流量计标定系统

2024-11-14

流量计标定系统（共7篇）

流量计标定系统篇1

1 引言

蒸汽是重要的二次能源。在工业生产以及城市公共事业中, 都涉及蒸汽生产和输送。蒸汽在输送和利用过程中, 常见的形态是湿饱和蒸汽, 湿饱和蒸汽简称为湿蒸汽, 它是气液两相流。为了能有效、经济地对其进行技术管理、监视、控制、成本核算和贸易结算, 需要对湿蒸汽流量进行计量, 计量湿蒸汽流量的仪器称作湿蒸汽流量计。

但是目前国内外生产的蒸汽流量计, 如涡街流量计、孔板流量计、靶式流量计、涡轮流量计等, 仅当蒸汽为单相流, 即为干饱和蒸汽时, 其精度才较高。而现实情况是, 蒸汽往往是以湿蒸汽——气液两相流的形态出现, 随着蒸汽干度或流量的变化, 湿蒸汽呈现不同的流态, 上述的流量计在测量汽液两相流时其误差很大, 可达40%乃至更高, 因此对汽液两相流的计量, 仍为一个公认的难题。

造成多相流计量困难的主要原因有: (1) 两相流是在流体力学和传热学基础上发展起来的, 这一学科虽然引起各国学者的重视, 开展了广泛的理论研究和实验研究, 也取得了很多研究成果, 但毕竟是一门新兴学科, 还未获得完善的数学模型, 用于指导生产实践; (2) 更重要的是“蒸汽流量计的检定”手段不完备, 这是制约湿蒸汽计量工作的重要环节。以蒸汽为工作介质的“蒸汽流量计量检定装置”其设备昂贵、能耗很大、操作复杂、费用颇高, 目前国内只有少数研究多相流的院校具备多相流实验室。这导致了蒸汽流量计无处检定, 给蒸汽流量计的研制和生产带来了很大的不便。前期, 业内人士提出采用单相压缩空气、水或二者的混合流对蒸汽流量计进行检定的方案, 很多仪表生产厂家也采用此方案, 但由于多相流比单向流复杂得多、以及湿蒸汽的载热量大, 易发生相变, 因此, 用这种方案仍远不能对湿蒸汽流量计进行精确检定。

随着科学技术与计算机应用的发展, 近年来多相流基础理论研究得到持续发展, 内容主要涉及到多相流流型、流型图、压力降、截面含气率、截面含液率、特种管件内的多相流、液汽、喷汽及数值计算等, 这必将推进多相流在现代工程中的广泛应用, 而且也促使这些工程设备的发展和创新。多相流基础理论研究的发展和现代工业生产或管理对流体的精确计量提出了更高的要求, 推动着气液两相流流量计的研究和生产, 因此, 对湿蒸汽流量仪的检测与标定装置的需求, 就显得尤为迫切。

本文的目的就是针对目前仪表行业与测试技术的发展, 研制一种能够被仪表生产厂家接受并采用的湿蒸汽流量仪检测标定系统。

2 检测标定系统介绍

该系统分为两部分:硬件部分和软件部分。其中软件部分主要包括数据采集与处理程序。

2.1 硬件部分

检测标定系统硬件部分主要包括蒸汽发生器、干度调节装置、蒸汽冷凝装置、蒸汽计量装置, 以及附属连接管道和阀门, 该系统在西安某仪表公司得到建设和采用, 其主要流程示意图如图1所示。

该系统工艺流程如下, 由蒸汽锅炉1产生连续稳定的干饱和蒸汽, 通过调节阀1控制所需的蒸汽流量;干饱和蒸汽流经板式换热器3时, 调节阀3控制换热器的冷却水量, 以调节蒸汽干度;此时可由蒸汽流态可视窗4观察不同流量和干度下湿蒸汽在管道中的各种流态。

由于多相流流型对气液两相流的测量和计算有很大影响, 若忽视气液两相流流型, 则会对气液两相流的测量和计算造成很大的误差, 因此很有必要在研究气液两相流时, 仔细观察气液两相流的流型和流态。文献以及本实验可视窗观察表明:湿蒸汽在管道内流动, 干度与流量发生变化, 流型也随之改变, 一般而言, 随着湿蒸汽含气率的增加, 气体流量增大, 其流型的变化趋势为:泡状流——塞状流——分层流——波状流——弹状流——环状流, 其中, 环状流是工程中最常见的蒸汽流态, 是在气流速很高, 并且含气率较高的情况下发生的, 液相被气相冲得环绕在管壁上, 形成一层液膜。

湿蒸汽流经试验段5 (即被检仪表安置处) , 仪表测量计算湿蒸汽参数, 温度传感器①测得此处蒸汽温度值;蒸汽在混合式冷凝器7中与冷却水混合成冷凝水, 一起流出冷凝器, 由温度传感器②、压力传感器②测得冷凝水的温度值、压力值, 并由高精度电磁流量计①计量其体积流量。混合式冷凝器冷却水的进水量、温度、压力值分别由电磁流量计②、温度传感器③、压力传感器③测得。依据混合式冷凝器的能量平衡原理, 确定准确的蒸汽干度, 同时确定来自锅炉的蒸汽准确流量。

为保证系统精度, 电磁流量计均为0.5级, 温度测量采用误差限为±0.5 ℃的Pt100铂电阻, 压力测量采用Rosemount3051型压力变送器。所有设备中, 混合式冷凝器必须得到良好的保温。

注:1——蒸汽发生器 (锅炉) ;2——压力传感器①;3——板式换热器;4——流态可视窗;5——试验段 (被检仪表) ;6——温度传感器①;7——混合式冷凝器;8——温度传感器②;9——压力传感器②;10——电磁流量计①;11——电磁流量计②;12——电磁流量计③;13——温度传感器③;14——压力传感器③;15——供水泵;16——大水箱

2.2 软件部分

软件部分分为数据采集系统和数据处理程序。

2.2.1 数据采集系统

由于VB界面友好, 也很容易利用采集卡的驱动程序进行采集系统的设计, 数据采集模块主要由VB设计, 被检表以及所有温度传感器、压力传感器、电磁流量计的4～20 mA电流模拟信号, 通过4117数据采集模块传输给计算机接口, 计算机实时显示实验数据。

