摘 要:依據(jù)JJG1003-2016《流量積算儀檢定規(guī)程》,從裝置類型、介質(zhì)類型、參數(shù)設(shè)置和輸出參數(shù)幾個方面詳細(xì)闡述流量積算儀針對不同流量計和流體介質(zhì)的計算過程,針對上述應(yīng)用開發(fā)出流量積算儀校準(zhǔn)上位機(jī)軟件,實現(xiàn)流量積算儀標(biāo)準(zhǔn)輸出值的計算,解決工況現(xiàn)場流量積算儀計算過程涉及參數(shù)龐雜易出錯且不易校驗的問題,提高現(xiàn)場工作效率和操作準(zhǔn)確度,達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計效果。
1 裝置類型
流量計的裝置類型包括:
差壓流量計,脈沖輸出流量計和模擬輸出流量計。
1.1 差壓流量計
差壓流量計類型包括:標(biāo)準(zhǔn)孔板、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴、標(biāo)準(zhǔn)文丘里管、V錐和通用差壓流量計。其中
標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計包括:角接取壓孔板、法蘭取壓孔板和D/2取壓孔板;標(biāo)準(zhǔn)噴嘴流量計包括:1932噴嘴、長頸噴嘴和文丘里噴嘴;標(biāo)準(zhǔn)文丘里管流量計包括:鑄造文丘里,機(jī)械加工文丘里和粗焊鐵板文丘里。上述差壓流量計中除了通用差壓流量計之外,都需要輸入管道材質(zhì)、管道自定義熱膨脹系數(shù)(1E-6mm/mm℃)、20℃管道口徑(mm)、節(jié)流件材質(zhì)、節(jié)流件自定義熱膨脹系數(shù)(1E-6mm/mm℃)和20℃節(jié)流件尺寸(mm)。熱膨脹系數(shù)的材質(zhì)類型包括:20鋼(11.16)、10鋼(11.60)、A3F,B3鋼(11.50)、A15鋼,A3鋼(11.75)、自定義(填寫數(shù)值)、灰口鑄鐵(10.50)、12CrMo(11.20)、12Cr3MoVSiTiB(10.31)、黃銅(17.80)、紅銅(17.20)、工業(yè)用銅(16.00)、碳鋼(10.60)、1Cr18Ni9Ti(16.60)、X20CrMoWV121(10.80)、Cr6SiMo(11.50)、10CrMo910(12.50)、12CrlMoV(9.8)、1Cr17(10.0)、1Cr13,2Cr13(10.50)、45鋼(11.59)。如果已知管道和節(jié)流件材質(zhì)可以直接根據(jù)所選類型進(jìn)行熱膨脹系數(shù)計算,否則需要自定義輸入熱膨脹系數(shù)值。
通用差壓流量計不同于上述設(shè)置,只需要輸入通用差壓_設(shè)計上限流量(t/h)和通用差壓_設(shè)計密度(kg/m 3 )兩個參數(shù)。
1.2 脈沖輸出流量計
脈沖信號類型包括工況頻率輸出型和當(dāng)量頻率輸出型,其中工況頻率輸出型_k系數(shù)單位包括1/m 3和1/L;當(dāng)量頻率輸出型_k系數(shù)單位包括m 3 、Km 3 、L、kg、t、Nm 3 和NKm 3 。如果選擇脈沖輸出型,則需要輸入脈沖輸出流量計儀表系數(shù)K參數(shù);如果選擇當(dāng)量脈沖輸出型,則需要輸入當(dāng)量脈沖-質(zhì)量設(shè)計密度(kg/m 3 )、當(dāng)量脈沖-設(shè)計溫度(℃)和當(dāng)量脈沖-設(shè)計表壓(Mpa)。
1.3 模擬輸出流量計
模擬輸出-流量信號類型包括4~20mA電流信號、1~5V電壓信號等,目前應(yīng)用非常為廣泛的還是4~20mA電流信號,模擬輸出 - 流量單位包括m 3/h、Km 3 /h、L/min、Nm 3 /h、NKm 3 /h、Kg/h和t/h。然后依次輸入標(biāo)況體積流量_設(shè)計溫度(℃)、標(biāo)況體積流量_設(shè)計表壓(Mpa)、質(zhì)量流量_設(shè)計密度(kg/m 3 )、流量信號上限、流量信號下限和流量故障代用值。
2 介質(zhì)類型
介質(zhì)補(bǔ)償類型包括:氣體無補(bǔ)償、液體無補(bǔ)償、氣體溫壓補(bǔ)償、天然氣和水和水蒸汽。
2.1 氣體無補(bǔ)償
