節(jié)流變壓降流量計(jì)課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　引 言</b></p><p>　　在熱力發(fā)電廠中，流體（水、蒸汽、油等）的流量直接反映設(shè)備的負(fù)荷高低、工作狀況和效率等運(yùn)行情況。因此，連續(xù)監(jiān)視流體的流量對熱力設(shè)備的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行及能源管理有著重要意義。了解節(jié)流變壓降流量計(jì)組成、工作原理，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流件、標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置結(jié)構(gòu)及適用條件，設(shè)計(jì)出適合條件的補(bǔ)償式質(zhì)量流量計(jì)來測量流量。</p><p&g

2、t;　　第一章 節(jié)流變壓降流量計(jì)的工作原理及設(shè)計(jì)方案</p><p>　　1.1 節(jié)流件測量原理</p><p>　　節(jié)流變壓降流量計(jì)的工作原理是，在管道內(nèi)裝入節(jié)流件，流體流過節(jié)流件時(shí)流束收縮，于是在節(jié)流件前后產(chǎn)生壓差，對于一定形狀和尺寸的節(jié)流件，一定的測壓位置和前后直管道情況，一定參數(shù)的流體，和其他條件下，節(jié)流件前后產(chǎn)生的差壓值隨流量而變，并且兩者之間有確定的關(guān)系。因此可通過測量差壓來測

3、量流量。</p><p>　　標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置只適用于測量圓形截面管道中的單相、均質(zhì)流體的流量，并要求流體充滿管道；在節(jié)流件前后一定距離內(nèi)不發(fā)生相變或析出雜質(zhì)；流速小于音速，流動(dòng)屬于非脈動(dòng)流；流體在流過節(jié)流件前，流束與管道軸線平行，不得有旋轉(zhuǎn)流。</p><p>　　1.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案</p><p>　　采用溫度、壓力補(bǔ)償式質(zhì)量流量計(jì)。其工作原理是，測量流體的體積流

4、量、溫度和壓力值，根據(jù)已知的被測流體密度與溫度、壓力之間的關(guān)系，通過運(yùn)算，把測得的體積流量數(shù)值自動(dòng)換算到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積流量數(shù)值。由于被側(cè)流體種類一定后，其標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的密度ρ0是定值，所以標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積流量就代表了流體的質(zhì)量流量值。</p><p>　?。?2.1過熱蒸汽質(zhì)量流量的量　</p><p>　　當(dāng)流體為過熱蒸汽時(shí)，被測蒸汽密度取決于蒸汽的壓力Ｐ和蒸汽的溫度，Ｐ取自節(jié)流件上游取

5、壓口，測點(diǎn)一般選取在節(jié)流件上游足夠長度的部位，由于差壓式流量計(jì)測量是建立在蒸汽流過節(jié)流件時(shí)不發(fā)生相變的基礎(chǔ)上，所以溫度的測點(diǎn)選取在節(jié)流件下游５Ｄ管段上也是合適的。</p><p>　　第二章 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流件差壓計(jì)及取壓裝置</p><p>　　2.1 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置</p><p>　　標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置只適用于測量圓形截面管道中的單相、均質(zhì)流體的流量，并要求流體充滿管道；在節(jié)

6、流件前后一定距離內(nèi)不發(fā)生相變或析出雜質(zhì)；流速小于音速，流動(dòng)屬于非脈動(dòng)流；流體在流過節(jié)流件前，流束與管道軸線平行，不得有旋轉(zhuǎn)流。</p><p>　　如圖2—1所示，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置包括：節(jié)流件、取壓裝置、節(jié)流件上游側(cè)第一個(gè)阻力件、第二個(gè)阻力件，下游側(cè)第一個(gè)阻力件以及在它們之間的直管段：</p><p><b>　　L</b></p><p>　　L

7、0 2 L1 L2</p><p>　　圖2-1 整套節(jié)流裝置示意</p><p>　　1—上游側(cè)第二個(gè)局部阻力件；</p><p>　　2—上游側(cè)第一個(gè)局部阻力件；</p><p><b>　　3—節(jié)流件；</b></p><p>　　4—下游側(cè)第一個(gè)局部阻

8、力件</p><p><b>　　2.2 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流件</b></p><p>　　關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流件的形式，目前國標(biāo)規(guī)定如下：標(biāo)準(zhǔn)孔板和標(biāo)準(zhǔn)噴嘴。國際上還有一些其他的已標(biāo)準(zhǔn)化了的節(jié)流件，如徑距取壓（即D和0.5D取壓，D為管道內(nèi)徑）標(biāo)準(zhǔn)孔板，徑距取壓長徑噴嘴（亦稱ASME噴嘴），古典文丘利管和文丘利噴嘴等。</p><p>　　2.2.1 標(biāo)準(zhǔn)孔板