2.2.2 数据处理程序

湿蒸汽的计量和控制主要指标是质量流量和蒸汽干度, 故本文所研究的湿蒸汽流量仪检测系统主要针对这两项指标编制相应数据处理程序, 以对被测仪表进行检测或标定。依据质量守恒原理、能量守恒原理和水和水蒸汽性质国际联合会于1997年通过的新型水和水蒸汽热力性质工业公式 (IAPWS-IF97) , 以C语言为工具, 开发数据计算处理软件包。

作为流量仪检测标定平台, 本系统能够提供标准质量流量 (kg/h) , 标准体积流量 (m3/h) ;还可以提供可供参考的湿蒸汽干度 (目前测量蒸汽干度的方法主要有热力学法、分离法、光学法、化学法、电学法、全息摄形法等, 但没有一种方法能够完成对蒸汽干度的准确实时在线计量, 故通过权衡设备投资、试验运行、实时显示等因素, 本系统采用一种比较简便的测量蒸汽干度的方法——水、蒸汽混合测量, 该方法无运动部件、无辐射、成本低、精度高) 。

下面以某公司生产的涡街-V锥组合双流式蒸汽流量仪在本文研究的标定系统标定的数据处理为例 (本文不对该组合表的合理性进行论述) , 扼要介绍该系统工作原理以及数据处理程序流程。

(1) 由于IAPWS-IF97公式计算速度快、精度高、适用范围广、边界一致性好、不需要占用大量的内存空间, 适用于以单片机为核心的智能仪表, 故本文在涉及水蒸气性质的计算与引用时, 均应用IAPWS-IF97公式进行编程。以1区公式为例, 示意根据压力和温度求焓值h与比体积v的计算过程。

先通过1区的基本方程求吉布斯自由焓:

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式中:无量纲参数undefined;undefined; (P*=16.53 MPa;T*=1 386 K) ;ni, Ii, Ji——方程中的常系数, 其值可参照水和水蒸汽性质国际联合会发布的《Properties of Water and Steam》。

然后对吉布斯自由焓求偏导, 可得过冷水焓与比体积:

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式中:γ的下脚标表示对其求导。

(2) 数据采集系统采集得电磁流量计体积流量 (m3/h) 、温度传感器温度值 (℃) 、压力传感器压力值 (MPa) , 以及被检仪表组件:V锥流量计压差 (Pa) 和涡街表体积流量 (m3/h) 。

温度传感器①、②、③的数值分别用T1、T2、T3表示;压力传感器①、②、③的数值分别用P1、P2、P3表示;电磁流量计①、②的数值分别用Q1、Q2表示。假定被测管路中, 湿蒸汽温度为T1, 干度为x, 热力学焓为h, 质量流量为Qm。由混合式冷凝器原理 (如图2) , 根据质量守恒:

由IAPWS-IF97过冷水区 (1区) 公式, 由所测得冷却水T3、P3值和出口混合物T2、P2值, 可分别求其密度ρ2和ρ1, 故此系统标准质量流量可由式 (5) 求得:

整个混合式冷凝器得到良好保温, 可视为与外界绝热, 根据能量守恒定律:

则:

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由IAPWS-IF97公式的4区 (饱和线区) 、1区、2区公式, 根据水蒸气性质参数边界一致性, 编程求得T1温度下, 饱和水点的焓值h′与比体积v′, 饱和蒸汽点的焓值h″与比体积v″, 由干度定义, 此系统参考干度可由式 (7) 算得:

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前期研究表明, 当Q1与Q2以及T1与T2均为同向反比误差时, 它们各自测量误差的叠加引起的干度测量误差仅在1.5%之内。

(3) 采集模块采集得涡街表的体积流量信号Qv (m3/h) 与内锥流量计的差压信号ΔP, 根据质量守恒定律, 可组合两表计算公式计算得该被检表所测量的湿蒸汽质量流量Q′m (kg/h) 与蒸汽干度x′, 该测量值与系统标准质量流量Qm与系统参考干度x比较, 可以对被检表的精度进行检定, 并对被测表的仪表系数进行标定。

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式中:K——V锥流量计的水标定系数。

(4) 数据处理系统根据被检表信号所计算的质量流量和干度分别与系统标准质量流量和参照干度比较, 得出被检表精度, 并按指定精度对被检表标定, 重新计算仪表系数。

上述数据处理原理示意图如图3所示, 其中虚线框中部分为检测系统标准质量流量与参考干度的计算原理。

该系统检测或标定仪表时, 各仪表数据通过采集控制界面实时显示, 同时, 内置计算程序对采集的数据按组进行处理, 将所需数据保存为实验报表和参数变化曲线图。表1是应用该数据处理程序对某次实验其中一组数据的处理结果。

3 小结

本文就湿蒸汽流量计及其检测与标定进行了介绍, 针对目前国内湿蒸汽流量仪表生产厂家尚无可可行办法对仪表进行检测和标定的现状, 研究了一种全新的湿蒸汽流量仪检测标定平台, 该系统由硬件与软件两部分构成, 主要优点表现为理论完善、技术完备、成本较低、运行稳定和精度高, 为气液两相流计量仪表的标定与检测提供了一种可行的方法和平台, 对流量计量领域的发展将起到重要作用。但由于该平台属于小型系统, 这要求相关厂家充分利用该平台的优点, 规避其不足, 设计适合自身需要大小的检测系统。本文所提出的原理和设计将为后续研究提供可行的思路。

