例2 流體溫度變化引起流量測(cè)量誤差
青島某廠的一臺(tái)220t/h鍋爐，發(fā)汽流量和進(jìn)水流量均用孔板流量計(jì)測(cè)量，鍋爐長(zhǎng)期以來一直滿負(fù)荷運(yùn)行，但有一個(gè)不解之謎，即發(fā)汽流量總是比鍋爐進(jìn)水流量與減溫水流量之和高2%左右。照理說根據(jù)差壓式流量計(jì)測(cè)量結(jié)果計(jì)算出來的平衡差能達(dá)到≤2%已屬不易，但運(yùn)行人員仍不滿意。于是儀表人員對(duì)孔板計(jì)算書進(jìn)行復(fù)算，對(duì)各臺(tái)儀表進(jìn)行復(fù)驗(yàn)，對(duì)儀表安裝進(jìn)行檢查均未發(fā)現(xiàn)問題。最后要求儀表制造廠作解釋。于是有關(guān)人員對(duì)這兩個(gè)測(cè)量系統(tǒng)方方面面的情況作了較全面的調(diào)查。最后，當(dāng)問及流體實(shí)際運(yùn)行工況同孔板計(jì)算書中的設(shè)計(jì)工況是否偏離時(shí)，運(yùn)行人員解釋除氧水溫度因故比設(shè)計(jì)條件低50℃，而這一偏離在進(jìn)水流量表中既未作相應(yīng)的修正，也未引入溫度補(bǔ)償。由于溫度的這一偏離，使流體實(shí)際密度增大4%，進(jìn)水流量計(jì)偏低2%是理所當(dāng)然的事。
例3 液體溫度升高，體積膨脹，體積流量相應(yīng)增大
江蘇某化工廠兩臺(tái)DN100電磁流量計(jì)分別測(cè)量?jī)筛艿赖膬煞N稀酸，匯合后進(jìn)入總管，并由DN200mm電磁流量計(jì)計(jì)量總流量。使用單位向儀表制造廠反映總表流量為分表流量之和的120%~130%，認(rèn)為3臺(tái)儀表均不準(zhǔn)確。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)了解，管道壓力為0.6MPa絕對(duì)壓力，兩分管液體溫度為30℃，混合液體進(jìn)入總表前經(jīng)反應(yīng)器熱交換，溫度升高到180℃。假定稀酸的溫度體積膨脹系數(shù)與水相近，從30℃升高到180℃體積增加約12%，可判定總表和分表總和之間讀數(shù)差主要是液體溫度變化所致。此外，0.6MPa絕對(duì)壓力158.5℃水已開始沸騰，流過總表的流體，在液體中夾有部分蒸汽，亦會(huì)增加總表體積流量的讀數(shù)，可認(rèn)為找到了總表讀數(shù)多20%~30%的原因。
④用冷凝水量驗(yàn)證蒸汽流量計(jì)的準(zhǔn)確性。有許多蒸汽用戶是取用蒸汽中的熱量，此蒸汽經(jīng)過流量表計(jì)量后送用熱設(shè)備，蒸汽放出熱量后變成質(zhì)量相等的冷凝水，然后從疏水器排出。將一段時(shí)間內(nèi)的冷凝水收集起來，測(cè)量其質(zhì)量，然后與同一段時(shí)間內(nèi)蒸汽表所計(jì)的總量比較，驗(yàn)證蒸汽表的準(zhǔn)確性。這種方法是在流量計(jì)安裝使用現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)常使用的簡(jiǎn)單而易行的方法，但應(yīng)注意下面兩點(diǎn)。
a.冷凝水在排出疏水器時(shí)總要夾帶少量的蒸汽，進(jìn)行總量比較時(shí)應(yīng)予考慮，最好是將疏水器排入裝有適量冷水的容器底部，從而使殘余的蒸汽全部變成冷凝液后再測(cè)量。
