量,由(you)專門工作(zuò)人員按規(gui)定的抽樣(yàng)檢驗時刻(ke)完成💞。
3.煤氣(qì)輸送管道(dào)中的煤氣(qì)流動狀況(kuàng)
　　該煤氣廠(chǎng)煤氣輸送(song)管道中的(de)煤氣流動(dòng)是一種複(fu)雜的脈動(dòng)流🌈動工況(kuang)。圖4、圖5反映(ying)了流速的(de)脈動狀況(kuàng)👄。


　　對于不同(tóng)工況下的(de)脈動流動(dong),除廠排出(chu)流量的大(dà)小不同以(yi)外,所産生(sheng)的脈動頻(pin)率和脈動(dong)幅值也都(dou)有所區别(bié)。從實驗分(fèn)析的結果(guǒ)來看,随着(zhe)開機台數(shu)✊的增加,脈(mò)動頻率逐(zhú)漸升高,脈(mo)動幅值逐(zhu)步降低。
　　通(tong)過實際測(ce)試還可以(yǐ)得到,在不(bu)同的季節(jie)和開機狀(zhuang)态下,外❄️網(wang)🚶負載(壓力(li))也發生變(bian)化,其變化(hua)範圍爲0.05~0.14MPa,變(bian)化幅值達(dá)到土50%。
　　當外(wai)網負載變(bian)化時,由多(duo)脈動源形(xíng)成的複雜(zá)脈動流💔的(de)波形也😘有(yǒu)所變化。除(chú)了随着外(wai)網負載的(de)變化,壓縮(suō)機的💋開機(ji)工況不同(tong)外,在同一(yī)工.況情況(kuang)蔔,壓縮機(jī)的工作狀(zhuàng)态也發生(sheng)變化,随着(zhe)外網負載(zǎi)壓力的升(shēng)高.壓縮機(ji)的一🌈工作(zuo)效率降低(di),排氣🈚城減(jiǎn)少,針⛷️道中(zhōng)流體脈動(dong)的頻率和(hé)幅值也都(dōu)随之發生(sheng)變化.
三、煤(méi)氣輸送管(guan)道中脈動(dòng)流動的測(ce)量
　　對孔闆(pǎn)在複雜脈(mo)動流動狀(zhuang)态蔔的響(xiang)應行爲進(jìn)行分析時(shí),可⛱️以得到(dao)流體運動(dòng)學最基本(ben)的非穩定(dìng)流的動吊(diao)-方程和連(lian)續🌂性方❓程(chéng)仍然成立(lì)。因此,在讨(tǎo)論孔闆前(qián)後取壓孔(kǒng)之間㊙️的差(chà)壓信号△p(t)與(yu)被測脈動(dong)流鼠q(t)之間(jiān)的關系時(shí),做如下假(jia)設,即
①在流(liú)體流過孔(kong)闆時,仍被(bèi)認爲是維(wéi)流動;仁)在(zai)全部複雜(za)脈🚶動流動(dòng)過程中,流(liu)體的流線(xiàn)形狀不發(fā)生改變、根(gēn)據這些假(jiǎ)設,對💁于不(bú)可壓縮流(liu)體,從兩個(ge)基本方程(chéng)出發差服(fu)信号△p(t)與被(bei)測脈動流(liú)量q(t)之間關(guan)系可以用(yong)公式表示(shi):