一种新的差压式流量计标定方法篇2

关键词：差压式流量计标定,流出系数,广义流出系数,标定

1 引言

差压式流量计(简称DPF)是根据安装于管道中流量检测件产生的差压、已知流体条件和检测件与管道的几何尺寸来检测流量的仪表。DPF由一次装置(检测件)、二次装置(差压转换和流量显示仪表)组成。通常按照检测件的形式对DPF进行分类,如孔板流量计、文丘里管流量计及均速管流量计等。二次装置为差压变送器和显示及计算仪表,它已发展为三化(系列化、通用化、标准化)程度很高的、种类规格庞杂的一大类仪表。对于DPF,按照标准文件在设计、制造、安装和使用时,在已知其流出系数、可膨胀性系数、直径比等参数条件下,根据节流前后的差压即可确定其流量值并估算其测量误差[1]。但是其计算过程相当的复杂,而且需要查表确定参数,计算结果用于实时测量还是存在测量误差。为解决计算问题,引入广义流出系数的概念,使其能够简单地实现DPF的标定和流量求解。

2 差压式流量计原理

以孔板流量计为例,充满管道的流体,当它流经管道内的节流件时,如图1所示,流束将在节流件处形成局部收缩,因而流速增加,静压降低,在节流件前后产生差压。流体流量越大,产生的差压越大,这样就能够根据差压来间接测量流量的大小[1]。

流量方程:

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式中:qm——质量流量,kg/s;qv——体积流量,m3/s;C——流出系数,无量纲,是实际流量和理论流量之比,一般小于1;ε——可膨胀系数,无量纲;β——直径比,无量纲;d——工作条件下节流件的孔径,m;D——工作条件下上游管道内径,m;ΔP——差压,Pa;ρ1——上游流体密度,kg/m3;q实际——实际流量;q理论——理论流量。

3 传统标定方法

DPF在出厂时附有设计计算书[4],得到孔板流量计的参数,根据差压变送器(DP)测得差压,再将差压信号送至数显测控仪,数显测控仪经过运算后可得实时流量。在应用数显测控仪显示流量时,要根据差压变送器的量程计算得到数显测控仪的上限和下限,输入至数显测控仪,才能够在仪器上显示实时流量。其计算过程相当复杂,稍有不慎将导致错误。下面以孔板流量计为例按照此方法进行计算。

(1)孔板流量计参数如表1所示。

(2)设定数显测控仪。

在数显测控仪的信号输入选择“4～20mA开方信号”,差压变送器的量程为0～5kPa,因为流量正比于差压的开方,只要求得差压达到最大值时对应的流量,即可设定数显测控仪的上限。应用式(1)和式(2),代入ΔPmax=5.0kPa,ΔPmin=0kPa,可得需要设定的数显测控仪上限和下限分别为:

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qvmin=0 (6)

数显测控仪根据式(5)自动计算瞬时体积流量:

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上述的标定方法是先计算出正确的实际流量上限,再利用数显测控仪内部的开方功能实现实时的瞬时流量检测。理论上讲,对于标准的DPF,无需经过实流校验就能够获得令人满意的计量精度。实流校验如表2所示。

针对本案,根据理论计算设定数显测控仪,检测的流量和实际的流量值有一定的测量误差,测量误差均在10%以上,几乎不能够满足工程测量的精度要求。所以,在采用这种方法标定DPF后,还是需要实流校验来修正标定结果。

4 新标定方法

如果事先不计算,输入任意值作为数显测控仪的实际流量上限,经过一次实流校验,也能得到一个流出系数,根据它再设定仪表的流量上限,就能够实现实时的瞬时流量检测。具体操作过程如下:

(1)任意输入数显测控仪的量程上限。

在数显测控仪中,选择“4～20mA信号开方”,设定测量上限量程q0max为10.00L/min作为流量显示的理论上限,也可以是其他的任意值,为了标定精确起见,设定值应该和实际的最大量程不要超过一个数量级,以免产生过大的舍入误差。重启仪表,记录下仪表显示的流量q′理论为8.86L/min,经过实流校验的实际流量q′实际为13.41L/min。

(2)定义广义流出系数C′。

定义:

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计算得C′=1.513。

由此可得,事先设定的测量上限(理论流量)和实际的流量上限不等,存在一个倍率的关系。即:

q′max=q0max·C′ (9)

计算得q′max=15.13L/min。

重新设定数显测控仪参数,选择“4～20mA信号开方”,设定测量上限量程q′max为15.13L/min,重启仪表,记录下仪表显示的流量q″0为13.33L/min。

(3)误差分析。

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计算得相对误差为:0.6%。

按照上述方法标定后的流量计应用于实流测量,测试数据如表3所示。

经过比较得,按照新的标定方法在比较广的流量范围的测量误差均小于5%,能够满足工程测试的要求。

5 理论依据

根据式(3),定义广义流出系数C′的概念为:

任意设定一个值作为理论流量,广义流出系数等于实际流量和理论流量之比。即:

C′=q实际/q理论 (11)

这里的理论流量不是从DPF流量公式(1)中直接计算得来的,C′可以大于1,也可以小于1,区别于理论计算得来的C一般是小于1的。

在经过实流校验之后,得到C′,实际流量可以按照式(12)求得。

q实际=q理论·C′ (12)

在由DPF、差压变送器、数显测控仪组成的瞬时流量检测系统中,是根据差压间接测量瞬时流量,最终的结果通过数显测控仪显示。在标定时,需要确定数显测控仪的分度K。

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应用广义流出系数的概念,能够得到K。数显测控仪显示的数据是和差压的开方成正比的,也就是和实际的流量成正比的。把仪表显示的数值作为理论流量,把实流检测的流量作为实际流量,能够得到广义流出系数。再根据原仪表设定的测量上限,乘以广义流出系数,即得到正确的仪表设定上限。从而使仪表正确的测量。变换原理如图2所示。

管道流量不变的情况下,差压不变,即送入数显测控仪的电流信号强度不变,把任意值作为它的量程显示上限,数显测控仪所显示的数据和差压的开方成比例关系[5]:

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输入仪表的上限表示的是当差压达到最大的时候,仪表应该显示的流量(理论流量)。

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在实流校验时,得到实际流量,有:

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原输入仪表的量程是最大理论流量,若要显示实际流量,有:

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将仪表的上限重新设定为q实际max,就能够使仪表显示正确的流量,如图2中q1所示为显示的测量流量。

6 结束语

按照传统的方法标定差压式流量计,要根据流量计的设计参数、差压变送器的量程计算出差压达到最大时对应的流量,然后设定数显测控仪的测量上限,实现实时检测流量,检测的流量和实际的流量值有一定的测量误差,测量误差均在10%以上,几乎不能够满足工程测量的精度要求。所以,在采用这种方法标定DPF后,仍需要实流校验修正标定结果。在引入广义流出系数概念的基础上,应用流量和差压开方的关系,按照新的标定方法标定DPF,无需经过流量公式计算,仅需一次实流校验即可标定流量计,得到的精度也在5%以上,标定精度比传统的高出3～5倍以上,能够满足工程测量的需求。同样,对于其他形式的流量计,如电磁流量计、涡街流量计等,只要输入信号和测量结果满足比例关系,也能够用广义流量系数的概念进行标定,该方法具有普适性。

参考文献

[1]BECKWITH T G.机械量测量[M].第5版.王伯雄,译.北京:电子工业出版社,2004.

