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        論差壓式流量計(jì)示值修正公式立論基礎(chǔ)

        2013-12-10 11:20:20權(quán)正銳
        山西電力 2013年1期
        關(guān)鍵詞:立論差壓示值

        權(quán)正銳

        (太原鋼鐵(集團(tuán))有限公司自動(dòng)化公司,山西 太原 030003)

        0 引言

        我國教學(xué)用書、工程技術(shù)手冊和國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的“差壓式流量計(jì)示值修正公式”是引自前蘇聯(lián)1958年編寫的“27—54規(guī)程”,其立論基礎(chǔ)為:“為了求得示值修正公式只需在流量基本方程中設(shè)定某差壓值,使密度、壓力、溫度等改變即可求得表列的所有公式(以下簡稱國標(biāo)立論基礎(chǔ))”[1]。

        該文[1]所述的國標(biāo)立論基礎(chǔ),在實(shí)驗(yàn)室離線條件下是成立的,但是用來推導(dǎo)在線的實(shí)際流量檢測示值修正公式,則是個(gè)大誤會(huì)。本文重點(diǎn)說明:只要把立論基礎(chǔ)由離線改為在線,摘要中所述國標(biāo)修正公式中所有問題就都迎刃而解了。

        1 離線流量基本方程與在線流量基本方程

        圖1所示為流量檢測示值未修正框圖。

        如圖1所示,qvw與qmw是檢測出未經(jīng)修正的工作狀態(tài)體積流量與質(zhì)量流量。這兩個(gè)流量怎么表達(dá)是問題的關(guān)鍵。為了簡便,以下公式中省略了

        圖1 流量檢測示值未修正框圖

        1.1 離線流量基本方程

        脫離實(shí)際流量檢測系統(tǒng),在實(shí)驗(yàn)室離線條件下,可以按照國標(biāo)立論基礎(chǔ),在流量基本方程式中設(shè)定某差壓值,然后使密度、壓力、溫度等參數(shù)改變。離線流量最基礎(chǔ)的表達(dá)式為

        式中:Cw——工作狀態(tài)流出系數(shù);

        εw——工作狀態(tài)氣體可膨脹性系數(shù);

        ΔPd——設(shè)計(jì)狀態(tài)差壓,Pa。式(1)、式(2) 是推導(dǎo)修正公式產(chǎn)生問題的最為關(guān)鍵之處[2]。

        1.2 在線流量基本方程

        在線實(shí)際流量檢測系統(tǒng),節(jié)流裝置工作狀態(tài)差壓是隨著各工藝參數(shù)的變化而自動(dòng)生成的,是不可設(shè)定的。所以,在線流量最基礎(chǔ)的表達(dá)式為

        式中:Cd——設(shè)計(jì)狀態(tài)流出系數(shù);

        εd——設(shè)計(jì)狀態(tài)氣體可膨脹性系數(shù)。

        兩式聯(lián)立可得

        式(4)、式(5) 中的ΔPw是在線節(jié)流裝置自動(dòng)生成的工作狀態(tài)差壓,是不可設(shè)定的。Cd、εd、ρd是在設(shè)計(jì)節(jié)流裝置時(shí)計(jì)算出來的。

        比如:用U形管也可以檢測出qvw與qmw。U形管只接受工作狀態(tài)差壓ΔPw,U形管是不知道Cw、εw、ρw隨機(jī)變化的。

        2 國標(biāo)修正公式推導(dǎo)立論基礎(chǔ)就不能成立

        立論基礎(chǔ)是指導(dǎo)原則,而國標(biāo)示值修正公式問題是從哪里開始產(chǎn)生出來的呢?分析如下。

        國標(biāo)示值修正公式推導(dǎo)是建立在離線表達(dá)式,式(1)、式(2) 基礎(chǔ)上的,因而導(dǎo)出的氣體體積流量與質(zhì)量流量示值修正公式互為倒數(shù)關(guān)系。

        正確的示值修正公式推導(dǎo)應(yīng)建立在在線表達(dá)式,式(4)、式(5)的基礎(chǔ)上,因而導(dǎo)出結(jié)果不存在上述互為倒數(shù)關(guān)系。具體推導(dǎo)請參見參考文獻(xiàn)[3]。

        因?yàn)槭剑?)、式(2) 是離線流量基礎(chǔ)表達(dá)式,在線實(shí)際流量檢測系統(tǒng)中根本就不存在,所以說國標(biāo)示值修正公式推導(dǎo)立論基礎(chǔ)就不能成立。

        3 舉例說明國標(biāo)立論基礎(chǔ)不符合質(zhì)量守恒

        圖2所示為雙孔板流量檢測對(duì)比框圖。

        如圖2所示,把兩個(gè)加工尺寸完全相同的孔板串聯(lián)安裝在系統(tǒng)阻力前后,設(shè)孔板1處于設(shè)計(jì)狀態(tài);由于系統(tǒng)阻力造成壓力損失,所以孔板2處于工作狀態(tài)。

        若兩孔板設(shè)計(jì)參數(shù)同為800 Nm3/h,對(duì)應(yīng)的差壓同為1 000 Pa。由于PwΔPd,即孔板2差壓偏高。假若管道中流量為600 Nm3/h時(shí),孔板2生成的工作狀態(tài)差壓也等于1 000 Pa。

