差压式流量测量技术问答(四)节流装置计算及温压补偿计算

专家:汪玉忠 领域:仪器仪表 行业:冶金 日期:11-07-04 17:07 点击数:3820

 

                        
                                    天津石化炼油厂 汪玉忠

    24 什么是雷诺数?在节流装置计算中的作用及计算式是什么?

    雷诺数是流体惯性力与粘性力之比的无因次的数,用ReD表示。雷诺数表示流体的流动状态如层流或紊流,ReD =2300是临界雷诺数,当ReD<2300时为层流、ReD>2300时为紊流。计算公式如下:

    (24-1)

    式中:u—流体流速 m/s;

    ν—流体运动粘度 m2 /s;

    L—流体特性长度 m;

      流体在圆管道中流动时L=D 则 ReD=uD/v(24-2)

    将 代入式(24-2) 则

    (24-3)

    式中:qV — 体积流量 m3 /h D—管道直径 mm

    ν—运动粘度 cst (1cst=102 Cm2 /s) ReD —管道雷诺数

    25 什么是流体粘度?粘度单位有哪些?

    流体粘度是指流体流动时,流层彼此之间相互作用形成的内摩擦,使流体显示出粘滞性,粘度就是衡量粘滞性大小的物理量。根据牛顿粘性定律用下式表示:
  
              
    式中 F—相邻两层流体做相对运动时产生的内摩擦力,N;

    S—相邻流体层的接触面积,m2;

    dv—两流体层的相对运动速度,m/s;

    dx—两流体层的距离,m;

    dv/dx—相对运动速度沿法线方向的变化率(速度梯度);

    μ—流体动力粘度,N•s / m2。

    流体粘度影响流体流动状态,反映在雷诺数的计算中,雷诺数与粘度相关联。粘度大小常用运动粘度ν和动力粘度μ来表示。

    ⑴动力粘度μ 动力粘度又称物理粘度或绝对粘度。动力粘度的SI单位是Pa•s(帕斯卡秒) 或N•s/m2(牛顿每平方米),单位是泊(P)和厘泊(Cp),两者之间关系为1Pa•s = 10P =103cP 

    ⑵运动粘度ν 运动粘度是动力粘度与相同温度、压力下该流体密度ρ的比值,表示为:

    ν= μ/ρ

    运动粘度的SI单位是m2/s或 mm2/s ,cgs单位是厘斯(cSt),两者之间关系为:

    1m2/s = 106 mm2/s =106 cSt

    26 流体的流束可膨胀系数ε的物理意义?在节流装置计算中的作用是什么?

    由于气体和蒸汽是可压缩的流体,通过节流装置时,压力降低会引起体积膨胀,引入流体的流束可膨胀系数ε,以修正体积变化对计算结果的影响。对于液体ε=1,表示不可压缩;对于可压缩的气体和蒸汽,ε<1。

    ε的大小与节流装置的型式、孔径比β、差压ΔP以及等商指数K值有关,与雷诺数大小无关。在ISO—5167中规定标准孔板的流束可膨胀系数ε由实验方法确定;喷嘴的文丘里管的流束可膨胀系数ε由能量通用公式计算,不同的节流装置、不同的取压方式、同一种气体或蒸汽的流束可膨胀系数ε是不同的,所以在节流装置计算时需要考虑ε的实际大小。

    27 在节流装置计算中,为什么引入管道材质和孔板材质线膨胀系数λD和λd

    在节流装置计算中,孔径比β是在操作条件下确定的,为了得到准确的测量值,需要知道膨胀后的管道内径,因此引入管道材质的线膨胀系数λD。计算公式是:
       
    在β值确定后,计算孔径d=β×D,d是操作条件下的数值,同样需要换算成20℃时的数值d20 。计算公式为:
     
    28 使用不同计量单位时,节流装置计算的几种表达式是什么?

    ⑴当qm采用kg/s、qv采用m3 /s、ΔP采用Pa、d采用m时,节流装置计算为基本表达式:  

     (28-1)

    (28-2)

    ⑵当qm采用kg/h、qV采用m3/h 、ΔP采用Pa、d采用mm 时,节流装置计算公式为:

    (28-3)

    (28-4)  

    ⑶当qm采用kg/h、qV采用m3/h 、ΔP采用kPa 、D采用mm时,节流装置计算公式为:

    (28-5)

      (28-6)

    ⑷当计量单位qm采用kg/s、qV采用m3/s、ΔP采用Pa 、D采用mm时,计算公式为:

    (28-7)

    (28-8)

    ⑸当计量单位qm采用kg/h、qV采用m3/h 、ΔP采用kgf/ cm2 时,节流装置计算公式为:

    (28-9)

    (28-10)

    29 用计算机计算孔板孔径的步骤有哪些?各个步骤是如何确定和计算的?

    孔板孔径的计算一般由计算机进行,分为:

    (1)确定命题,如计算孔板孔径d;

    (2)确定已知量,如管径D、质量流量qm、仪表差压ΔP、流体密度ρ、流体动力粘度μ;

    (3)确定不变量公式A(包括管径D、仪表差压ΔP、流体密度ρ、流体动力粘度μ、雷诺数ReD),公式A
  
          

    (4)确定迭代方程A2(包括流出系数C、可膨胀系数ε、直径比β2和(1-β4)-1/2
     
            

      (5)弦截法计算中的变量X(包括迭代方程B、流出系数C、可膨胀系数ε)  
        
              

    (6)精确度判断

         (n为正整数)

    (7)第一个假定值

     C=C 或(Co),ε=1

    (8)结果
           
            

    30 举例说明孔板孔径的计算方法? 

