如何提高蒸汽计量的准确度

如何提高蒸汽计量的准确度

郭家昆

    目前，蒸汽计量方式主要有节流装置和涡街流量计两种。这两种计量方式各有优缺点，节流装置的稳定性比较好，但准确度低，维护量大；涡街流量计的准确度较高，维护量小，但受介质状态、周围环境等影响较大。随着各单位对蒸汽计量的准确度要求越来越高，对蒸汽测量进行温压补偿就显得非常必要。饱和蒸汽采用压力补偿和温度补偿都是可行的,但过热蒸汽必须采用温压补偿。
   
一、压力补偿问题
    虽然涡街流量计或节流装置进行了压力补偿，但是在使用中也会出现压力补偿不当的问题，有时还会适得其反。在压力变送器安装现场，为了维修方便，压力变送器安装地点与取压点往往不在同一高度，这样，导压管中的冷凝液就会给压力测量带来影响。图1所示为四种常见的情况。
    在图1中，图(b)因变送器在取压点下方，引压管中充满冷凝液，则变送器示值偏高ρgH。当H=6m，g=9.8m/s2、ρ=1000kg/m3时，对变送器的影响量为58.8kPa，超过0.5kg的压力。图(c)因变送器在取压点上方，如果引压管充分排气，引压管中充满冷凝液，则对变送器的影响量为-ρgH，如引压管内存在一定气体，压力将无法确定。而图(d)因引压管中冷凝液高度难以确定，所以变送器输出低多少也就难以确定，无法确定迁移量，故不宜采用。此外，受现场条件的制约，须缩短变送器与管路的距离并在节门后加冷凝弯管,使其产生的误差最小至忽略不计。图(a)是我们通常采用的方式。
   

    图1  压力测量中的四种常见情况
    Ps为蒸汽管道压力；P为变送器压力输入口处实际压力；H为高度差，m；g为重力加速度，m/s2；ρ为冷凝液密度，kg/m3。

    前些年，我厂热电分厂蒸汽出口计量采用的是节流装置，管路较高(距地面8m左右)，导压管引到计量室，而取压点在计量室差压导管正压上，压力变送器将这段近1kg的静液位产生的压力作为管路压力传给积算仪(与图b相同)，造成计量数量偏大。正是由于采取此种取压方式，造成产供差较大。后经过对压力变送器的校验，将这段静压力80kPa通过零点迁移进行了补偿，解决了此问题，同时较大地降低了产供差。
    压力变送器引压管中冷凝液液柱高度对压力测量的影响通常可用两种方法校正，即在变送器中校正和在二次表中校正。
    (1)在压力变送器中校正
    这种校正方法的实质是对变送器的零点作迁移。在上面的例子中，如果变送器的测量范围为(0～1.6)MPa，零点作-80Pa迁移后其测量范围就变为(-80～1520)kPa。在现场操作中，使用手持终端将测量范围设置为(-80～1520)kPa即可。对于非智能型变送器，在压力变送器输入口通大气的条件下，将零点输出迁移到3.200mA。
    (2)在积算仪中校正
    对上面的情况作校正，就是将压力测量下限改为80kPa(或-0.08MPa)，而压力测量上限为1520kPa(或1.52MPa)即可，一些积算仪的压力下限只能从0开始,这时只能改压力变送器了。
   
二、温度补偿准确度的提高
    从节约投资和减少安装工作量的角度考虑，温度补偿更合算一些；从补偿准确度的角度考虑，主要取决于所选的压力变送器的准确度和热电阻的准确度及蒸汽性质。
    我厂曾使用过一些探头，这些涡街探头中已安装了铂电阻，开始效果很好，维护量也较低，但随着时间的推移，问题逐渐暴露出来。全厂的蒸汽供用差趋于0，用此表结算的各单位用汽量显著增加。经分析发现，蒸汽供出计量表是温压补偿，蒸汽温压变化能自动补偿，而各单位使用量由此种涡街流量计计量，只采用了温度补偿。由于我厂蒸汽是发电后的高压蒸汽，经减温减压变为低压微过热蒸汽送出，一般蒸汽到用户时基本变为饱和蒸汽。但是由于电厂控制问题，送出蒸汽温度偏高。由于使用温度补偿的积算仪将高温低压的微过热蒸汽当作此温度下饱和蒸汽进行积算，产生较大偏差。有时电厂供出的蒸汽为0.6MPa、170℃的微过热蒸汽，用户的积算仪按170℃饱和蒸汽密度4.08kg/m3进行计算，而实际使用的0.6MPa、170℃的微过热蒸汽密度为3.6kg/m3，密度差带来的误差近10%。由此可见，这种以温度方式补偿的计量系统就怕温度出现偏差，为此又增加了压力点，以提高计量准确度。
    在温度测量过程中应选用的是A级铂热电阻,比如压力为0.6MPa、饱和温度为164℃的蒸汽，如果不考虑安装带来的误差，此时测温最大误差为±0.5℃，密度可能产生的最大误差是±0.04kg/m3。由此可见，在饱和蒸汽计量中，只使用温度补偿是可行的，如果蒸汽的工况不稳最好用压力补偿。对于过热蒸汽，应同时采用温度和压力进行修正。
    在温度补偿系统中，热电阻的接线、安装也会影响计量的准确度，在新装和改造计量项目中应特别注意。
    从流量计使用现场的情况看，温度测量误差除了测温元件固有误差外，还与安装的不规范有关。安装在不合理的取温点，其误差就会比较大，图2为三种铂电阻的常见安装情况。
   

    图2  三种铂电阻常见安装情况

    第一种方式插入深度不够，第二种方式插入深度不够且暴露在环境温度的部分很长，第三种方式比较合理。实验证明，第一种测温方法比第二种测温方法高20℃左右，而第三种测温方法比第一种测温方法高10℃左右。因此在安装时，热电阻插入深度和管道外部分的长度要按热电阻安装说明进行，并要将露出管道外的部分保温。
    有时也存在由于热电阻三线制连接不规范等导致测温偏高的现象，如图3所示。
   

    图3  热电阻三线制连接不规范
    Rt——铂电阻；RL——线阻

    导线电阻作为热电阻信号传入积算仪，造成流量显示偏低。
    作者单位【天津化工厂】