9、</p><p>　　標(biāo)準(zhǔn)孔板的結(jié)構(gòu)形式如圖2-2所示。標(biāo)準(zhǔn)孔板結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，價(jià)格便宜。它的特征孔徑是節(jié)流孔前段圓筒形孔徑d。標(biāo)準(zhǔn)孔板兩側(cè)的壓力差信號(hào)可以采用角接取壓（上、下側(cè)壓力在孔板前后端面處取出）、法蘭取壓（上、下側(cè)壓力在連接法蘭上距孔板前后端面25.4mm處取出）和徑距取壓（上側(cè)壓力在測量管段上距孔板前端面1D處取出，下側(cè)壓力在測量管段上距孔板后端面D處取出）。</p><p&g

10、t;<b>　　圖2-2標(biāo)準(zhǔn)孔板</b></p><p>　　標(biāo)準(zhǔn)孔板制造安裝的要求如下：</p><p>　　（1）標(biāo)準(zhǔn)孔板的開孔直徑d是一個(gè)重要的尺寸，應(yīng)實(shí)際測量。測量在上游段進(jìn)行，最好是在四個(gè)大致相等的角度上測量直徑，求其平均值。要求各個(gè)單測值與平均值之差在0.05%范圍內(nèi)；</p><p>　?。?）標(biāo)準(zhǔn)孔板的全稱是“同心薄壁銳緣孔板”

11、，因此孔板進(jìn)口圓筒形部分應(yīng)與管道同心安裝；</p><p>　?。?）孔板進(jìn)口邊緣應(yīng)是嚴(yán)格直角，不能有毛刺和可見的反光，即進(jìn)口邊緣應(yīng)很尖銳，邊緣半徑不大于0.0004d。所謂薄壁是指孔板厚度E和圓筒形厚度e不能過大。</p><p>　　標(biāo)準(zhǔn)孔板制造安裝的其他要求是：</p><p>　　1)在各處測得的E值之間的最大差值和各處測得的e值之間的最大差值均不得超過0.

12、001D；</p><p>　　2)孔板必須與管道軸線垂直安裝，其偏差不超過±1度；</p><p>　　3)若E≤0.02D，則可以不做成度的圓錐形出口，這樣的孔板適用于測量雙向流動(dòng)的流體，但這時(shí)要求下游端面的標(biāo)粗糙度和邊緣尖銳度必須與上游端面的相同；</p><p>　　2.2.2 標(biāo)準(zhǔn)噴嘴</p><p>　　角接取壓標(biāo)準(zhǔn)噴嘴

13、適用于D=50～500mm,0.3≤β≤0.8,。當(dāng)0.3≤β≤0.44時(shí), 7×≤≤10;當(dāng)0.44≤β≤0.80時(shí)，2×10≤≤10。標(biāo)準(zhǔn)噴嘴有兩種結(jié)構(gòu)形式：ISA1932噴嘴、長徑噴嘴。其結(jié)構(gòu)形式如右圖當(dāng)d＞2D／3時(shí)，還應(yīng)在入口部分切除一部分圓廓形收縮段。此時(shí)收縮部分的最大直徑為分圓廓形收縮段。此時(shí)收縮部分的最大直徑為D，見圖（a）。若d≤2D／3，則噴嘴的總長度為0.6041d（不包括F護(hù)槽）。若d＞2D／

14、3，由于切除了一部分入口圓廓形收縮段，則噴嘴的總長度變短，其應(yīng)切去的長度為</p><p><b>　　圖2-3 標(biāo)準(zhǔn)噴嘴</b></p><p><b>　　2.3取壓裝置</b></p><p>　　取壓裝置的類型有角接取壓和法蘭取壓，本次試驗(yàn)所用的是角接取壓。角接取壓裝置有環(huán)室取壓和單獨(dú)孔取壓兩種。</p>

15、;<p><b>　　2.4差壓計(jì)</b></p><p>　　差壓計(jì)類型類型根據(jù)投資費(fèi)用和準(zhǔn)確度要求選取，本設(shè)計(jì)選用準(zhǔn)確度等級(jí)為0.25的電容式差壓變送器。選擇差壓計(jì)量程的原則是,在保證壓損不超過允許壓損ωy的條件下，選用較大的差壓計(jì)量程上限，從而使β值較小，并盡可能使β在0.5-0.6圍內(nèi)為好。這是由于β值愈小，用要求直管段愈短；β較小時(shí)在較低的雷諾數(shù)下C值就趨于穩(wěn)定不變；