    A已知条件

    介质:蒸汽

    最大流量:qm=1kg/s

    最大差压: ΔP=0.5×105 Pa

    操作压力:P=10×105 Pa

    操作温度:t =500℃

    常温下管道内径:D20=0.102m

    孔板材质温度膨胀系数:λd=0.000016 mm/mm℃

    管道材质温度膨胀系数:λD=0.000011 mm/mm℃

    操作条件下等熵指数:K=1.276

    操作条件下介质密度:ρ=2.8250 kg/m3

    操作条件下介质粘度:μ=0.0000285 Pa•S

    节流装置的取压方式为法兰取压

    B求孔板孔径d20  

    具体计算如下:

      ⑴ 计算操作条件下管道内径: 

           (m)

    ⑵ 计算雷诺数:
          
            

      ⑶ 计算A2   

     
 
    ⑷ 设C最大=0.6060 ,  ε=1

    ⑸ 根据计算程序:
         
       
      
     

      采用法兰取压 L1=L2=25.4 、102.53856
                             
                                   
   
    从n=3起求xn,用下述快速弦截法公式:
    
   
    精确度判别式:   

      判别条件:|En|<5x10-5    n为0、1、2、3……

      计算结果如表1所示:
            
                               表1 孔板孔径计算结果
                         

    当n=3时可以求得:E3=1.31×10-7<5×10-5

      因此β=0.5977090, C=0.6064627

    ⑹ 计算d值:
 
          

    ⑺ 计算d20
          
   
    最后确认孔板孔径d20为60.82(mm)

    31差压流量计测量气体(或蒸汽)时,发现实际流体参数偏离设计值,应如何修正?

    在差压流量计测量气体或蒸汽时,经常发现被测量的流体的参数(如温度、压力等)与设计时所采用的参数已经发生变化,必然产生误差,可以用简单的方法进行修正计算。根据流量基本公式进行分析和修正,修正的原则是修正密度。

    (31-1)

    此方法适用于差压流量计在没有温压补偿的情况下,对已显示的流量进行修正,修正的方法为用修正系数bp(见下式)乘以实际流量值qc值即可。

    蒸汽 qm= qc* bp (31-2)

    气体 qv= qc* bp (31-3)

    ⑴气体

    流体为气体,实际的温度t1和压力p1与设计所采用的相差较大时,修正系数bp为

    (31-4)

    式中:Tj、Pj、Zj—分别为设计时采用的绝对温度、绝对压力、压缩系数

    Ts、Ps、Zs—分别为实际工作状态的绝对温度、绝对压力、压缩系数

    ⑵饱和蒸汽

    流体为饱和蒸汽,一般用经验公式(此公式是在绝对压力为0~2.0MPa的条件下拟合的)。

    (31-5)

    (31-6)

    ⑶流体为过热蒸汽

     流体为过热蒸汽,密度的经验公式。

      经验公式    (31-7)

                         (31-8)

    这是一个通用补偿式(31-8),系数A、B、D和F是从过热蒸汽密度表的温度和压力范围回归而得到的。

    例如,当压力变化范围为0~3.9226MPa,温度变化范围为0~500℃,根据过热蒸汽密度表,采用最小二乘法求得:A=1.9155 B=0.01 D=7.0259 F=2.0326。

   32 用SY/T6143计算天然气流量与采用国标GB/T2624的计算有什么不同?

    由于天然气由多种气体组成,其在不同采气井中的成分也不尽相同,即使在同一口井中随时间的推迟也是不同的,而且它在运输过程中的温度和压力也在随时变化,所以天然气的密度是变化的。如果采用GB/T2624的计算公式,会带来较大的计算误差。为了弥补密度变化会带来的误差,石油天然气行业制订了《用标准孔板流量计测量天然气流量的标准》SY/T6143-2004。该标准根据ISO5167-1、2(2003年版)和GB/T2624的基本公式,并结合石油天然气测量的基本特征编写的。它的实用计算公式的核心是用一个相对密度系数FG代替基本公式中的密度ρ,再把天然气的温度和压力引入到公式当中进行修正。

    天然气流量计算实用公式如下:

     体积流量计算公式: 

    (32-1)

      质量流量计算公式:  
 
  (32-2)
   
    式中:qvn —天然气在标准参比条件下的体积流量;

                Avn —体积流量系数

                        秒体积流量(m3/s)Avn =0.3795×10-6

                        小时体积流量(m3/h)Avn =0.011446

                        日体积流量(m3/d)Avn =0.27471

                qm —天然气质量流量;

                Am —质量流量系数

                       秒质量流量(kg/s) Am =3.8295×10-6

                       小时质量流量(kg/h) Am =0.013786
   
                       年质量流量 (kg/n) Am =0.33287

             C —流出系数;

             E —渐近速度系数
                  
                       
            d — 孔板孔径 mm;

            FG — 相对密度系数 Gr —天然气真实密度;

            ε— 可膨胀系数;

            FZ— 超压缩系数,是天然气特性偏离理想气体定律导出的修正系数
           
           
             
            Zn — 天然气在标准参比条件下的压缩因子

            Z1 —天然气在操作条件下的压缩因子;

             FT —流量温度系数 FT=(273.15/T1)1/2 ,其中T1 =273.15+t, t— 实测温度;

             P1 — 孔板上游侧流体静压 MPa     
   
            ΔP —流体流经孔板产生的差压 Pa 

    摘自《自动化博览》2011年第四期

 

 



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