摘 要：天然气孔板流量计的现场检定,采用以文丘里音速喷嘴作为标准表的传递型校准法。计量站场节流装置在周期性的维护过程中,则需要对其孔板、测量管直度和圆度进行几何检定。介绍了现场检定孔板流量计的原理,工艺流程、检定方程式,对孔板流量计进行系统仲裁的检定方法,以及在现场实际条件下如何对标准孔板及测量管进行必要的几何检验内容、使用的器具及其操作方法。
现场系数检定与仲裁
现场检定方法系指标准表比较法或称为传递型校准法。传递校准的原理在于对照一台(或一组)已知精度的标准表来校准(或称检定)另一台工作仪表。在现场操作条件下使用标准表时,为保证不使脉动流或旋转流送到试验段导致不精确的检定结果,必须创造较理想的流动条件和操作条件。
目前国际上作现场在线检定用的传递标准大多采用文丘里音速喷嘴,其次是标准涡轮流量计。在特定的条件下(例如在实验室条件下且采用Mt或PVTt法),对上述两种标准表进行检定,最高精度至少可达±0.25%。
1.文丘里音速喷嘴标准表
音速喷嘴为固定式的(定流量)流量仪表,对于一台具有给定的喉部直径的音速喷嘴的这种仪表在一个特定的压力下将给出一个并且只给出一个流量。因此,为了得到孔板流量计在操作范围内的精度曲线,必须使用几个(一组)不同喉部尺寸的喷嘴,才能对孔板流量计进行操作范围内的检定(例如仪表满量程的20%～80%)。
2.现场检定孔板流量计
(1)检定孔板流出系数C
检定原理:假设被校准的单台孔板流量计容量较大,需用数个喷嘴并联组合才能对它进行检定。根据流体力学连续性定理,在某一时间内通过喷嘴总的流量,同时也等于通过位于它上游的一台大容量的孔板流量计的流量。
在线检定流程:检定流程如图1所示。
注:1.调压阀;2.4、5、6、7、10截止阀;3.孔板;8.整流器;9.音速喷嘴组合系统
检定孔板流出系数的检定方程式:
式中:C为被检孔板流量计实际标定的流出系数;
Cdi为第i个喷嘴的流出系数;
C*i为第i个喷嘴的临界流函数;
A*i为第i个喷嘴的喉截面积,mm;
poi为第i个喷嘴前的滞止绝对压力,MPa;
Toi为第i个喷嘴前的滞止热力学温度,K;
n为音速喷嘴的支数;
pb为标准状态下的绝对压力
(pb=0.101325MPa);
Tb为标准状态下的热力学温度
(Tb=293.15K);
Zb为标准状态下天然气压缩因子;
R为气体常数;
As为秒计量系数(As=3.1794×10-6);
E为渐近速度系数;
d为孔板开孔直径,mm;
FG为相对密度系数;
ε为可膨胀性系数;
FT为流动温度系数;
FZ为超压缩因子;
p1为孔板上游侧取压孔处气流绝对静压,MPa;
Δp为气流流经孔板时产生的差压,Pa。
如果检定的是新孔板,则使用时应按标定出的流出系数C值参加流量计算;
如果标定的是旧孔板,则应求出流出系数的误差,然后对流量进行修正。
(2)对孔板流量计进行系统仲裁检定
检定原理和工艺流程:
1)在线检定时,应保证与原来工况条件尽量相同,即装置本身不得有调修、更换、清洗;必须使用原来的二次仪表,直管段等。
2)检定时,试验压力应调节到和原来工作时的压力相同。
3)选择音速喷嘴的容量和调整组合数,使检定的流量和原来使用时的流量范围相一致,在该流量范围内至少检定4～6个流量点(包括最大流量和最小流量)。在每个流量点上至少运行15～30min以上。然后,根据原来计算方法和工具:包括公式、系数图表等计算出在此时间内通过节流装置的流量,即流量计示值Q示。
4)在试验的同时间内,记录喷嘴的上游滞止压力po和滞止温度To,并按下式计算出它的体积流量:
式中:Qb为根据标准表计算出的t时间内的天然气标准流量,m3;
Zb为天然气在标准状态下(0.101325MPa,293.15K)的压缩因子;
pb为标准状态下的绝对压力,pb=0.101325MPa;
Tb为标准状态下的热力学温度,Tb=293.15K;
t为在某一检定点,节流装置试验时间。
5)在各个流量点上,差压流量计的示值误差按下式计算:
