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熱式質量流量計在測量高寒地區壓縮空氣的應用情況
發布日期:2019/11/26 11:40:17
壓縮空氣是企業單位重要的二次能源.大多由電能或熱能經壓縮機轉化而來。壓縮空氣流量是表述空氣壓縮機性能的重要參數,也是工業過程中測量的重要參數:隨著空氣壓縮機的廣泛應用.其流量的準確測量對於產品升級、工業生產過程的控製和監測以及節能減排都顯得至關重要:壓縮空氣流量是指在短暫時間內流過某一流通截麵的壓縮空氣數量與通過時間之比、壓縮空氣數量以體積表示稱為體積流量,以質量表示稱為質量流量。
熱式氣體質量流量計具有壓損低,流量範圍度大,重複性和高可靠性,無可動部件以及可用於極低氣體流量監測和控製等特點、在幹燥壓縮空氣測測量方麵的優勢明顯、利於節約能源及采購成本。
 
一、質量流量計工作原理
溫度傳感器測量管道內氣體的溫度.另一個為速度傳感器,電加熱到高於溫度傳感器測量得到的溫度,並且保持溫差值恒定。當氣體流動帶走速度傳感器上的熱量時,為保持溫差恒定,需要額外的電補償加熱.而這個補償的電功率大小和氣體質量流量成正比:
Qm=K.△p/Cp△t.S   (1)
上式中:Qm為氣體質量流量、K為儀表係數(恒定)、△p為補償的電功率大小(可以通過測量得到).Cp為定壓比熱容(由氣體組分決定):△t為兩探頭間的溫度差(恒定S為管道截麵積。
 
二、熱式質量流量計應用情況
西寧位於青藏高原東部.太陽幅射強和晝夜溫差大.1月份ZUI冷月平均氣溫-7.1℃.曆年JI端低氣溫-24.9℃:公司在西寧市大通縣城.距離西寧市區30公裏、氣溫比西寧低1~2℃:公司用的壓縮空氣經幹燥處理後,壓力為0.65~0.7MPa,溫度:20~25℃,分兩路供給生產使用.第一路用在連續生產設備上,不停氣.第二路經3個20m”儲氣罐緩衝後做輸送物料動力.每天9:00至15:00用氣、每個支管上使用插入式熱式質量流量計計量壓縮空氣的用量、第二路量程0~12000Nm³/h.都安裝在室外.使用已滿6年。
 
三、問題發現
2014年1月發現,第二路的流量計在不用氣的情況下,仍顯示有瞬時流量.ZUI大瞬耐流量達3300Nm³/h,在氣溫ZUI低溫在-15℃以下時,流量計的零點漂移量隨氣溫降低而増大.ZUI大漂移達量程的27%.發生較大數據偏移的時間在夜間20)點到次日8點,在每天氣溫ZUI低點時,漂移量ZUI大:在ZUI低氣溫高於-15℃.漂移並不明顯:隨著氣溫的上升.源移的數據會逐漸減小,回到允許誤差範圍內(±2%FS)
 
四、造成漂移原因分析
1.運行原因
每天完成6小時的物料輸送任務後.關閉用氣設備進口閥門、流量計上遊閥門保持全開位置、儲氣罐進出口閥門不關流量計零點瞬時流量在0~20Nm³/h波動,在允許誤差範圍內:發現流量計零點波動超過1000Nm³/h時.對用氣設備、管路和儲氣罐進行全麵檢查.未發現漏氣,關閉流量計上遊閥門、排空儲氣罐氣體後16小時內.瞬時流量仍出現大範圍波動:拆下流量計檢查.測量探頭潔淨,供電電壓正常.因此排除管路漏氣及電源電壓引起瞬時流量波動的原因。
2.漂移過程分析
在當日ZUI低氣溫低於-15℃時,由於溫差大的特點、日ZUI高氣溫在0℃左右。流量計的漂移過程從20點以後開始次日8點左右ZUI大。其原因為在當日9:00~15:00)點為正常供氣時流量計工作介質溫度20℃.環境溫度從日ZUI低溫升到ZUI高溫過程.因正常供氣.看不出漂移量。供氣結束後.氣溫從日ZUI高點緩慢降低.此時管內氣體不流動、溫度也從20℃逐漸下降到-10℃以下達到流量計工作JI限溫度以下(介質溫度和環境溫度幾乎相等).零
點漂移特別明顯。
3.流量計原因
正常環境溫度和介質溫度時、從上式(1)中可知儀表係數K恒定,管道截麵積S,定壓比熱容Cp為常數、△t為兩探頭間的溫度差(恒定).Qm與△p成正比:當環境溫度和介質溫度都低於-10℃時,壓縮空氣定壓比熱容會變化.一些理想氣體的定壓比熱容表及計算公式如下:
Cp=C0+C1θ+C2θ²+C3θ³KJ/( kg.K)   (2)
θ={T}K/1000        (3)
將-20℃:(253K)代入(3)式,查表得
C0=1.05,C1=-0365,C2=0.85,C3=-0.39,(3)式結果代人(2)得Cp=1.005;
同理求得20℃時Cp=1.006、可見-20℃到20℃空氣定壓比熱容變化不大.對流量計瞬時流量不影響流量計長時間工作於其JI限環境溫度介質溫度下時,雖然從工作原理上並不能造成零點漂移、.但是流量計外殼、探頭及管道散失熱量導致測量值的變化、隨著補償電路電於元件老化.造成溫度偏移的不到補償:這也能解釋流量計在前5年同期(1月份)都能正常工作而今年零點漂移突然増大的現象。

五、解決辦法
在不更換流量計的情況下.將用於輸送物料的空氣管道通過支管.接入不停氣的第一路管道.使管道內有20℃左右的氣體流過,保證介質溫度能在流量計使用範圍內.同耐對流量計外殼采取保溫措施,減小低溫帶來的影響,延長流量計使用壽命。

六、結語
熱式氣體質量流量計近年來得到快速發展.許多廠家都已生產出可用介質溫度-20)~+250℃.環境溫度-20~+55℃的流量計。諸多專家學者都在環境溫度和介質溫度升高對測量帶來的影響進行了深入研究,此次把環境溫度-10℃以下的應用情況進行論述、作為應用經濟的補充。
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