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對(duì)超聲流量計(jì)性能的工業(yè)研究評(píng)估
美國 Terrance A. Grimley, Edgar B. Bowles. Jr.
摘 要:在德克薩斯州圣安東尼奧氣體研究院的流量計(jì)研究裝置上對(duì)單聲道和多聲道超聲流量計(jì)進(jìn)行了試驗(yàn),建立基準(zhǔn)條件并且對(duì)在基準(zhǔn)安裝條件下和其它的管線安裝情況下的性能進(jìn)行評(píng)定。試驗(yàn)的目的是確定8in單聲道和多聲道流量計(jì)在不同的管線安裝條件下,以及與1臺(tái)流束整流器一起使用時(shí)它們的性能如何。將試驗(yàn)結(jié)果與基準(zhǔn)條件下的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較以做出深入的評(píng)估。8in的多聲道流量計(jì)的試驗(yàn)結(jié)果表明,整流器具有改進(jìn)其測量準(zhǔn)確度的功能,這取決于流量計(jì)的型式和相對(duì)于干擾源的位置。單聲道流量計(jì)的試驗(yàn)表明,在良好的流場條件下可以獲得優(yōu)于0.5%的準(zhǔn)確度。由安裝在上游的一個(gè)90o彎頭說明了流量計(jì)對(duì)簡單的擾流的敏感程度。在這些試驗(yàn)中相對(duì)于基準(zhǔn)試驗(yàn)安裝流量測量 誤差范圍在1%~4%。
一、前 言 xxxx超聲流量計(jì)是通過測量超聲波脈沖在流體中的傳播時(shí)間導(dǎo)出氣體體積流量的。對(duì)于1臺(tái)超聲流量計(jì),由于確定流量準(zhǔn)確度是流量計(jì)設(shè)計(jì)和計(jì)算方法、上游管道要求的函數(shù),這不同于許多傳統(tǒng)的測量方法。
xxxx舉例,孔板流量計(jì)測量流量,對(duì)已確定的流出系數(shù)的準(zhǔn)確度之內(nèi),要求對(duì)稱,無旋渦流。為了得到已公布的流量測量的性能,AGA 3號(hào)報(bào)告建議了最小的直管段長度、管徑的變化、孔板流量計(jì)上游的安裝要求。當(dāng)孔板流量計(jì)規(guī)格(β比)增加,由于減少了流量堵塞,使孔板對(duì)速度剖面的整型作用也減小了,其對(duì)流體干擾的敏感度也增加了。
xxxx 渦輪流量計(jì)因流體對(duì)轉(zhuǎn)子的作用也改進(jìn)了流動(dòng)剖面。由于進(jìn)口流動(dòng)剖面的改進(jìn),使渦輪流量計(jì)的性能也得到了改進(jìn)。由于渦輪流量計(jì)對(duì)速度剖面的非對(duì)稱性敏感,為此,AGA7號(hào)報(bào)告要求渦輪流量計(jì)使用整流器以消除進(jìn)口的流動(dòng)旋渦。
xxxx 由于超聲波流量計(jì)基本上沒有影響人口流動(dòng)的障礙物,流量計(jì)不會(huì)改變流動(dòng)剖面,這種流量計(jì)根據(jù)流量計(jì)取得的流動(dòng)樣,依據(jù)可靠的計(jì)算方法準(zhǔn)確地確定流量。
在多聲道超聲流量計(jì)的設(shè)計(jì)中,制造者嘗試對(duì)流量計(jì)進(jìn)行優(yōu)化以降低它們對(duì)流動(dòng)干擾的敏感。如果流量計(jì)可以對(duì)所有的流動(dòng)干擾做修正補(bǔ)償,那么,就可以不用整流器了。然而,由于有少量已發(fā)表的有關(guān)整流器如何影響多聲道超聲流量計(jì)性能的資料,對(duì)整流器與超聲流量計(jì)聯(lián)合應(yīng)用仍有興趣。根據(jù)其它型式的流量計(jì)的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn),整流器意味著潛在的效益。
xxxx 作為一個(gè)替代多聲道流量計(jì)的有效益的方案,與價(jià)格便宜的單聲道超聲波流量計(jì)一起使用整流器也是有意義的。另外,有少量可靠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)證實(shí)了使用整流器的單聲道流量計(jì)的性能。
xxxx 這些結(jié)果得自第一部分試驗(yàn),這些試驗(yàn)試圖確定8in單聲道和多聲道超聲流量計(jì)以不同配管安裝和當(dāng)與1臺(tái)整流器聯(lián)合使用的實(shí)用經(jīng)驗(yàn)。這個(gè)試驗(yàn)是在試驗(yàn)流量計(jì)上游設(shè)置一個(gè)彎管或兩個(gè)彎管,并且在流量計(jì)加裝或不裝整流器的情況下運(yùn)行的。
xxxx 進(jìn)一步的試驗(yàn)是打算評(píng)估雙向流量計(jì)測量性能和流量低于流量計(jì)能力1%時(shí)的流量測量準(zhǔn)確度。在流體可以是雙向流動(dòng)的地方,如地下儲(chǔ)氣設(shè)施,計(jì)劃安裝超聲流量計(jì)的人們對(duì)雙向測量性能是關(guān)注的。
對(duì)于一個(gè)計(jì)量站的安裝,需要確定流量計(jì)的數(shù)量和口徑,因?yàn)榱砍瘫鹊脑颍土髁康臏y量性能也應(yīng)關(guān)注。 二、試驗(yàn)方法