[2]世界标准化组织.ISO 5167-2:2003,用插入圆截面管道中的压差装置测量流体流量[S].2003.

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[4]孙维清,王建中.流量测量节流装置设计手册[M].第2版.北京:化学工业出版社,2005.

武汉石化液体流量标定装置解析篇3

液体流量标定装置用于液体流量仪表的检测和标定。液体流量标定装置按计量器具分类, 分为静态质量法、容积法、体积管法和标准表法四种, 本文所介绍的武汉石化液体流量标定装置采用静态质量法和标准表法相结合的方式, 每条检定管线上配有0.1级标准表作为质量法检定时的瞬时流量指示。本套装置主要对科里奥利质量流量计进行标定。也可对涡街流量计、涡轮流量计、超声流量计、电磁流量计、液体容积式流量计、冷水水表进行标定。

1水流量标定装置简介

静态质量法液体流量标定装置主要由水池、变频离心泵、稳流器、消气器、截止阀、温度计、压力表、标准表、被检表、夹表器、调节阀、换向器、旁通器、称量容器、电子称组成。其结构和原理如图所示。

图中仅为液体流量标定装置其中一条管线, 我厂标定装置基本检定管线:DN15/10、DN25/20、DN50、DN80、DN150/100、DN200共计6条。流量检定范围为0.05~500m3/h。4个标准罐容积分别为:30L、300L、1500L和6m3。

泵是提升液体的设备, 按装置的流量范围1~500m3/h及计算的压力损失确定泵的流量和扬程。为了防止液体回流, 在管路上安装单向阀。

2武汉石化水流量标定装置控制系统实现

为了满足液体流量检定系统的各项要求, 检定系统采用PLC为处理核心, 工业计算机为人机交互接口的控制方式。现场的泵、阀门、流量、液位、温度、压力、电子称等信号通与PLC进行通讯, PLC通过RS232/485转换模块与工业级计算机进行通信。

2.1 控制系统数据信号处理

专用电源模块, 为PLC系统提供可靠、稳定的电源。CPU模块, 用于整个硬件系统的自动化控制和数据的初步处理。通讯模块, 使用标准通讯协议与上位机或工业网络通讯, 保证数据的准确性、时实性。高速计数模块, 用于对不同流量仪表的输出脉冲进行计数。14位A/D转换模拟量采集模块, 用于自动采集温度变送器、压力变送器信号和被检表输出的4~20m A等模拟信号。D/A调节量输出模块, 控制各种调节量。开关量输入/输出 (I/O) 模块, 用于输出各种开关变量, 控制开关阀及泵的启停。

2.2 检定系统实现功能

1) 控制功能。泵的启停、泵和标准流量计前、换向器后的阀门控制;被检表后调节阀开度;换向器的换向控制。

2) 数据信号采集功能。对装置的温度压力变送器和液位信号测量;采集装置的标准流量计信号;装置被检表流量信号测量, 包含4-20m A电流信号、0至10KHz脉冲信号、电压信号采集;电子称信号采集;阀位开关限位信号采集。

3) 数据处理功能。按照国家强制检定规程对检定结果进行检定数据处理和判定;系统可针对不同的被检表进行参数设置;检定点数、检定次数与检定时间设置灵活, 程序默认设置是按照国家检定规程选定的检定操作, 在遇到特殊情况或规程变更时, 也可由用户自由设置;系统记录检定过程中的数据, 提供实时趋势图显示功能。

4) 显示功能。系统流程图动态显示, 各参数状态实时变化;在系统中实现流量计检定程序及步骤的选择和设定、参数设置、数据计算、数据显示、自动打印符合国家检定规程和标准的仪表检定报告和证书。

2.3 水流量标定装置检定流程

首先启动仪表供电和变频器供电。装置开始工作后, 操作界面的温度压力等信号首先传入并动态显示。选择相应管线, 打通管线流程, 换向器打到排水方向。此时可以启动变频器打到工作频率, 泵开始工作, 水流开始在管线内流动。通过稳压罐和消气器的作用, 使水流逐渐稳定下来。调节阀和变频器同时调节水的流速, 使之达到检定点流量。

开始检定时, 换向器打到进罐方向, 同时计时器也开始计时, 脉冲检测器也开始计录脉冲数。当达到了预计时间是, 换向阀自动打到排水位置, 计时器和脉冲计数同时停止记录。记录容器内水的质量作为质量法比对结果。

3武汉石化流量标定系统上位机操作

3.1 选罐

检定前, 需要根据被检表参数选择容量罐。点击界面左上角“选罐建议”按钮会弹出选罐对话框。根据系统内储存的罐容表, 在检定流量值、检定时间和罐号三个变量里, 任意输入两个变量, 即可获得第三个变量的数据。例如途中检定流量选择50t/h, 时间选择72s, 根据计算系统建议罐号为3号标准罐, 同时给出开泵建议如图。

3.2 夹表

首先在现场操作夹表器, 将流量计安装在试验管路上, 保证无泄漏。控制系统中点击管线上“被检表”按钮弹出被检表参数输入对话框。依次输入仪表类型、信号种类、最大流量、最小流量、单位脉冲对应流量值完成夹表操作。夹表操作完成后, 现场备件表前后阀门自动开启, 整个检定回路联通。