當(dāng)計量現(xiàn)場的工況參數(shù)變化不大,氣體介質(zhì)可以不進(jìn)行溫壓補(bǔ)償換算,只需要輸入氣體無補(bǔ)償_工況密度(kg/m 3 ),氣體無補(bǔ)償_可膨脹系數(shù)和氣體無補(bǔ)償_介質(zhì)粘度(mpa.S)值。
2.2 液體無補(bǔ)償
如果計量介質(zhì)為液體,其可膨脹系數(shù)幾乎沒有變化(=1),則只需要輸入液體無補(bǔ)償_工況密度(kg/m 3 )和液體無補(bǔ)償_介質(zhì)粘度(mpa.S)值。
2.3 氣體溫壓補(bǔ)償
氣體溫壓補(bǔ)償是非常常用的補(bǔ)償方式,氣體介質(zhì)分為已知氣體和自定義氣體兩種。已知氣體而言,氣體溫壓補(bǔ)償_氣體名稱有空氣Air、氮氣N 2 、氧氣O 2 、氦氣He、氫氣H 2 、氬氣Ar、一氧化碳CO、二氧化碳CO 2 、硫化氫H 2 S、氨氣NH 3 、甲烷CH 4 、乙烷C 2 H 6 、丙烷C 3 H 8 、丁烷C 4 H 10 、乙烯C 2 H 4 、乙炔C 2 H 2 、丙烯C 3 H 6 、丁烯C4H8和自定義。同時針對已知氣體需要輸入氣體溫壓補(bǔ)償_濕度值(%)、氣體溫壓補(bǔ)償_標(biāo)況溫度(℃)、已知氣體_可膨脹系數(shù)eps補(bǔ)償方式和已知氣體_設(shè)定eps_可膨脹系數(shù)。對于自定義氣體而言,需要輸入自定義氣體_標(biāo)況密度(kg/m 3 )、自定義氣體_壓縮系數(shù)z補(bǔ)償方式包括自動計算壓縮系數(shù)和輸入固定壓縮系數(shù)兩種方式,選擇自動計算壓縮系數(shù)時,需要輸入自定義氣體_自動z_臨界溫度Tc(K)和自定義氣體_自動z_臨界壓力Pc(MPa),對于選擇輸入固定壓縮系數(shù)時,需要輸入自定義氣體_設(shè)定z_壓縮系數(shù)。自定義氣體_可膨脹系數(shù)eps補(bǔ)償方式包括自動計算可膨脹系數(shù)和輸入固定可膨脹系數(shù)兩種方式,選擇自動計算可膨脹系數(shù)時,需要輸入自定義氣體_自動eps_等熵指數(shù)和自定義氣體_設(shè)定eps_可膨脹系數(shù)值;而當(dāng)選擇輸入固定可膨脹系數(shù)時,需要輸入自定義氣體_設(shè)定eps_可膨脹系數(shù)。
2.4 天然氣
天然氣的計量主要有3種算法,AGA92DC、SGERG88和NX-19。AGA92DC算法計算壓縮因子的計算量較大,多用于流計算機(jī)和在線氣體組分分析儀的綜合應(yīng)用。SGERGG88算法計算量較小,同時也滿足常規(guī)的計量精度要求。輸入SGERG88算法的參數(shù):CO 2 摩爾分?jǐn)?shù)、H 2 摩爾分?jǐn)?shù)、高位發(fā)熱量(MJ/m 3)和相對密度。此外,還需要輸入天然氣溫壓補(bǔ)償_標(biāo)況溫度(℃)。同氣體溫壓補(bǔ)償一樣,可膨脹系數(shù)補(bǔ)償方式包括自動計算可膨脹系數(shù)和輸入固定可膨脹系數(shù)兩種方式,如果選擇自動計算可膨脹系數(shù)方式,在計量流量的過程中會自動計算可膨脹系數(shù)值,如果選擇輸入固定可膨脹系數(shù)方式,需要輸入設(shè)定可膨脹系數(shù)值。天然氣流量的計算需使用的標(biāo)準(zhǔn)參比條件下物性參數(shù)包括,密度(ρ s )、高位體積發(fā)熱量(H ˜ s)及
高位體積發(fā)熱量(H ˜ s ),應(yīng)按GB/T11062規(guī)定的方法計算。
天然氣流量計計算需使用的操作條件下物性參數(shù)包括:密度ρ、壓縮因子Z、粘度μ、等熵指數(shù)k,應(yīng)按GB/T21446-2008規(guī)定的方法計算。
2.5 水和水蒸汽
水和水蒸汽的算法主要依據(jù)水和水蒸氣國際協(xié)會熱力學(xué)性質(zhì)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)IAPWS-IFC 1997公式,只需要輸入溫度和壓力值就能計算出實時水和水蒸汽的物性參數(shù)值。水和水蒸汽的介質(zhì)往往涉及到熱量計量,應(yīng)用焓值乘以瞬時流量值就可以得到介質(zhì)產(chǎn)生的瞬時熱量值,具體可以通過熱量功能來關(guān)閉或者開啟熱量計量功能。
3 參數(shù)設(shè)置
3.1 串口設(shè)置