xxxx流量計(jì)安裝在高壓環(huán)路(HPL)的測試管段上,試驗(yàn)介質(zhì)為輸送級(jí)的天然氣。同時(shí)收集超聲流量計(jì)和HPL上的臨界流噴嘴組上的數(shù)據(jù),它們作為流量標(biāo)準(zhǔn)。
xxxx 在不同的 壓力下,5個(gè)雙加權(quán)的音速噴嘴相對(duì)于HPL稱重罐系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場校準(zhǔn)。所有的校準(zhǔn),由1臺(tái)在線氣相色譜儀和 AGA 8號(hào)報(bào)告狀態(tài)方程確定氣體性質(zhì)。
xxxx 與HPL的參比壓力相關(guān)的靜壓,在1臺(tái)流量計(jì)下游兩倍管徑處測量。氣體溫度在每臺(tái)流量計(jì)下游三倍管徑處測量。測量的溫度和壓力與測得的氣體組分和超聲流量計(jì)測出的氣體體積一起被用于計(jì)算超聲流量計(jì)的質(zhì)量流量,這個(gè)質(zhì)量流量再用來與臨界流噴嘴確定的流量進(jìn)行比較。
xxxx 根據(jù)制造廠選用的方案,超聲流量計(jì)可以用不同的方法得到體積流量。流量計(jì)M3和M4內(nèi)部的校準(zhǔn)方法用來計(jì)算總的氣體體積和運(yùn)行期間的時(shí)間。然后根據(jù)總的量計(jì)算平均流量。
xxxx 流量計(jì)M1和M2報(bào)告(測量)實(shí)際流量,每秒提供一次流量值,確定平均體積流量。單個(gè)通道的狀態(tài)、速度和聲速數(shù)據(jù)也被記錄。
xxxx 典型的測試系統(tǒng)由通過流動(dòng)環(huán)道的可循環(huán)氣體構(gòu)成,并達(dá)到氣體溫度和壓力穩(wěn)定,選擇和切換不同的音速噴嘴組合確定穩(wěn)定的流量。一個(gè)測試點(diǎn)由流量和其它度量90s周期內(nèi)計(jì)算的平均值組成。一個(gè)測試點(diǎn)要重復(fù)6次以計(jì)算平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差。測量數(shù)據(jù)同時(shí)也由2臺(tái)渦輪流量計(jì)采集。渦輪流量計(jì)的數(shù)據(jù)確認(rèn)實(shí)驗(yàn)的一致性。
xxxx 用于本次試驗(yàn)的4臺(tái)流量計(jì)由制造廠提供,它們都是可商業(yè)化的。在本項(xiàng)目試驗(yàn)前沒有做過流量校準(zhǔn)。4臺(tái)流量計(jì)有2臺(tái)多聲道的,有2臺(tái)單聲道的。表1給出了流量計(jì)聲道布置情況。 表1 測試流詛計(jì)幾何參數(shù)
流量計(jì)號(hào) | 聲道數(shù) | 聲 道 布 置 | M1 | 3 | 兩個(gè)中徑雙反射,一個(gè)中心線單反射 | M2 | 1 | 中心線單反射,60度傾斜角,與垂直方向成30度角 | M3 | 4 | 平行,無反射,水平 | M4 | 1 | 中心線單反射,60度傾斜角,與垂直方向成45度角 |
xxxx 所有流量計(jì)制造成統(tǒng)一的法蘭至法蘭尺寸(31.5in長度)和內(nèi)徑(在0.005in之內(nèi))以方便不同安裝位置的流量計(jì)交換。制造廠家提供了根據(jù)專用程序?qū)C(jī)械、電子和其它測量的流量計(jì)設(shè)定參數(shù)。在測試的時(shí)候,用與流量計(jì)的剖面修正參數(shù)由制造廠家檢查。有關(guān)測試條件的特殊參數(shù)(用于流量計(jì)內(nèi)部的電子學(xué)的流體性質(zhì))根據(jù)需要每次進(jìn)行調(diào)整。 三、基本測試安裝 xxxx 基本測試的管線安裝示于圖1。所有的配管由8in內(nèi)徑的40號(hào)碳鋼管(7.981in內(nèi)徑)制成,內(nèi)部焊縫磨光。測試的流量計(jì)安裝在90o長徑彎頭下游40D(D=8in)、59D、97D處。彎頭的上游安裝一個(gè) 12in×16in×10in的Sprenkle流束整流器,整流器之后是一個(gè) 10in×8in的同心大小頭和43D 8in直管段直到彎頭。每臺(tái)流量計(jì)可在四個(gè)軸向位置中的兩個(gè)進(jìn)行測試(見表2)。
表2 流量計(jì)在基準(zhǔn)條件下的測試位置
流量計(jì) | 40D | 59D | 78D | 97D | M1 | - | × | - | × | M2 | × | - | × | - | M3 | - | × | - | × | M4 | × |
| × | - |
圖1 基本流量測試的管線安裝 xxxx 對(duì)每一臺(tái)流量計(jì)的完整的測試計(jì)劃,要求在4個(gè)位置上都要進(jìn)行測試。當(dāng)流量計(jì)以一個(gè)軸向安裝位置移到另一個(gè)位置時(shí),上游和下游的直管段(分別是10D和5D)應(yīng)與流量計(jì)一起整體拆卸,以使連接流量計(jì)上游和下游的法蘭對(duì)中。與每一臺(tái)流量計(jì)有關(guān)的壓力和溫度變送器,在流量計(jì)位置變換時(shí)也應(yīng)保留在原直管段上以便減少附加誤差。
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