b.如果流經(jīng)流量表的是飽和蒸汽，必須考慮其中夾帶的水滴對(duì)平衡計(jì)算的影響?，F(xiàn)在使用渦街流量計(jì)測(cè)量蒸汽流量的方法應(yīng)用十分普遍，而渦街流量計(jì)對(duì)蒸汽中的水滴基本不響應(yīng)，而在疏水器的排出液中卻包含了這些水滴，因此，如果蒸汽的濕度為5%，那么冷凝水總量比蒸汽流量表所計(jì)的總量高5%則屬正常。困難的是蒸汽的濕度究竟是多少難以測(cè)量。只知道在進(jìn)流量計(jì)之前，如果管道上裝有疏水器，則可將分層流動(dòng)的水排放掉，這時(shí)蒸汽中的水滴含量約為0~5%(質(zhì)量比)。
⑤運(yùn)用物料平衡法時(shí)應(yīng)注意的問題
a.儀表的安裝應(yīng)符合規(guī)程要求，如果因現(xiàn)場(chǎng)條件限制無法完全滿足，則在核算時(shí)應(yīng)對(duì)由此引起的誤差作出評(píng)估。
例4 一幢大樓的低區(qū)冷凍水系統(tǒng)(見圖6.25)流量測(cè)量總表與各分表示值之和差5%
該系統(tǒng)共有12臺(tái)分表，管徑從DN80~DN200，均用WSF型電磁流量計(jì)測(cè)量流量，而總管為DN600，采用WSTDS型夾裝式超聲流量計(jì)測(cè)量流量。供水溫度和回水溫度也接入二次表，以實(shí)現(xiàn)對(duì)冷量的計(jì)量?？偣芰髁坑?jì)HIQ01由于管徑大，對(duì)直管段要求高，現(xiàn)場(chǎng)無法滿足要求，前直管段只能勉強(qiáng)達(dá)到5D，儀表投運(yùn)后發(fā)現(xiàn)總管流量示值比各分管流量示值低5%。
在作系統(tǒng)誤差分析中，工作人員核對(duì)了各分表的數(shù)據(jù)設(shè)置和各臺(tái)表所對(duì)應(yīng)的用戶的設(shè)備能力，確認(rèn)流量示值可信。尤其是該型號(hào)電磁流量計(jì)精確度較高，其基本誤差限為±0.3%R，因此初步判定5%的量差主要是由于總管流量計(jì)誤差大引起的。
在分析直管段長(zhǎng)度不夠?qū)Τ暳髁坑?jì)示值影響的過程中，三條曲線(見圖6.21)都表明夾裝式單聲道超聲流量計(jì)在直管段不夠長(zhǎng)時(shí)示值偏低，在前直管段長(zhǎng)度為5D時(shí)，示值約偏低5%。從而使總表與分表計(jì)量差的矛盾找到了答案。
b.防止流體倒流導(dǎo)致重復(fù)計(jì)量而引入誤差。
例5 間歇發(fā)料系統(tǒng)(見圖6.26)停泵期間泵出口外管內(nèi)存料返回到泵的進(jìn)口
上海某氯堿廠用泵將料液從一個(gè)部門打到另一個(gè)部門，輸送量由一臺(tái)智能電磁流量計(jì)測(cè)量。當(dāng)一批料輸送完畢泵即停止運(yùn)轉(zhuǎn)，于是泵出口外管內(nèi)的料液返回泵的進(jìn)口。由于外管直徑大，線路長(zhǎng)，所以每次返回量較大。一段時(shí)間只發(fā)現(xiàn)流量計(jì)所計(jì)總量比儲(chǔ)槽中用容積法所計(jì)總量大，但原因不明。后來檢查中調(diào)閱智能流量計(jì)所保存的總量值，才明白問題所在，該儀表中保存的總量值有三個(gè)，即正向總量QD、反向總量QR以及正反總量之差Q=QD-QR結(jié)果儲(chǔ)槽中用容積法所計(jì)總量值與Q基本相等，于是電磁流量計(jì)面板顯示總量指定為Q,問題得到解決。
例6 并聯(lián)運(yùn)行的兩臺(tái)鍋爐產(chǎn)汽流量重復(fù)計(jì)量(見圖6.27)