3.3 检定参数设置

开始检定前, 需要首先设置检定流程。点击界面左上角“检定参数设置”按钮弹出对话框。本套装置实用水作为标定介质, 介质密度一栏输入水的密度998kg/m3随后按照流量计检定规程设置相应的检定点数和检定次数, 系统根据上一步设置的最大最小流量与检定规程自动给出相应流量检定点以及检定时间。对于在特殊流量段有检定要求的流量计, 可以手动设置检定点和检定时间。

3.4 检定结果输出

检定结束后, 控制系统自动输出原始检定记录报表。在原始记录中, 测量时间、称重质量、压力、温度以及脉冲数为直接测量值, 其余部分均为计算值。示值误差为重要检定结果, 直观反应了质量流量计计量数据与真实数据的差量。对于贸易质量流量计, 要求示值误差了正负0.2%以内。

4实际使用过程中存在的问题

4.1 部分型号质量流量计的频率信号无法接收, 且无法识别无源信号

信号接收问题是由于PLC的先天不足造成的。该套标定装置采用的PLC为罗克韦尔自动化公司旗下A-B公司生产的SLC500型小型PLC。04年新建时脉冲计数模组的脉冲幅值和占空比未提供选择, 也不能向外部提供供电。所以目前部分流量计的脉冲信号检测不到。需要测量无源信号时必须在回路中增加外部供电设备。

整改措施:PLC更换, 增加高速脉冲计数通道数 (同时2路) 。增加系统接受被检表信号的能力:接受脉冲信号幅值、占空比可选择 (最高频率可至10k Hz) , 提供将 (4~20) m A信号转换为标准脉冲频率信号设备 (转换精度0.01%)

4.2 稳压罐压力、换向器尾杆位置信号、地下水池液位、标准表脉冲信号等未接入系统

整改措施:将稳压罐压力、换向器尾杆位置信号、地下水池液位、标准表脉冲信号等接入系统, 增加地下水池液位显示、称重容器液位报警等功能。

4.3 大容器放水速度慢, 拖慢检定效率

测试发现大容器放水时, 水流在罐内形成漩涡, 降低了排水时间。

整改措施:最大标准罐 (6m3) 下排水口原为DN150口径, 加粗为DN250口径。改造前测算DN250口径排水口改造后增加的重量, 与最大使用量这和是否超过电子称6t的最大量程。

4.4 现装置晶振 (时间计量) 未纳入检定。换向器换出、换入时间测试需增相应设备和软件功能

现用PLC的晶振时钟只能精确到毫秒级, 不满足检定规程0.5微秒的要求。换向器动作时会产生延迟 (换向时间) , 换向时间应足够短, 国家规定小于0.2s, 换向器正反行程差应小与0.02s。现装置未进行换向时间计量, 对测量结果有影响。

整改措施:增加外部时间计量单元, 换向器换出、换入时间差检定、系统晶振 (时间) 检定, 将时间计量引入质量法检定、对比法检定同步控制。

5结论

武汉石化这套流量标定装置于05年建成, 至今已正常使用9年。在满足对不同类型流量计进行检定的前提下, 该装置突出了不确定度低 (优于0.05%) 、范围度宽 (DN10~DN200) 、自动化程度高等特点。该装置设计指标符合国家液体流量标定装置标准, 并取得湖北省质量技术监督局检定资质授权, 完成流量计检定任务的同时, 也为公司节约了大笔资金。随着流量计的更新和检定标准的提高, 这套流量标定装置也将进行升级改造, 不断适应变化的需求。

参考文献

[1]郭宗仁.可编程控制器及其通信网络技术[M].北京:人民邮电出版社, 2008

[2]肖汉卿, 王池, 孔庆彦等.JJG 667-1997液体容积式流量计检定规程[M].中国计量出版社, 2004.

流量计标定系统篇4

1 新旧装置的对比

1-进口阀;2-管道;3-平衡夹;4-文氏管;5-出口阀;6-单管压差计;7-计量槽;8-刻度尺;9-液面计;10-放水阀

旧实验装置测压采用单管压差计测量, 用秒表计时, 每改变一次流量, 都要把计量槽中的水放掉, 读数误差相对较大, 实验比较费时, 实验装置只能标定一种流量计, 比较单一, 综和性较差, 其流程图见图1。

流量计综合性实验装置流程示意图如图2所示。新实验装置即可以采用容量法也可以采用标准流量计法对流量计进行标定, 标准流量计采用测量精度高的涡轮流量计, 可分别标定孔板流量计、转子流量计、文丘里流量计, 与旧装置相比, 学生采用新装置进行实验, 可对常用的流量计的构造、工作原理和主要特点都能充分的了解。实验中压降、时间和水温、涡轮流量计流量的大小都采用自动化仪表自动测量, 快速准确。在较短的时间内, 就可以标定3个流量计。

1-涡轮流量计;2-放水阀;3-离心泵;4-温度计;5-转子流量计;6-孔板流量计;7文丘里流量计;8-储水槽;9、10、11、12-流量调节阀;13-压差传感器;14-计量槽

新装置的使用提高了实验效率, 激发了学生对实验的兴趣, 提高了学生分析问题解决问题的能力, 开阔了学生思路, 可以加深学生的工程意识, 了解现代化工的内涵, 受到了学生们的普遍欢迎, 同时也减少了老师的指导时间, 实验教学自身的实践性注定了它在培养学生综合素质、创新能力方面有着与课堂教学无可比拟的地位。

2 采用新装置是时代发展的需要

近年来, 不少高校推出了自己的新一代实验装置, 我国的生产装备进入了一个高速发展的时期, 大量的智能化、信息化的生产装备正以惊人的速度淘汰以往落后的生产线。同时, 国家在十二五规划中明确提出要改变经济增长方式和产业结构, 大量新型的设备得以快速普及, 这就使得社会对能快速熟悉智能化、信息化生产设备人才的大量需求。做为一个以培养新型、高技术、适应社会发展需要的人才的工科学校, 我校在这方面也感到压力和责任的重大。为了应对21世纪化工设备智能化、信息化的发展需要, 逐渐淘汰落后的实验装置, 保留典型的验证型实验, 对原有实验装置进行改造, 研制引进新的研究型、综合型实验装置, 加大对实验室的投入, 采用智能化综合化的实验装置是必然的发展趋势, 目前北京化工大学和天津大学已经开发出一系列化工原理综合性、智能化、自动化的化工原理实验装置, 已经在一些高校开始推广和使用[3]。设备的更新加深了学生对实践环节的理性认识。

