如何提高蒸汽計量的準確度

如何提高蒸汽計量的準確度

郭家昆

    目前，蒸汽計量方式主要有節流裝置和渦街流量計兩種。這兩種計量方式各有優缺點，節流裝置的穩定性比較好，但準確度低，維護量大；渦街流量計的準確度較高，維護量小，但受介質狀態、周圍環境等影響較大。隨著各單位對蒸汽計量的準確度要求越來越高，對蒸汽測量進行溫壓補償就顯得非常必要。飽和蒸汽采用壓力補償和溫度補償都是可行的,但過熱蒸汽必須采用溫壓補償。
   
一、壓力補償問題
    雖然渦街流量計或節流裝置進行了壓力補償，但是在使用中也會出現壓力補償不當的問題，有時還會適得其反。在壓力變送器安裝現場，為了維修方便，壓力變送器安裝地點與取壓點往往不在同一高度，這樣，導壓管中的冷凝液就會給壓力測量帶來影響。圖1所示為四種常見的情況。
    在圖1中，圖(b)因變送器在取壓點下方，引壓管中充滿冷凝液，則變送器示值偏高ρgH。當H=6m，g=9.8m/s2、ρ=1000kg/m3時，對變送器的影響量為58.8kPa，超過0.5kg的壓力。圖(c)因變送器在取壓點上方，如果引壓管充分排氣，引壓管中充滿冷凝液，則對變送器的影響量為-ρgH，如引壓管內存在一定氣體，壓力將無法確定。而圖(d)因引壓管中冷凝液高度難以確定，所以變送器輸出低多少也就難以確定，無法確定遷移量，故不宜采用。此外，受現場條件的制約，須縮短變送器與管路的距離并在節門后加冷凝彎管,使其產生的誤差最小至忽略不計。圖(a)是我們通常采用的方式。
   

    圖1  壓力測量中的四種常見情況
    Ps為蒸汽管道壓力；P為變送器壓力輸入口處實際壓力；H為高度差，m；g為重力加速度，m/s2；ρ為冷凝液密度，kg/m3。

    前些年，我廠熱電分廠蒸汽出口計量采用的是節流裝置，管路較高(距地面8m左右)，導壓管引到計量室，而取壓點在計量室差壓導管正壓上，壓力變送器將這段近1kg的靜液位產生的壓力作為管路壓力傳給積算儀(與圖b相同)，造成計量數量偏大。正是由于采取此種取壓方式，造成產供差較大。后經過對壓力變送器的校驗，將這段靜壓力80kPa通過零點遷移進行了補償，解決了此問題，同時較大地降低了產供差。
    壓力變送器引壓管中冷凝液液柱高度對壓力測量的影響通常可用兩種方法校正，即在變送器中校正和在二次表中校正。
    (1)在壓力變送器中校正
    這種校正方法的實質是對變送器的零點作遷移。在上面的例子中，如果變送器的測量范圍為(0～1.6)MPa，零點作-80Pa遷移后其測量范圍就變為(-80～1520)kPa。在現場操作中，使用手持終端將測量范圍設置為(-80～1520)kPa即可。對于非智能型變送器，在壓力變送器輸入口通大氣的條件下，將零點輸出遷移到3.200mA。
    (2)在積算儀中校正
    對上面的情況作校正，就是將壓力測量下限改為80kPa(或-0.08MPa)，而壓力測量上限為1520kPa(或1.52MPa)即可，一些積算儀的壓力下限只能從0開始,這時只能改壓力變送器了。
   
二、溫度補償準確度的提高
    從節約投資和減少安裝工作量的角度考慮，溫度補償更合算一些；從補償準確度的角度考慮，主要取決于所選的壓力變送器的準確度和熱電阻的準確度及蒸汽性質。
    我廠曾使用過一些探頭，這些渦街探頭中已安裝了鉑電阻，開始效果很好，維護量也較低，但隨著時間的推移，問題逐漸暴露出來。全廠的蒸汽供用差趨于0，用此表結算的各單位用汽量顯著增加。經分析發現，蒸汽供出計量表是溫壓補償，蒸汽溫壓變化能自動補償，而各單位使用量由此種渦街流量計計量，只采用了溫度補償。由于我廠蒸汽是發電后的高壓蒸汽，經減溫減壓變為低壓微過熱蒸汽送出，一般蒸汽到用戶時基本變為飽和蒸汽。但是由于電廠控制問題，送出蒸汽溫度偏高。由于使用溫度補償的積算儀將高溫低壓的微過熱蒸汽當作此溫度下飽和蒸汽進行積算，產生較大偏差。有時電廠供出的蒸汽為0.6MPa、170℃的微過熱蒸汽，用戶的積算儀按170℃飽和蒸汽密度4.08kg/m3進行計算，而實際使用的0.6MPa、170℃的微過熱蒸汽密度為3.6kg/m3，密度差帶來的誤差近10%。由此可見，這種以溫度方式補償的計量系統就怕溫度出現偏差，為此又增加了壓力點，以提高計量準確度。
    在溫度測量過程中應選用的是A級鉑熱電阻,比如壓力為0.6MPa、飽和溫度為164℃的蒸汽，如果不考慮安裝帶來的誤差，此時測溫最大誤差為±0.5℃，密度可能產生的最大誤差是±0.04kg/m3。由此可見，在飽和蒸汽計量中，只使用溫度補償是可行的，如果蒸汽的工況不穩最好用壓力補償。對于過熱蒸汽，應同時采用溫度和壓力進行修正。
    在溫度補償系統中，熱電阻的接線、安裝也會影響計量的準確度，在新裝和改造計量項目中應特別注意。
    從流量計使用現場的情況看，溫度測量誤差除了測溫元件固有誤差外，還與安裝的不規范有關。安裝在不合理的取溫點，其誤差就會比較大，圖2為三種鉑電阻的常見安裝情況。
   

    圖2  三種鉑電阻常見安裝情況

    第一種方式插入深度不夠，第二種方式插入深度不夠且暴露在環境溫度的部分很長，第三種方式比較合理。實驗證明，第一種測溫方法比第二種測溫方法高20℃左右，而第三種測溫方法比第一種測溫方法高10℃左右。因此在安裝時，熱電阻插入深度和管道外部分的長度要按熱電阻安裝說明進行，并要將露出管道外的部分保溫。
    有時也存在由于熱電阻三線制連接不規范等導致測溫偏高的現象，如圖3所示。
   

    圖3  熱電阻三線制連接不規范
    Rt——鉑電阻；RL——線阻

    導線電阻作為熱電阻信號傳入積算儀，造成流量顯示偏低。
    作者單位【天津化工廠】