某公司有兩臺(tái)并聯(lián)運(yùn)行的全自動(dòng)燃油鍋爐，其中一臺(tái)A正常發(fā)汽，另一臺(tái)B作熱備，兩臺(tái)鍋爐的汽包出口管上均裝有渦街流量計(jì)，經(jīng)計(jì)量的蒸汽送分配器。發(fā)汽總量和耗汽總量統(tǒng)計(jì)中發(fā)現(xiàn)發(fā)的量多耗的量少。經(jīng)仔細(xì)觀察發(fā)現(xiàn)處于熱備狀態(tài)的鍋爐，其汽包所耗散的熱量取自正常發(fā)汽的鍋爐，不僅如此，由于分配器壓力總是有些波動(dòng)，在分配器壓力降低時(shí)，鍋爐B汽包對(duì)分配器供汽，流量計(jì)計(jì)出供汽量。在分配器壓力升高時(shí)，分配器對(duì)鍋爐B汽包充汽，這部分汽也是經(jīng)常有變化，重復(fù)計(jì)量也經(jīng)常發(fā)生，最后導(dǎo)致總表所計(jì)總量(FIQ01和 FIQ02 所計(jì)總量之和)明顯高于耗汽總量。而且壓力波動(dòng)幅值越大，越頻繁，總表所計(jì)總量偏高越多。
在工廠煤氣發(fā)生站也有類似的情況，煤氣連通管壓力升高時(shí)，系統(tǒng)對(duì)停用發(fā)生爐的氣容充氣，煤氣連通管壓力降低時(shí)，停用發(fā)生爐的氣容對(duì)系統(tǒng)“供氣”，儀表計(jì)出“供氣”量。
(2)熱量平衡法 將與被測(cè)流量相關(guān)聯(lián)的有關(guān)數(shù)據(jù)代入熱量平均方程式，計(jì)算出流量理論值，用以驗(yàn)證流量計(jì)示值，這是儀表工程師們常用而有效的驗(yàn)證方法。
除氧器頂部排放氧氣的時(shí)候還要帶走少量蒸汽，排放量以加熱耗汽量的3%計(jì)，則除氧器總汽量應(yīng)為1404kg/h。
本例計(jì)算是建立在除氧器送出的除氧水全部進(jìn)入鍋爐并全部變成蒸汽這一基礎(chǔ)上，因此汽水系統(tǒng)不能有泄漏，測(cè)試期間不能排污，而且汽水采樣損失的水量作忽略不計(jì)考慮。如果采樣量較大而不容忽略，則應(yīng)對(duì)損耗量作一測(cè)試或估算。
(3)設(shè)備能力估算法
根據(jù)設(shè)備能力來估算流量是個(gè)“古老”的方法，早在幾十年前，煤氣公司就用煤氣壓縮機(jī)開機(jī)臺(tái)時(shí)作為輸送煤氣的計(jì)量手段，直到有了較先進(jìn)的煤氣流量計(jì)的現(xiàn)在，這一方法仍作為監(jiān)視、核對(duì)流量計(jì)示值的手段。
運(yùn)用該方法時(shí)，應(yīng)注意下面各點(diǎn)。
a.壓縮機(jī)出口壓力應(yīng)為規(guī)定值，因?yàn)槌隹趬毫Σ煌?，壓縮機(jī)的內(nèi)泄量也相應(yīng)變化。如果達(dá)不到規(guī)定值，應(yīng)計(jì)入此因素對(duì)排氣量的影響。
b.設(shè)備的效率同其完好狀況密切相關(guān)，在其完好狀況不佳時(shí)，輸出流量相應(yīng)減小。
c.壓縮機(jī)畢竟不是計(jì)量器具，它沒有計(jì)量準(zhǔn)確度的概念，同一種型號(hào)同一個(gè)規(guī)格的壓縮機(jī)，在規(guī)定的條件下考核，排氣量也允許有-5%~+10%的差異。多年來人們沿用這一方法，一是煤氣壓縮機(jī)出現(xiàn)得早，在其投入工業(yè)應(yīng)用時(shí)還沒有合適的流量計(jì)可選用；二是有“定排量”的概念，即壓縮機(jī)每旋轉(zhuǎn)一周或每往復(fù)一次，就有固定量的氣體被吸入和排出；三是因?yàn)槌隹趬毫艿?，機(jī)內(nèi)泄漏可以忽略，在其他類型的壓縮機(jī)上,因?yàn)槌隹趬毫^高，機(jī)內(nèi)泄漏受多種因素影響，仍使用這個(gè)方法不夠可靠。
將這一方法引申到泵上，也應(yīng)區(qū)別對(duì)待，因?yàn)楸玫姆N類很多。對(duì)于齒輪泵，屬正排量類型，用其銘牌上所標(biāo)的輸送流量數(shù)據(jù)作參照，意義較大，但應(yīng)考慮出口壓力、流體黏度和齒輪新舊程度對(duì)機(jī)內(nèi)泄漏的影響。出口壓力越高、流體黏度越小、齒輪磨損越嚴(yán)重，機(jī)內(nèi)泄漏越大。對(duì)于離心泵，其銘牌上所標(biāo)的輸送流量數(shù)據(jù)基本上不能用作驗(yàn)證流量計(jì)示值的依據(jù)。下面的三個(gè)例子都是由使用單位用離心式水泵銘牌數(shù)據(jù)驗(yàn)證流量計(jì)示值和由于對(duì)水泵的特性認(rèn)識(shí)不深而引發(fā)的誤解。
