为什么流量仪表现场准确度低于校验?
◇ 多弯头组合:上述情况是单弯头前为充分发展紊流,在 工业现场是很少见的。常见的是多个弯头或弯头与其他阻 力件的组合,所以仅做几个单头试验远远不能解决非充分 发展紊流的问题。这种复杂的组合,加大了二次流、漩涡 及离心力的强度,流动会更加恶化,管道越大(D>400mm)改善越困难。据专业人士估计,直管段长度至少应大于20D, 否则准确度很难达到5%。加大弯头之间的间距有可能弱化相互的影响,专业人士建议,二个弯头之间的距离不应小于5D。
(2) 变径管
为了改变工艺管道的口径通常采用变径管,主要有扩管及缩管两种形式。长期以来它对流场的影响一视同仁,未加区别(如美国API ANSI 1991-1999)。但笔者认为,缩管如果处理适当不仅不至于破坏流场,而且可以消除漩涡、改善流场,现对以下两种情况进行讨论:
◇ 突变管:即管径的改变没有过渡,突然地扩大(如图2)或 突然缩小,都将产生漩涡,破坏流场,管径变化越大,破坏性越强。
(3) 阀门
在流程工业中通常采用阀门来改变流量的大小。阀门的形式多样,是一个较复杂的阻力件,不仅给流动带来漩涡,而且恶化流速分布(如图3)。相当多的阀门在使用中都不是处 于全开的状况,开度越小,恶化流场越严重。而且,在流体的控制中阀门往往作为一个降压装置,使流体产生压损,压力急剧下降,还容易产生空穴,进一步增加流量仪表的误差及危害。
(4) 歧管
在流程工业中,如从主管道流出一部分流体或有一部分流体从外流入主管道都要采用歧管。一般来说前者对流场的影响将小于后者,当然这种影响还取决流入或流出流体的流 量与主管道流量的比例,比例越小影响也越小。当流体从歧管流入主管道时往往不可避免地和主管道的流动产生漩涡并恶化流速分布,直到两种流体完全混合为止。如必需确保 流量准确度,流量仪表应尽量避开歧管,或加长上游直管段长度。
上述介绍仅为几种典型的阻力件,在现场应用中,形形色色的阻力件会根据工艺要求,以各种方式组合起来,形成各种流动形式,对流量仪表的影响,也很难通过试验来加以规范修正。当前国际标准化组织(ISOTC30) 还是建议采用整流 器(或称流动调整器),以便在不长的直管段长度获得较为理想的流场,让流量仪表保持较高准确度。
意犹未尽之语
(1) 流速分布的影响
本文分析了流量仪表在现场应用时受制于工艺条件。不可能处实验室那样的理想条件,所带来的误差,其中有些影响因素(如流体的物性,性状)是可以通过修正减弱或消除,而 有些则不可能,如面对万千种阻力件及其结合所带来的复杂流场,它们难以通过实验室模拟重现,无法修正,而它们却又是影响流量仪表(特别是曾占流量仪表市场中大部分的经典 式节流装置)提高准确度最大的障碍。
(2) 流动调整器的作用
为了改善流动状态,国际标准化组织ISOTC30,一直推 荐采用流动调整器,类型多达几十种,但并未见成效。问题不仅是增加成本及安装维护量,而它本身就有一定的长度(有的可达2D),而在安装上它还要求距阻力件及流量仪表各约 4~5D,总计约10D,对于中小口径来说可能不成问题,而在 工程规模日益增大的趋势下,现场就无能为力、难以提供。 因此,采用流动调整器并非上策。一而再地提出也谈不上有什么深远意义。
在流量仪表家族中,经典式节流装置使用时间最长,装机量曾几乎占60%以上,且积累了大量的试验数据……虽然 优点多多,但无法面对直管段不足,准确度下降的矛盾。只能是无可奈何花落去了,这是不以人的意志为转移的形势的要求,近十年来国内外,涌现了不少新型的节流装置(内锥、 整流、平衡、槽道、梭式)。它们的共同特点就是上游直管段长度只要求2~5D。即可保持±0.5~1%的准确度。当然它还稚嫩,这是一个新生事物都会遇到的问题,难道孔板的发展初期不也是这样吗?(end)
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