由此，可以(yi)得到：
　　在複(fu)雜脈動流(liú)動狀态下(xia),描述孔闆(pǎn)的非定常(chang)流動的基(ji)本方🏃‍♀️程沒(mei)有發汁改(gai)變,即它的(de)輸出量△p(t)與(yu)輸入量q(t)之(zhi)問仍然保(bao)持均📱方根(gēn)關系,并同(tóng)樣受到脈(mò)動流狀态(tai)蔔,流體的(de)瞬時慣性(xing)作川和流(liú)辰系數變(biàn)化的影響(xiǎng)。
②ISO/TR3313中所讨論(lun)的單一脈(mo)動源、周制(zhì)期性脈動(dòng)流的情況(kuang)相比☂️發✂️生(sheng)變化、在複(fu)雜脈動流(liú)的狀況下(xia),式(10)中的系(xi)數人,所代(dai)表的瞬時(shí)慣性的影(ying)響和K2所代(dài)農的流量(liang)系數變化(hua)的影響也(yě)就不同了(le)⛱️。
.在分析煤(méi)氣廠外輸(shu)煤氣針道(dào)中複雜脈(mo)動流測量(liàng)誤差範⚽圍(wei)時,主要考(kao)慮以蔔兩(liǎng)個方面:
任(rèn)何周期信(xìn)号均可用(yòng)傅立葉分(fèn)析的方法(fǎ)，分解成若(ruo)幹個周期(qī)信号之和(hé)，非周期脈(mò)動對孔闆(pan)流量計輸(shū)出差壓信(xin)号的影㊙️響(xiang)，可以看做(zuò)是若幹個(gè)單一頻💚率(lǜ)周期脈動(dong)的作用之(zhi)🈲和（條件是(shì)基頻響應(yīng)遠大于其(qi)它諧波分(fen)量影響）。
②利(lì)用現場存(cún)在獨立的(de)質量流量(liang)參考系，即(ji)用時間容(róng)積🐇+密⁉️度的(de)🙇🏻測量方法(fa)可以确定(dìng)被壓縮機(ji)抽取的煤(mei)氣質量🈲流(liu)量🚩（穩态值(zhi)），爲現場計(jì)量系統提(tí)供“點”檢⭐驗(yàn)數據💰，并對(duì)其它各種(zhong)因素（包括(kuò)二次儀表(biǎo)、流量系🔴數(shù)變化等）造(zào)成疊加誤(wù)差和計算(suàn)中帶來的(de)誤差進行(hang)校正。
　　根據(ju)以上描述(shu)，以ISO/TR3313爲主要(yào)參考，提出(chū)一種工程(cheng)實用方法(fa)來估計該(gāi)孔闆流量(liàng)計測量複(fu)雜脈動流(liú)時所産生(shēng)的附加誤(wu)📧差。
用孔闆(pǎn)測量差差(chà)壓脈動信(xìn)号的時間(jian)曆程，進而(er)确定脈動(dong)💃幅度。
②對差(cha)壓△p(t)信号進(jìn)行傅立葉(yè)分析,确定(ding)脈動信号(hào)的基頻和(hé)其它各🆚次(ci)諧波及相(xiang)應的幅值(zhi)。
③關于實際(ji)煤氣管網(wang)變負載的(de)影響,采取(qǔ)在線監測(ce)、補❓償🆚的處(chu)理方法。這(zhè)樣可以認(ren)爲,孔闆流(liu)量計的每(mei)個測量點(diǎn)🌏是在相對(dui)穩定🔞的負(fu)載條件下(xià)測量脈動(dong)流。
④取現場(chǎng)标定得到(dao)的不同台(tai)壓縮機的(de)平均排氣(qi)量,作爲不(bú)同⭐脈動狀(zhuang)況下管道(dào)中煤氣的(de)平均流量(liàng)(即穩态流(liu)量值),進而(ér)計算得到(dào)穩定差壓(yā)值△ps。
⑤運用ISO/TR3313中(zhōng)的誤差估(gu)計公式,對(duì)孔闆流量(liàng)計的示值(zhi)誤⛱️差進行(háng)估算,得出(chū)一、二、三、四(sì)台機工作(zuo)時各自對(duì)應的流量(liàng)顯示值誤(wù)差ET。
⑥在現場(chang)的儀表測(cè)量取多次(cì)平均結果(guǒ)的前提下(xia),将現⭕場流(liu)量計二次(ci)儀表的指(zhǐ)示值Qv(标方(fāng))與壓縮機(ji)的平均輸(shū)出流量值(zhi)QS相比較,可(kě)以得到現(xian)場流量儀(yi)表的示值(zhi)誤差Ev。
⑦以現(xiàn)場儲氣櫃(guì)爲标準容(róng)積,采用時(shí)間一容積(ji)法對🏃壓縮(suo)機抽🈲取氣(qi)體質量流(liu)量進行現(xiàn)場标定,以(yǐ)作爲上述(shù)誤差估計(jì)方法的“點(diǎn)”校驗.
四、實(shí)驗測試結(jié)果
1.管道中(zhōng)煤氣氣流(liu)脈動狀況(kuàng)
根據ISO/TR3313中的(de)要求,主要(yao)讨論以下(xià)幾個基本(běn)參數:
①脈動(dòng)幅值
在現(xiàn)有條件下(xià),通過實驗(yan)測試和計(jì)算可以得(de)到不同脈(mo)動☎️工況下(xia),差壓脈動(dòng)幅值的變(biàn)化範圍,如(rú)表l所不。