例8 兩臺(tái)同規(guī)格水泵由于實(shí)際性能差異引發(fā)的誤解
某水廠兩臺(tái)同規(guī)格水泵輸給兩條管線，分別裝有DN600mm電磁流量計(jì)，布置如圖6.28 所示。該水廠運(yùn)行人員從泵銘牌上的額定流量來核對(duì)儀表讀數(shù)，稱泵A通A表(即關(guān)閉閥C)儀表誤差為+(10~15)%，泵B通B表誤差為-5%，認(rèn)為兩臺(tái)儀表均不準(zhǔn)確。技術(shù)當(dāng)即利用裝有閥C的有利條件，試測(cè)泵A通B表和泵B通A表的流量，得出與上述相近的數(shù)據(jù)。兩臺(tái)流量計(jì)測(cè)出同一臺(tái)泵的輸水量相近，證明除管網(wǎng)負(fù)載有些差別外，主要是兩臺(tái)水泵性能上的差異。
例9 揚(yáng)程差別大的泵并聯(lián)運(yùn)行誤認(rèn)為流量?jī)x表間相互干擾
吉林某廠用幾臺(tái)泵并聯(lián)輸送液體，每臺(tái)泵的下游各裝有電磁流量計(jì)，然后匯集總管輸出。各泵單臺(tái)運(yùn)行(或其中幾臺(tái)并聯(lián))都很正常，但增開某一臺(tái)泵并入管系，原來運(yùn)行各泵的儀表指示流量明顯減少，甚至出現(xiàn)指示反向流現(xiàn)象。運(yùn)行人員認(rèn)為該特定泵所裝電磁流量計(jì)干擾了其他運(yùn)行中的儀表。經(jīng)檢查確認(rèn)為儀表正常，找出產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因是所增開泵的揚(yáng)程比其他高得多，致使壓抑低揚(yáng)程泵的輸出，使之減少，甚至倒流。
例10 多臺(tái)同規(guī)格泵并聯(lián)運(yùn)行輸出量變化的誤解
河南洛陽某水廠A、B兩泵房如圖6.29所示，各裝有同規(guī)格水泵7臺(tái)，各自匯集到 DN700mm總管輸出?？偣苌细餮b有一臺(tái)電磁流量計(jì)，在流量計(jì)下游兩總管接有連通管和閘閥，平時(shí)此閘閥全開。試開動(dòng)兩泵房不同臺(tái)數(shù)的泵，得出如表6.3所示流量計(jì)上讀數(shù)。將A、B兩泵房開泵臺(tái)數(shù)對(duì)調(diào)，所得讀數(shù)亦相接近。水廠運(yùn)行人員認(rèn)為流量?jī)x表線性不好，低流量時(shí)指示偏低，似乎開泵臺(tái)數(shù)增加，出水量應(yīng)按比例地增加。實(shí)際不然，這是一種誤解，在表6.3所列的數(shù)據(jù)中，除了試驗(yàn)序號(hào)4中B泵房開了一臺(tái)泵，而流量計(jì)讀數(shù)卻為零一項(xiàng)，可能是由該臺(tái)泵存在問題而引起，其余各項(xiàng)數(shù)據(jù)同預(yù)計(jì)的一致，都是由于對(duì)離心式水泵輸出特性認(rèn)識(shí)有出入而引起的。其實(shí)，離心式水泵的輸出流量同其出口壓力有對(duì)應(yīng)關(guān)系，出口壓力越低，輸出流量越大，反之則小。多臺(tái)離心式水泵并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，瞬間停掉其中的一臺(tái)泵，則繼續(xù)運(yùn)行的各臺(tái)泵出口壓力下降，輸出流量增大。