        圖2 雙孔板流量檢測對(duì)比框圖

        如果按國標(biāo)立論基礎(chǔ)兩孔板差壓同設(shè)定為1 000 Pa,孔板1流量為800 Nm3/h,而孔板2流量為600 Nm3/h,那么還有200 Nm3/h的流量哪里去了?兩孔板串聯(lián)并沒有分流,所以說國標(biāo)立論基礎(chǔ)不符合質(zhì)量守恒定理。

        由上述分析可知:修正公式的立論基礎(chǔ)應(yīng)該建立在同一質(zhì)量流量(或Nm3/h),在節(jié)流裝置前后生成的工作狀態(tài)與設(shè)計(jì)狀態(tài)差壓不同的基礎(chǔ)上[2]。所謂的示值修正,其實(shí)就是把檢測出的工作狀態(tài)差壓換算到相當(dāng)于工作在設(shè)計(jì)條件下[3]。因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)條件下所有的流量示值都是準(zhǔn)確的,所以表1中修正1—3三條修正公式可以合并為一條[2]。

        式中:qvmd為設(shè)計(jì)狀態(tài)體積流量與質(zhì)量流量,m3/s與kg/s;qvmw為檢測出未經(jīng)修正的工作狀態(tài)體積流量與質(zhì)量流量,m3/s與kg/s。

        因?yàn)槭局敌拚禂?shù)就是式(7) 中差壓比的開方,所以式 (7) 可以寫為式 (8)[3]。

        式中:Td——設(shè)計(jì)狀態(tài)絕對(duì)溫度,K;

        Tw——工作狀態(tài)絕對(duì)溫度,K;

        Zd——設(shè)計(jì)狀態(tài)氣體壓縮系數(shù);

        Zw——工作狀態(tài)氣體壓縮系數(shù)。

        4 國標(biāo)修正公式中僅有一條還算可用

        在表1國標(biāo)GB/T18215.1—2000附錄B差壓式流量計(jì)示值修正公式中,僅最常用的修正1一條公式還算可用。

        這條公式根號(hào)內(nèi)的修正方向是正確的,根號(hào)外的ε分子與分母顛倒了[3]。由于在工作條件下ε變化很小,一般不修正,所以這條公式還算可用。除此之外,國標(biāo)其他修正公式的修正方向都是相反的,越修正示值誤差越大。

        表1 GB/T18215.1-2000附錄B差壓式流量計(jì)式值修正公式

        應(yīng)當(dāng)說明:在示值修正公式表1下面的注2中,規(guī)范的流出系數(shù)C分子分母也顛倒了[3]。也由于在工作中C變化很小,一般不修正,所以沒有引起關(guān)注。

        只要把示值修正公式立論基礎(chǔ)由離線改為在線,國標(biāo)修正公式中的所有問題就都不存在了。

        請參見參考文獻(xiàn)[4]中的3個(gè)經(jīng)典例證。ZL 03 2 18240.6,證書號(hào)為第654876號(hào)。

        煤氣流量檢測受濕度變化影響產(chǎn)生的示值誤差,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于壓力、溫度變化產(chǎn)生的示值誤差。用參考文獻(xiàn)[5]中的公式分析太鋼煤氣管網(wǎng)平衡與現(xiàn)場基本吻合,對(duì)指導(dǎo)生產(chǎn)是非常有益的。

        流量檢測與控制廣泛應(yīng)用于石油、化工、電力、冶金等各工業(yè)領(lǐng)域中。準(zhǔn)確地進(jìn)行流量檢測與控制對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)約能源、減少環(huán)境污染有著重要意義。為此,期望流量學(xué)術(shù)界,特別是國際編寫單位能夠給予重視并組織討論,以求得共識(shí)。

        5 結(jié)束語

        由于國標(biāo)在推導(dǎo)修正公式時(shí),誤把在線的流量檢測建立在離線的基礎(chǔ)之上,基礎(chǔ)概念的一念之差導(dǎo)致了所有修正公式都存在問題。

        示值修正公式從前蘇聯(lián)引入我國已近50年了。不論是教學(xué)用書、工程技術(shù)手冊、還是國家標(biāo)準(zhǔn)都不應(yīng)該再繼續(xù)延誤下去了。

        根據(jù)參考文獻(xiàn)[5]文中的公式建立的數(shù)學(xué)模型,太原鋼鐵(集團(tuán))有限公司研發(fā)了“氣體濕度補(bǔ)正流量儀”,于2003年6月13日申請了國家專利,2004年11月10日得到國家專利局授權(quán)批準(zhǔn),專利號(hào)為

        [1] 孫淮清.淺議差壓式流量計(jì)示值修正公式問題的應(yīng)用[N/OL].[中國流量網(wǎng):學(xué)術(shù)討論].[2012-04-13].http://www.chinaflow.com.cn.

        [2] 權(quán)正銳.差壓式流量計(jì)示值修正公式問題出在哪里[J].力學(xué)與實(shí)踐,2011,33(2):96-99.

        [3] 權(quán)正銳.差壓式流量計(jì)干氣體流量檢測示值修正關(guān)系圖[J].自動(dòng)化儀表,2007,28(4):19-21.

        [4] 權(quán)正銳.差壓式流量計(jì)示值修正公式討論[J].力學(xué)與實(shí)踐,2009,31(5):81-84.

        [5] 權(quán)正銳.差壓式流量計(jì)濕氣體干部分示值修正公式的推導(dǎo)與應(yīng)用[J].流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)與測量,2002,21(4):87-91.

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