16、β較小時(shí)對管道粗糙度要求較低；β小于0.6時(shí)C值誤差較小等。但β過小，除會(huì)造成過大的壓力損失外，還會(huì)使d值過 小而加工不變。對于標(biāo)準(zhǔn)孔板，過小的d值使孔板入口邊緣的尖銳度要求難于保證，從而引起較大的測量誤差。特別應(yīng)注意，對于可壓縮性流體，應(yīng)使p/p1<0.25。對于壓力損失有嚴(yán)格限制的情況，可先按允許壓力損失Δωy來估算壓力計(jì)量程上限，計(jì)算結(jié)束時(shí)再 驗(yàn)算壓力損失是否超

17、過。如超過，則降低差壓計(jì)上限重算。對于孔板，可用式估計(jì);對于噴嘴，可用式估算。</p><p>　　本設(shè)計(jì)差壓計(jì)量程上限按下式計(jì)算：</p><p>　　=3.5Δωy=3.5×60=210Pa （2-1）</p><p>　　根據(jù)參考文獻(xiàn),附錄表Ⅱ—13，可選用1151DP電容式差壓變送器，其量程范圍（635—3810）×9.

18、81Pa，耐靜壓力為14MPa。變送器量程調(diào)整在0210×103Pa，流量指示儀表的刻度上限是有規(guī)定的，即為1,1.25,1.6,2,2.5,3.2,4,5,6.3,8，其中n為正或負(fù)整數(shù)。本例最大流量為180t/h，所以流量計(jì)流量刻度上限定為200t/h。驗(yàn)算/P=210×103/=0.0640.25符合規(guī)定。</p><p>　　第三章 關(guān)鍵參數(shù)計(jì)算及檢驗(yàn)計(jì)算</p><

19、;p>　　3.1 主要技術(shù)指標(biāo)及要求</p><p>　　1．被測介質(zhì)：可壓縮流體過熱蒸汽；</p><p>　　2．流量測量范圍（質(zhì)量流量）：qmmax=180 t/h、qmch =140 t/h、qmmin=90 t/h；</p><p>　　3．流體狀態(tài)參數(shù)：工作壓力 p1=3.2874MPa（絕對壓力）、工作溫度 t=420℃；</p>

20、<p>　　4．允許壓損：δp≤0.06MPa；</p><p>　　5．管道內(nèi)徑：D20=258.017mm；</p><p>　　6．管道材料：12CrMoV新熱拉無縫鋼管；</p><p>　　7．節(jié)流件型式及材料：由設(shè)計(jì)者定；</p><p>　　8．管路敷設(shè)情況： <

21、;/p><p><b>　　圖3-1</b></p><p><b>　　3.2準(zhǔn)備計(jì)算</b></p><p>　　3.2.1 求介質(zhì)密度、介質(zhì)動(dòng)力粘度及管道材料膨脹系數(shù)</p><p>　　根據(jù)介質(zhì)工作狀態(tài)下的壓力和溫度,從附錄中查得介質(zhì)密度；從附錄表中查得介質(zhì)動(dòng)力粘度，過熱蒸汽系數(shù)。</p&

22、gt;<p>　　根據(jù)管道材料12CrMoV和工作溫度420,從表附錄中差得管道材料線膨脹系數(shù)，計(jì)算</p><p><b>　　=</b></p><p>　　計(jì)算正常流量和最小流量下雷諾數(shù):</p><p><b>　　(3-1)</b></p><p><b>　　(3

23、-2)</b></p><p>　　3.3 差壓計(jì)量程</p><p>　　差壓計(jì)量程上限 (3-3)</p><p>　　驗(yàn)算：， (3-4)</p><p><b>　　符合規(guī)定。</b></p><p>　　3.4計(jì)算常用流量下的壓

24、差值</p><p><b>　　(3-5)</b></p><p>　　3.5迭代計(jì)算β值和d值</p><p>　　β＝ （3-6） </p><p>　　dt=

25、 （3-7）</p><p><b>　　3.6 迭代計(jì)算</b></p><p><b>　　計(jì)算A值：</b></p><p>　?。?-8） </p><p>　?。?）第一步 設(shè)初始值則有</p>

26、<p><b>　?。?-9）</b></p><p>　　則 （3-10）</p><p>　　根據(jù)，計(jì)算，對于標(biāo)準(zhǔn)噴嘴,為：</p><p><b>　　（3-11）</b></p><p>　　(3-12) (2) 第二步 計(jì)算 &