通信模式包括RS485和RS232,目前流量儀表的總線應(yīng)用較多,多通過通信位號設(shè)置設(shè)備的485從機(jī)地址。通信協(xié)議默認(rèn)是MODBUS-RTU,因為RTU較ASCII的效率更高。波特率,校驗位和停止位常用的配置參數(shù)為9600-8-n-1,對于某些低速光耦隔離的應(yīng)用,還需將波特率調(diào)整為2400或者更低,以保證傳輸?shù)目煽啃浴?/div>
3.2 差壓采集
差壓開方方式有0-本機(jī)開方;1-差變開方,差壓信號類型包括4~20mA(默認(rèn))、1~5V兩種模擬輸出。差壓單位有Pa、KPa(默認(rèn))和MPa幾種。差壓信號上限和差壓信號下限是分別設(shè)置20mA和4mA對應(yīng)的差壓限值,當(dāng)差壓傳感器的數(shù)值超過量程,后端的應(yīng)用即采用差壓故障代用值參與計算并告警輸出。
3.3 壓力采集
壓力類型包括表壓和絕壓兩種,常規(guī)的壓力傳感器輸出值為表壓值,但有些一體化多參量傳感器為絕壓值,此時就不用人工輸入當(dāng)?shù)卮髿鈮褐颠M(jìn)行表壓至絕壓的換算。壓力單位有KPa、MPa(默認(rèn))和bar三種,壓力信號類型包括4~20mA(默認(rèn))、設(shè)定表壓兩種,因為有些場合對于介質(zhì)的補(bǔ)償用設(shè)定表壓的固定壓力值即可。壓力上限和壓力下限分別設(shè)置20mA和4mA對應(yīng)的壓力限值,當(dāng)壓力傳感器的數(shù)值超過量程,后端的應(yīng)用即采用壓力故障代用值參與計算并告警輸出。
3.4 溫度采集
溫度信號類型有PT100、PT1000、4~20mA和設(shè)定溫度幾種,如果輸入類型選擇設(shè)定溫度,則應(yīng)用設(shè)定溫度(℃)值參與后續(xù)計算,溫度上限(℃)和溫度下限(℃)是針對4~20mA溫度量程限值,當(dāng)溫度傳感器的數(shù)值超過量程,后端的應(yīng)用即采用溫度故障代用值(℃)參與計算并告警輸出。
3.5 零點和線性修正
輸入通道零點修正功能默認(rèn)是關(guān)閉的,一旦開啟此功能,流量零點修正值、溫度零點修正值和壓力零點修正值是應(yīng)用兩點修正進(jìn)行處理,認(rèn)為傳感器為線性輸出,通過K值和B值進(jìn)行修正處理Y=KX+B,默認(rèn)情況下K值為1.000,B值為0.000。而對于瞬時流量數(shù)值,流量計自身存在非線性誤差,需要應(yīng)用分段線性化處理,如分為11點修正,則開啟(工況體積流量)線性修正功能,依次填寫流量點(m3 /h)和對應(yīng)的修正系數(shù)值。
3.6 流量切除
工況現(xiàn)場的流量計量受現(xiàn)場干擾的影響很大,流量信號切除(%)和流量信號切除(Hz)用于用戶現(xiàn)場進(jìn)行小流量切除,由于不同單位對應(yīng)的瞬時流量值不同,為了簡化操作以%的形式進(jìn)行處理。針對頻率輸入的流量計則直接設(shè)置頻率Hz下限值進(jìn)行
小流量切除處理。
4 輸出參數(shù)
工況溫度(℃)、工況溫度(K)、工況 表壓(KPa)、差壓(KPa)、管徑(mm)、節(jié)流件(mm)、Beta值、流出系數(shù)、雷諾數(shù)、可膨脹系數(shù)、粘度(m.Pas)、等熵指數(shù)、工況壓縮系數(shù)、工況密度(Kg/m 3 )、標(biāo)況壓縮系數(shù)、標(biāo)況密度(Kg/m 3 )、熱焓值(KJ/kg)、水和水蒸汽IF97分區(qū)、質(zhì)量流量(t/h)、工況體積流量(m 3 /h)、標(biāo)況體積流量(Nm 3 /h)、累積質(zhì)量流量(t)、累積工況體積流量(m3 )、累積標(biāo)況體積流量(Nm 3 )和水和水蒸汽熱量(KJ/h)。
5 結(jié)論
依據(jù)JJG1003-2016《流量積算儀檢定規(guī)程》,從開發(fā)出了流量積算儀校準(zhǔn)上位機(jī)軟件,實現(xiàn)了流量積算儀標(biāo)準(zhǔn)輸出值的計算,解決了工況現(xiàn)場流量積算儀計算過程涉及參數(shù)龐雜易出錯且不易校驗的問題,提高了現(xiàn)場工作效率和操作準(zhǔn)確度,達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計效果。
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