　　從(cong)表l可以得(dé)到,外輸煤(méi)氣管道中(zhong)差壓脈動(dòng)的幅值均(jun1)🙇‍♀️已超過ISO/TR3313中(zhong)規定的脈(mò)動流動與(yǔ)穩定流動(dong)區别的阚(kàn)值。因此,對(duì)于各種🔞開(kāi)機🙇‍♀️工況,均(jun)應作爲脈(mo)動流動來(lai)考慮🐆。
　　從表(biao)2可以得到(dào),不同脈動(dong)工況下流(liú)速的脈動(dong)諧波頻率(lü)集中🔱在較(jiào)低頻的範(fàn)圍。因此可(ke)以認爲,外(wai)輸煤氣管(guan)道中氣體(ti)的脈動流(liu)動屬于低(dī)頻範圍的(de)複雜🐆脈動(dòng)流動。

2.流量(liàng)示值誤差(chà)
　　根據實測(cè)的差壓值(zhi),以在1個大(dà)氣壓、0℃狀态(tài)下,管道壓(ya)力爲0.1MPa左右(yòu)時,現場标(biāo)定的壓縮(suo)機排氣量(liang)87m3/min爲穩态流(liú)量值㊙️,按ISO/TR3313中(zhong)公式❗進行(háng)計算的脈(mo)動誤差如(ru)表3所示。

如(rú)果考慮按(an)不同的開(kai)機台時比(bǐ)例計算綜(zōng)合流量示(shi)值誤差爲(wèi):

　　根據實際(jì)開機台時(shí)統計,假設(she)l、2、3、4台機的開(kāi)機時間比(bǐ)爲0.5:4:1:4.5,則㊙️其♈總(zǒng)綜合流量(liàng)示值誤差(cha)爲:17.5%一22.5%。
3.實際(jì)統計結果(guo)
　　根據有關(guān)統計結果(guǒ),現有計量(liàng)儀表系統(tǒng)的平均煤(méi)🚶‍♀️氣計量與(yǔ)壓縮機累(lei)積台時(壓(ya)縮機排氣(qì)量以90m3/min計算(suan))相比,分别(bie)相差🔞13.56%和13.2%一(yi)19.2%,換算到壓(yā)縮機排氣(qì)量(以87m3/min計算(suàn))時,則相🔴差(chà)比例如表(biǎo)4所示。

五、結(jié)論
　　通過對(duì)煤氣廠輸(shu)氣管線中(zhong)脈動流動(dòng)對孔闆流(liu)量計計量(liàng)影響的現(xian)場測試分(fen)析,可以得(de)到,現有的(de)流量計量(liang)誤差,主要(yao)是孔闆流(liú)量計工作(zuò)在脈動流(liú)狀态時,其(qí)本身的工(gong)作條件發(fa)生變化的(de)🐕結果。也就(jiù)是📧說,即使(shǐ)儀表本身(shen)工作完全(quan)正常,在脈(mò)動流狀态(tai)下🐪由儀表(biao)組成的測(cè)量系統同(tóng)樣會産生(sheng)明顯的流(liu)量示值誤(wù)差。
　　通過對(dui)多脈動源(yuán)、非周期、高(gao)幅值脈動(dong)流動狀态(tai)下孔闆流(liu)量計🌈示值(zhi)誤差估計(ji)的研究所(suo)提出的工(gong)程實用🔴方(fang)法,對煤🐪氣(qi)廠外輸煤(mei)氣管道中(zhong)煤氣流量(liàng)計量誤差(cha)的估計,具(jù)有一定的(de)幫⭐助作用(yong)。

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