现场检定节流装置———几何检验法
1.几何检验法说明
(1)鉴于现场的实际条件(环境条件、检验设备及人员专业水平),该处仅涉及计量站场对节流装置在周期性的维护过程中所需要重点检验的几个技术指标。未涉及的其它几何尺寸指标应在投入现场使用前由厂家出厂检验确定。运抵现场后,由使用者对照说明书按标准要求和安装单位共同验收。
(2)几何尺寸检验的技术要求应符合JJG—94差压式流量计检定规程和SY/T6143—1996天然气流量的标准孔板反计量方法标准中所规定的各项指标。
(3)现场检定几何尺寸的基本测量手段必须具备有:游标卡尺、内径千分尺、钢板尺、钢卷尺、塞规、表面粗糙度比较样块、放大镜等。用以检验的量具或仪器应具有有效的合格证书。其测量误差应在被测量的允许误差的1/3以内。站场最好配备专职(或兼职)的检验者,以保证检验结果的可信度。
2.孔板检验
(1)外观检查
检查孔板上游端面、圆筒形部分及入口边缘不应有脏污、积尘、腐蚀、明显损伤及变形现象。
(2)量具检验
平面度检验:用游标卡尺或钢板尺的棱面分别紧靠孔板上、下游端面,在大致垂直的两个方位上,估计透光的最大缝隙宽度(用塞规检验),其值与计量管内径的比值应小于0.5%。
上游面及开孔圆筒形表面的粗糙度检验:以样块(最好用于被检孔板相同材料做成的样块)工作面的表面粗糙度为标准,与孔板上游面及圆筒形表面进行比较,从而以视觉(可借助放大镜)判断上述表面的粗糙度Ra是否达到标准规定的要求(Ra≤10-4d),有疑议时,可送检有关计量部门用表面粗糙度测量仪实测Ra。
孔板开孔直角入口边缘检验:①前面用目测法检查时,入口边缘应无卷边和毛刺,亦无肉眼可见的异常(如缺口等)�；蛴么ゾ�,即用指甲刮检入口时应很锋利尖锐(凭经验)。②用反射光法检查时:当d≥25mm用2倍放大镜将孔板倾斜45°,使日光和人工光源射向直角入口边缘;当d<25mm时,用4倍放大镜观察边缘应无反射光。
上述方法有疑议时,应送检有关计量部门用模铸法实测入口边缘圆弧倒角半径rk**,其值应满足rk≤±0.0004d(应注意下游出口边缘亦不允许有明显缺陷)。
孔板开孔直径d的检验:使用游标卡尺在圆筒形部分以大致相等角度的四个方位测量,其结果的算术平均值作为现场实测孔径值。
其平均值:
式中:di为第i次测量的d值;
d为孔板开孔直径平均值;
n为测量次数。
开孔直径相对误差按式(5)计算:
任意一个直径di与直径平均值d之差不应大于平均值的±0.05%。
式中:Erd为d的重复性,可按式(7)计算;
Esd为测量d的量具的准确度
式中:ta为置信概率为95%时的t分布系数。
测量管直度和圆度检验
1.目测检查
测量管的直度在现场仅需目测,目测是直的则被认为满足直度要求。在投入运行前还应对照出厂说明书以钢卷尺量其测量管长度是否满足最小直管段长度要求。目测测量管圆度时,如果端面圆截面呈明显的椭圆形状,则必须更换测量管。测量管内壁不允许有可见的焊疤、台阶、坑凹和污物,否则必须打磨、填补和清洗干净。
2.量具检验
测量管圆度按下面方法进行检验:用内径千分尺在孔板上下游侧距取压孔轴向长度上各为0.5D的范围内实测。实测结果,其测量管内圆柱表面圆度公差应满足以下要求。
(1)在离孔板上游端面(装有夹紧环时,应在夹紧环前缘)0D、0.5D及0D至0.5D之间的上游直管段上取三个与管道轴线垂直的截面,在每个截面上,以大致相等的角距取4个内径的单测值,共得12个单测值,并求其算术平均值。任一单测值与平均值比较,其偏差不得大于±0.3%。
(2)在离孔板上游端面0D至2D之间的下游直管段上与管道轴线垂直的一个截面上,以大致相等的角距取4个直径单测值。任一单测值与孔板上游侧按a条规定方法得到的平均测量管内径D值比较,其偏差不得大于±3%。
(3)测量管内径D的平均值按类同式(4)计算,直径百分误差按类同式(5)计算。
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