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影响循环水流量计响应速度的常见因素及处理结果分析

发布时间:2021-09-06 01:52:36  点击次数:105次

摘要:分析影响循环水流量计响应速度的常见因素,通过实验测试研究分析了某型号电磁流量计在+23℃、-30℃和-40℃三种温度θ下,出口压力p2分别在2.1kPa和30kPa时,流量变化分别从第1阶梯突变到第5阶梯时的响应速度。
响应速度是电磁流量计性能指标之一,它对于满足下游用户对燃气的需求起着重要作用。通常情况下,电磁流量计的响应速度由以下几个因素决定,温度θ的高低,摩擦力F的大小,润滑脂的黏度μ,以及下游管道容积V的大小等。在我国北方寒冷的冬季,室外平均温度在零下-10℃左右,局部地区达到零下-20℃、-30℃,这对于工作在室外的电磁流量计是一个极大的挑战。同时,天然气在绝热节流膨胀的传输过程中,由于焦耳-汤姆逊效应,随着压力降的增加,温度会逐渐降低,这又会加剧循环水流量计工作的恶劣环境。
1、影响循环水流量计响应速度的常见因素
影响电磁流量计响应的因素主要从以下几个方面考虑:
1.1 从设计方面,电磁流量计的响应速度主要取决于以下几个因素
(1)系统摩擦力的大小;
(2)设计时系统平衡力是趋于开启还是趋于关闭;
(3)阻尼器阻力大小;呼吸孔气体交换的速度;
1.2 从燃气传输系统方面考虑,取决于下面两个因素
(1)下游管线体积越小,越不利于系统响应;
(2)气体介质密度越大,其流动性越差,系统响应也越慢。
1.3 从使用环境来看,有以下2个因素:
(1)电磁流量计工作的环境温度
(2)工作介质的清洁程度
本文主要从循环水流量计使用的环境温度方面考虑,结合客户在使用中遇到的实际问题,对电磁流量计在不同的温度条件下进行测试、分析。图1所示为北美客户所使用某型号电磁流量计典型工作环境,由于该产品工作在户外,冬季夜间温度可达到-30℃到-40℃,工作环境极其恶劣。

2、实验室模拟测试
2.1 实验内容
该测试主要利用实验室测试条件,模拟客户现场使用情况。其主要测试内容包括:测试电磁流量计在+23℃,-30℃和-40℃三种温度下,电磁流量计出口压力分别在2.1kPa和30kPa时,流量分别从第1阶梯到第5阶梯时的响应速度,客户所提供的流量阶梯如图2所示。横轴表示下游球阀开启动作时间,纵轴表示循环水流量计下游需要的流量q。

2.2 实验装置
循环水流量计响应测试装置图见图3。实验装置主要由某型号电磁流量计,恒温温控箱,DN40压力管道,三通,球阀,压力变送器,流量计和数据采集系统等组成,实验介质为清洁的压缩空气。
其中被测电磁流量计是符合GB 27790-2011《城镇电磁流量计》规定的“静特性测试装置”,稳压精度可达AC5。
恒温温控箱:控温范围为-78℃-180℃,精度为+0.1℃。
压力变送器:进口压力端量程0-100Psi,出口压力端0-250英寸水柱,精度均为±0.025%。
流量计:采用精度为±0.35%的质量流量计。
球阀:响应速度为150ms
数据采集系统:NI Labview采集系统,数据采集频率为50次/s。

2.3 实验步骤
将某型号循环水流量计安装在如图3所示的测试管线上分别将电磁流量计的出口压力p2设定在2.1kPa和30kPa,其响应速度测试实验步骤如下:
开启1号球阀,同时关闭2,3,4号球阀,使系统流量q维持在8.5m3/h,将温控箱温度设定在-30℃,并维持24h,使电磁流量计所有零部件均达到相同温度。
打开数据采集系统,并将采样频率设定在50次/s,采集时间t为120s的数据。
打开2号球阀,使测试系统流量q由8.5m3/h增加到51m3/h。
采集120s的数据。
同时打开3,4号球阀,使系统流量q由51m3/h增加到164m3/h。
采集120s的数据。
关闭4号球阀,使系统流量q由164m3/h降低至119m3/h。
采集120s的数据。
同时关闭2,3号球阀,使系统流量q 由119m3/h降低至8.5m3/h。
采集120s的数据。
关闭数据采集系统。
将温控箱温度重新设定至-40℃,和+23℃,重复步骤a)到l)。
3、实验数据处理及结果分析
3.1 实验数据处理
通过实验室的模拟测试,对于2.1kPa和30kPa出口设定压力,分别得到的6条曲线,3条不同温度下的压力曲线和3条不同温度下的流量曲线,如图4和图5所示。在第120s、240s和360s时,由于流量突然增加,造成出口压力瞬时降低。在第480s时,由于流量突然减小,造成出口压力瞬时升高。图中的横轴表示球阀的动作响应时间,第一纵轴对应电磁流量计出口压力p2,第二纵轴表示电磁流量计对应该出口压力下流量q。

3.2 实验结果分析
为了深入研究温度及流量突变对循环水流量计响应速度的影响趋势,把每个流量突变点前后的出口压力p2,流量q列表如表1所示。
从第1阶梯到第2阶梯,以及从第2阶梯到第3阶梯,下游用户需求量突然增大,流量陡增,电磁流量计不能及时打开,造成出口压力p2在流量陡增的瞬间下降,然后逐渐恢复平衡。相应的从第3阶梯到第4阶梯,以及从第4阶梯到第5阶梯,下游用户需求量突然减小,流量陡降,循环水流量计不能及时关闭,造成出口压力p2在流量陡降的瞬间突然升高,然后逐渐恢复平衡。
为了更直观严谨的对比每个阶段响应速度的不同,对原始数据进行处理,得到如下表格2和表格3。将△p2%/△q%作为响应速度的直观量化表达,若△p2%/△q%的值大,说明单位流量变化照成的出口压力变化大,即说明电磁流量计响应相对较慢,反之亦然。


4、结束语
在相同条件下,工作环境温度越低,电磁流量计响应速度越慢。在流量陡降瞬间,-40℃温度条件下,电磁流量计的响应速度最慢。
循环水流量计在流量陡降时(第3阶梯到第4阶梯,第4阶梯到第5阶梯)比流量陡增时(第1阶梯到第2阶梯,第2阶梯到第3阶梯)响应速度慢。即电磁流量计在关闭时的响应速度比打开时的响应速度慢。
在相同工况下,电磁流量计出口压力p2的设定值越低,其响应速度相对越慢。

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