3 综合性实验装置有利于教与学

新的研究型综合型实验装置是当今实验教学面临的重要课题。如何利用实验装置激活学生的创造思维, 是实验教师在不断探索的问题。化工原理实验具有较强的工程性, 通过实验环节提高学生的工程观念很重要, 采用综合性的实验装置, 对学生加深对化工过程的认识, 理解实验原理, 提高实验效率, 激发对化工原理实验的兴趣有非常重要的意义, 由于装置的数字化和信息化, 能使参数的测定快速准确[6]。对指导教师来说, 指导实验也变得轻松, 教学效果也得到了提高[4,5], 利用综和性实验装置, 教师也可以指导学生开展设计性实验。

4 结语

流量计标定综合性实验装置设计制造美观、精致, 功能多、操作方便, 达到了数字型和基本型互补、手动操作和自动控制相结合的要求, 可手动或通过计算机调控参数进行在线采集、分析处理实验数据和自动进行实验结果评测, 有利于训练、提高学生实验操作技能和数据处理能力, 激发学生进行实验研究的兴趣, 有利于培养学生的工程能力和创新意识[7], 同时也可以提高学生科研能力。

参考文献

[1]杨祖荣.谈谈化工原理实验室的改造与创新[J].化工高等教育, 2003 (2) :55-56.

[2]张卫华, 徐洪军.化工原理实验[M].长春:吉林科学技术出版社, 2007:87-93.

[3]阮乐, 张哲.浅谈化工原理实验教学的发展[J].广东化工, 2011, (7) :217.

[4]王任芳, 李克华.化工原理课程体系的构建与实践[J].长江大学学报:自然科学版 (理工卷) , 2008, 5 (1) :324-325.

[5]倪献智.化工原理课程教学中突出工程观点和方法教育[J].化工高等教育, 2007 (3) :79-82.

[6]郭庆丰, 彭勇, 余立新, 等.在化工原理实验教学中培养学生综合素质及创新能力[J].化工高等教育, 2004 (1) :45-47.

流量计标定系统篇5

北京大陆力达仪表科技有限公司是一家拥有二十年研发及生产经验的国内专业生产质量流量计的厂家, 置于该公司生产厂内、由中国计量科学研究院检定验收并颁布相关许可证书、经北京市技术监督局管理的“称重法流量计量标定装置”稳定运行一年后, 于近日顺利通过有关部门的定期复检。

该装置是继中国计量科学研究院、北京计量科学研究院、中石化燕山石化检定中心之后, 北京市第四套精度和重复性小于万分之五的水流量检定装置。

该装置的建成及运行, 对于“大陆仪表CMF-DLII”型质量流量计发展过程中科研水平的提高, 生产过程的保证, 产品精度及稳定性的提高均提供了有力保障。伴随着高温型、高精度型 (0.15级) 等一系列新产品的推出, 北京大陆力达仪表科技有限公司必将为自动化装备国产化水平的提高做出贡献。

室内电缆标定系统应用分析篇6

1 系统结构

室内电缆自动丈量打标系统是在室内对测井电缆进行全自动标定的过程, 整个运行过程由微机实施控制, 模拟电缆在井下的状态对电缆施以合适的张力, 对测井电缆自动丈量打标。

现场的设备“读磁机”到“注磁机”的距离为20米可微调, 打标的过程是:首先电缆从电缆车上出来依次经过“读磁”、“马丁代克”、“注磁”、“消磁”, 再盘在张力滚筒上, 然后固定在绞车上, 然后由绞车收电缆至需要打标的长度, 此过程称为倒缆, 然后开始打标过程, 打标时首先给电缆施以一定的张力, 由电缆车收电缆, 电缆依次经过“消磁”、“注磁”、“读磁”, 经过一定的距离后, 模拟井下给电缆分段减张力, 就这样在电缆收回的过程中给电缆打标。

1.1系统工作原理

室内电缆自动丈量打标系统, 工作原理是通过读磁信号打标, 注磁机和读磁机之间的距离是20米, 当读磁机读到磁信号时, 同时注磁机就在当前的位置注一个磁信号。那么确定第一个标也是电缆的最后一个记号的位置就很重要, 如果我们的打标电缆长现在就是L=x+y-z (x设为收电缆长度, y为鱼雷头的长度, 马丁代克清零位置到注磁点的距离是z, ) , 下面我们就计算在L这段电缆上能够打多少个标, 如果小记号间隔是s, 系统零长是l, 那么系统打标个数就是n= (L-l) /s取整。那么打第一个标的位置就应该是n*s+l, 打标过程开始后, 电缆走过L (n*s+l) 米后就是第一个标的位置了。 (这里我们把L- (n*s+l) 叫做走缆长度, 把n*s+叫做剩余缆长) 。计算出第一个打标位置后, 那么在读磁机读到这个磁信号时就到了下一个打标点的位置, 依次类推标定完所收电缆。

2 室内自动打标系统电缆标定的实现方法

通过室内电缆自动丈量打标系统对电缆进行的深度标定, 需拿到标准井上对标准记号不进行消磁, 分别校深出600米、1600米电缆零长。

根据标准井电缆校验公式:计算公式:电缆零长=标准接箍深度—[与标准接箍相临最近的记号深度+仪器零长+连接器长度—记号器高+ (两记号之间理论值×图上测量值/标准接箍中两记号之间深度) ]

其中标准接箍深度, 与标准接箍相临最近的记号深度, 仪器零长, 连接器长度, 记号器高, 两记号之间理论值均为固定值, 图上测量值为电缆记号与标准接箍间的图上实际测量值