27、lt;/p><p><b>　　（3-13）</b></p><p><b>　　根據(jù)，計(jì)算.</b></p><p><b>　　（3-14）</b></p><p><b>　　(3-15)</b></p><p>　　(3) 第三

28、步 計(jì)算 （3-16） (3-17)</p><p><b>　　根據(jù)，計(jì)算.</b></p><p><b>　　(3-18)</b></p><p>　　

29、(3-19)（4）第四步 計(jì)算 （3-17）</p><p>　?。?-18）（3-19） （3-20） （4）第五步 計(jì)算 （3-21）</p><p>　?。?-22）（3-23）</p><p>　　(3-24) </p>

30、;<p><b>　　精密度判據(jù)為： </b></p><p>　　迭代結(jié)束后得: C=0.94057 </p><p><b>　　3.7驗(yàn)算壓力損失</b></p><p><b>　　（3-25）</b></p><p>　　Pa≤δp ，驗(yàn)算合格。<

31、/p><p>　　3.8確定節(jié)流件的開孔直徑</p><p>　　選用1Cr18Ni9Ti不銹鋼為噴嘴材料,從附錄表Ⅱ-3[1]中查得 =</p><p>　　故=177.63mm (3-26)</p><p>　　3.9確定直管段長度對管道粗糙度的要求</p><p>　　按β=0.68,

32、上游第一阻力件為90o彎頭,上游第二阻力件為球閥,下游側(cè)阻力件為一個(gè)90o彎頭,從表10-2[1]中查得:</p><p>　　標(biāo)準(zhǔn)孔板對管道相對粗糙度的限值可以從表10-4[2]中查得:對于β=0.7管道相對粗糙度的限值為，所以要求節(jié)流件10D以內(nèi)管道的絕對粗糙度為Ks:</p><p>　　新無縫鋼管的絕對粗糙度Ks=0.05～1mm,選擇內(nèi)壁光滑的無縫鋼管即能符合粗糙度的要求。<

33、;/p><p>　　3.10 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置流量結(jié)果不確定度</p><p><b>　　取計(jì)算：</b></p><p>　　流出系數(shù)和流束膨脹系數(shù)的不確定度</p><p><b>　　(3-27)</b></p><p><b>　　(3-28)</b>

34、</p><p>　　節(jié)流件孔徑的不確定度：</p><p>　　% (3-29) </p><p><b>　　管徑的不確定度：</b></p><p>　　%

35、 （3-30）</p><p>　　差壓測量值的不確定度：</p><p>　　0.76% （3-31）</p><p><b>　　密度值的不確定度：</b></p><p><b>　　根據(jù)表查得：</b></p><p>　　%

36、 (3-32)</p><p>　　選擇變壓器等級(jí)為0.25級(jí)，指示儀表為0.5級(jí)，因此：</p><p>　　第四章 系統(tǒng)的安裝及使用說明</p><p>　　4.1流量裝置和差壓計(jì)的安裝連接系統(tǒng)圖</p><p>　　流量裝置和差壓計(jì)的安裝連接系統(tǒng)如圖4-1</p><p>　　圖4

37、-1安裝連接系統(tǒng)圖</p><p><b>　　4.2 元件的安裝</b></p><p>　　圖4-2節(jié)流件安裝 </p><p>　　4.3過熱蒸汽質(zhì)量流量的測量系統(tǒng)使用說明</p><p>　　當(dāng)流體為過熱蒸汽時(shí)，被測蒸汽密度取決于蒸汽的壓力Ｐ和蒸汽的溫度，Ｐ取自節(jié)流件上游取壓口，的測點(diǎn)一般選取在節(jié)流件上游足

38、夠長度的部位，由于差壓式流量計(jì)測量是建立在蒸汽流過節(jié)流件時(shí)不發(fā)生相變的基礎(chǔ)上，所以溫度的測點(diǎn)選取在流件下游５Ｄ管段上也是合適的。</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　通過計(jì)算得到節(jié)流件開孔直徑，差壓計(jì)類型、精度等級(jí)及其差壓和流量的量程范圍，再檢驗(yàn)管道粗糙度是否符合要求，校核直管長度及壓力損失，計(jì)算流量計(jì)算總誤差，了解流量測量的方式、測量介質(zhì)

39、、測量裝置、流體工況等情況，采用正確的溫度、壓力補(bǔ)償方式，才能獲得準(zhǔn)確的流量。</p><p><b>　　參 考 文 獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 朱小良，方可人.熱工測量及儀表.北京.中國電力出版社.第三版</p><p>　　[2] 吳勤勤.控制儀表及裝置.第三版.北京.化學(xué)工業(yè)出版社.2007 </p><