要使校深结果符合标准, 就需调整电缆记号与标准接箍间的图上实际测量值, 对于室内电缆自动丈量打标系统来说, 通过标准井校验, 算出600米到1600米之中的千米伸长量, 这个伸长量作为电缆误差参数, 来微调读磁器标尺改变读磁器与注磁器的距离, 调整号与标准接箍间的测量值, 改变电缆零长。其中标尺的可控范围是0-10cm, 由于第一个标的位置不变, 通过标准井算出的千米伸长量平均分配到此后的每个记号中, 从而改变记号与标准接箍间的距离, 调整零长。对于同一盘电缆来说这个标尺位置在第二次进行电缆深度标定时依然可以正确的校深。当调整读磁器标尺时, 电缆记号位置也随之改变。

3 影响电缆深度标定记号的精度因素及解决方案

由于电缆在井下受到自重等因素的影响, 电缆肯定会由于受力拉伸而伸长, 且电缆放的越长, 其受到的拉力也就越大, 而这个拉力对电缆等间距的标定造成的影响是不能忽略的, 所以为了在室内能够模拟井上电缆打标, 就一定要把这个力考虑进去, 人为的给电缆施加张力。且我们认为如果给电缆施以一个合适的力, 那么它的受力变形拉伸足以抵销其在自重状态下的变形拉伸, 但是由于电缆长度太长, 从头至尾的受力不可能用一个力就可以模拟, 所以可以考虑在打标过程中对电缆分段施以张力来模拟电缆的井下受力, 则需要掌握电缆在分段中所受张力的参数, 但整个系统在运行过程中利用双滚筒通过拉力传感器, 人工给电缆施加张力。

首次给电缆施加张力达到1.5吨以上时, 通过对同一电缆连续三次的标定, 调尺即调整千米伸长量对电缆的影响无规律, 通过现象可以看出由于张力, 绞车司机在回收电缆过程中速度不稳定, 导致电缆记号间距不均匀, 注磁器不能稳定的在预定位置注磁, 使调尺不能达到预期目的。

但当固定每盘电缆所加张力浮动在1.1-0.6吨之间, 不仅在操作上更容易控制, 而且绞车能够保持收缆速度相对稳定, 在误差参数的确定上也能更加精确。

同样在不同温度下, 电缆外径产生变化, 导致系统在读磁时产生误差, 误差累计, 使零长出现偏差。

4 实际应用情况分析

系统在投入使用的两年中, 通过对近300盘电缆深度记号的标定, 第一年打标的成功率为80.2%, 一次性打标的成功率为48%, 但是通过一年的数据统计, 规律积累, 基本掌握了张力, 温度等因素对电缆记号标定的影响, 通过改进方法使张力和温度等因素的影响降到最低, 打标成功率上升到85.6%, 一次性打标的成功率上升到60%, 通过一次性打标成功率的大幅上升, 提高了生产效率。

5 结论

(1) 使用室内电缆自动丈量打标系统具有省工、省力、精度高等特点, 适应现代测井队伍作业的需求。

(2) 使用室内电缆自动丈量打标系统在实践使用过程中, 通过对数据的分析, 规律的摸索, 大大的加强了电缆记号标定的准确性, 提高了生产效率。

(3) 通过跟踪小队校验记录, 室内电缆自动丈量打标系统对电缆记号的标定具有较强的稳定性, 在生产作业中节省了作业成本。

参考文献

[1]刘江伟, 李建华, 等.测井电缆深度记号标定新方法实现的研究与应用.测井技术.中国石油学会测井专业委员会会刊, 2007.P580~P582[1]刘江伟, 李建华, 等.测井电缆深度记号标定新方法实现的研究与应用.测井技术.中国石油学会测井专业委员会会刊, 2007.P580~P582

挤压联合粉磨系统的标定与改进篇7

挤压联合开流磨系统作为辊压机配套球磨机的水泥生产工艺, 是目前已趋于成熟的工艺系统, 由于采取了磨前预破碎, 入磨物料细度与传统工艺相比大大降低, 通过“多碎少磨”, 减轻了球磨机负担, 提高了水泥粉磨效率[1,2]。然而, 由于粉磨效率涉及到设备及操作参数等诸多因素, 要有效地提高整个系统的生产能力, 需综合分析各种因素, 并进行全面优化。

笔者通过对某公司水泥粉磨系统进行标定和水泥磨筛析曲线分析, 对影响系统生产能力的因素进行了研究, 提出了相应的改进措施, 并进行了生产验证。

1 系统运行工况

某公司生产规模为10 000 t/d熟料, 配套水泥粉磨系统采用挤压联合粉磨生产工艺和设备, 设计年生产能力为100万t, 工艺流程图见图1, 主要设备见表1。

标定时, 磨机进料总量约115 t/h, 含辊压机系统104 t/h (熟料+石膏+石灰石) 和直接入磨机11 t/h的粉煤灰。水泥品种为P·O 42.5水泥。质量控制指标为:比表面积>380 m2/kg, 80μm筛筛余<1.5%。进料组成为:熟料80.0%, 石膏5.5%, 石灰石6.0%, 粉煤灰8.5%。通过调节打散机分级风轮转速控制入磨物料的数量和细度, 同样对循环回到辊压机的物料也起到控制作用。出磨水泥温度为119.5℃, 对磨机外壳进行喷水冷却, 同时用带有袋收尘的磨机通风系统对磨机进行冷却。

从中央控制室显示数据来看, 磨机电流220～225 A, 功率3 028 kW, 电压10 kV, 功率因数为0.786, 磨机转速15.8 r/min。辊压机固定辊在电流26.3～30 A (功率358～408 kW) 、活动辊在电流21.7～23.7 A (功率295～323 k W) 时运行。

2 系统标定

2.1 标定方法

(1) 在典型操作条件下, 磨机平稳运行一段时间, 记录数据, 对辊压机以及打散机回路系统采样。取下列点处的样品: (1) 出辊压机的物料; (2) 打散机回粉; (3) 辊压机产品; (5) 入磨物料。

(2) 急停后, 对磨机内部进行检查和取样。取轴向样本11个, 其中Ⅰ仓3个样本, Ⅱ仓3个样本, Ⅲ仓5个样本进行0.045～10.0 mm范围的筛分分析。

2.2 辊压机标定结果

(1) 由喂料量104 t/h与辊压机功率692 k W, 可算得辊压机的单位功耗为6.7 k W·h/t。按 (1) 式计算循环负荷率 (CL) [3]。

式中:r———出辊压机的物料细度, 80μm筛筛余83.2%;

f———出打散机的细粉细度, 80μm筛筛余63.6%;

b———回辊压机的粗粉细度, 80μm筛筛余95.2%。

计算得辊压机的循环负荷率为163%, 求得总进料为170 t/h, 辊压机单位电耗为4.1 kW·h/t, 这与一般情况下辊压机电耗2.5～3.5 kW·h/t相比偏高。

一般而言, 运行状况好的辊压机工作功率大约是装机功率的60%～80%。该辊压机的工作功率约为692 k W, 而装机功率为1 260 k W (2×630 k W) , 只有装机功率的55%左右。

(2) 辊压机的运行情况稳定, 但活动辊与固定辊的辊间距较大;中心位置的机械限位块存在着限制活动辊向固定辊运动的现象。根据观察, 辊间隙在21～46 mm之间波动, 意味着两辊发生“倾斜”。其原因是:物料在辊表面分布不均;辊表面磨损;压力补偿未起作用;更严重的情况是辊出现机械故障 (两辊轴线不平行) 。

(3) 通过对辊压机产品进行粒度分析, 发现产品较粗, 高于正常水平, 且计算得到的辊压机总效率较低, 表明辊压机负荷不足。其原因, 主要是由于缺乏“壅塞式”进料和辊压较低造成的。

2.3 球磨机标定结果

2.3.1 仓内情况

磨内各仓的情况见表2。

2.3.2 磨内筛析曲线

在磨内轴向取样绘制筛析曲线, 见图2, 样本编号表示各仓取样点。

2.3.3 结果分析

(1) 出磨水泥45μm筛筛余为8.7%, 产品比表面积为420 m2/kg, 表明产品粒径分布范围相对较宽。

(2) 将磨机喂料量115 t/h和磨机功率3 028 k W换算成磨机单位电耗为26.3 kW·h/t, 按所给比表面积计算得出的磨机效率很高, 为37.6 cm2/J, 而系统的实际效率见表3, 低于理论计算值。

(3) 由图2可以看出, Ⅰ仓的作业效能较为理想。2.36 mm、1.18 mm和0.3 mm筛筛余分别为0.1%、0.2%和1.5%, 而最大允许值分别为1%、5%和20%。

(4) Ⅱ仓出料隔仓板的阻塞程度约为90%, 主要是由陷在筛缝中的较小尺寸的物料造成的。而且从图2可以看出, Ⅱ仓的粉磨效率较差, 级配需调整。

(5) Ⅲ仓为开放式设计, 磨机出口有3块活化衬板和1个挡料环。使用这种衬板的有效性尚未得到证实, 但会增加磨机电机所汲取的功率。挡料环的质量可以用更多的研磨体代替, 从而可提高粉磨效率。Ⅲ仓出料仓板堵塞情况严重, 因此需定期清理Ⅱ、Ⅲ仓隔仓板筛缝, 从长远来看, 需考虑对Ⅰ仓、Ⅱ仓隔仓板和出口隔仓板重新设计, 最好使用自清洁式、筛缝方位沿周向排列并带有良好流量控制机制的隔仓板。

3 球磨机筛析曲线

2012年1月至4月筛析曲线汇总结果见图3。

由图3可以看出, Ⅰ仓筛余下降较大, 说明Ⅰ仓破碎能力过剩。Ⅰ仓除承担破碎作用外, 还具有一定的粉磨作用, 但是由于Ⅰ仓平均球径大, 粉磨效率相对Ⅱ仓和Ⅲ仓低, 出仓物料偏粗, 说明Ⅰ仓长度和装球量足够大或者偏大。Ⅱ仓筛余变化趋势较小, 说明Ⅱ仓粉磨效率较差, 其级配需调整。主要原因是: (1) 装球量偏少; (2) 仓内钢段分级不明显甚至反向分级, 造成粉磨效率下降。Ⅲ仓筛余变化趋势基本正常。

从总体上看, 磨机整体筛余变化趋势不是很合理, Ⅰ仓破碎能力偏大, Ⅱ仓粉磨效率较低。从实际生产控制情况看, 磨内物料流速较快, 磨音清脆, 粉磨效率不高, 水泥细度控制的稳定性较差。

4 系统改进

4.1 调整辊压机工作压力, 更换打散分级机筛板

结合进厂原材料的特点, 将辊缝间隙从25～30 mm调整到20～25 mm, 压力从6～7 MPa调整至7～8 MPa, 辊压机的挤压效果明显提高。从实际生产看, 出辊压机料饼厚度均匀, 成饼量上升, 有效地提高了打散分级机料饼打散和分选效率[4,5]。

将打散分级机筛板更换为细筛板, 筛网尺寸从8 mm下调为5 mm, 从而将入磨物料细度从筛余65%以上下降为50%左右, 为缩小磨内钢球直径和进行级配调整创造条件。

4.2 球磨机研磨体的更换和级配调整

调整前后研磨体级配见表4。针对磨内球段磨损较快的问题, 重新选择了供应厂家, 更换为耐磨高铬球段。

4.3 清扫球磨机隔仓板篦缝和更换隔仓板

(1) 定期清理篦缝。要求充分利用水泥磨定检时间或停磨的机会, 对Ⅱ仓隔仓板、Ⅲ仓出料仓板篦缝进行清理, 以保持磨内通风和物料流速, 避免过粉磨现象。

(2) 将Ⅱ仓隔仓板更换为新型防堵塞隔仓板, 其篦孔由直方型变更为弧形筛孔。从使用情况来看, 效果良好。

5 改进效果

(1) 经过改进后, 系统产量提高15%以上。