能源计量仪表误差分析及改进措施

倪彤云

(贵州化肥厂有限责任公司，贵阳 551415)

0　引言

贵州化肥厂有限责任公司是一家年产250kt合成氨、300kt尿素、200kt尿基高塔造粒复合肥的化工企业，由于影响能源计量仪表精度的因素很多，对能源计量仪表精度的问题一直没有得到很好的解决，对公司实行经济责任成本考核，特别是对生产系统的优化操作，能源计量仪表反映的数据正确与否就更为重要。能源计量仪表如果能够真实反映实际流量，则能够及时指导生产、正确调度，提高产量、节能降耗，所以如何提高能源计量仪表的精度是我公司降低成本的一个十分重要课题。水、汽、气是我公司工艺车间主要能耗，虽然能源计量仪表已基本配备，但从我公司这些能源计量仪表使用的情况来看，在计量精度上还存在着一定的问题。这些问题有设计、安装或仪表本身的问题，也有工艺参数的变化、外界条件的改变以及人为等因素，某些影响能源计量仪表精度的因素是很难克服的，但绝大多数因素是完全可以克服的。

目前我公司能源计量仪表基本配齐，已基本满足生产需要，在仪表的选型上也是比较合理和先进的，仪表精度也基本满足要求，但仍然经常发生计量不准确的现象，以下对我公司能源计量仪表精度产生误差的原因进行分析并提出改进措施。

1　能源计量仪表误差分析

流量测量的实用公式可表示为：

(1)

(2)

式中：Q为体积流量标尺上限；G为质量流量标尺上限；a为流量系数；ε为流束膨胀系数；d为节流件开孔尺寸；Δp为差压上限；ρ为被测流体密度。

可以看出，测量误差的大小决定于流量系数a的误差、流束膨胀系数ε的误差、节流件开孔尺寸直径d的误差、被测流体密度ρ的误差以及差压Δp的误差，而总误差包括了基本误差和附加误差，其中基本误差是指流量计的设计、安装和使用完全符合标准要求时，无法再减小或消除的误差，这种误差是必然存在的，该误差与附加误差比较是相当小的，可以忽略。以下主要讨论我公司在实际使用中产生的附加误差(按产生附加误差因素的主次)。

1.1　被测流体密度ρ的影响

被测流体密度ρ对于流量测量的影响是相当大的，实际工作压力、温度与设计的工作压力、温度发生偏差时，将产生较大的附加误差，对于液体流量，当温度发生偏差时，影响较大，而压力发生偏差时，影响很小。对于蒸汽和气体，当温度或压力发生改变时，都有很大影响。例：变换系统高压蒸汽流量原设计压力为2.8MPa、温度400℃，而目前实际工作压力一般在2.6MPa左右，即使温度不变，如不进行校正，则测得值将产生3.6%的正误差，可想而知，如不进行修正则该能源计量仪表就失去了意义。

1.2　孔板开孔直径d的附加误差

孔板的实际直径与设计值发生偏差时，流量测量结果也将产生附加误差，一般如果孔板开孔的实际直径比原设计值大，流量测量将产生负误差，反之是正误差。例：原221工号软水流量孔板实际开孔直径比原设计开孔直径大2%，结果测量值比实际值低4%(当其它参数不变的情况下)，故以前往往发生出工段软水比进工段软水流量大的怪现象。

1.3　流量系数a 的附加误差

a与管道内径、节流件开孔尺寸、流体的密度、差压计差压的大小等因素有关。

1)当差压计节流件前后的最小直管段没有满足标准要求时，将产生附加误差，所产生的附加误差对于孔板来讲，直管段长度减少一半(孔板前)则附加误差大约增加一倍。一般情况下产生负误差，因最小直管段没有满足要求时，节流件产生的差压将减小，对于孔板来讲直径比β(β=d/D，D为管道内径)越大，直管段影响越大。例：当β=0.8时，直管段长度为20D，附加误差为-0.7%；当直管段长度为5D时，附加误差可达-3.1%左右。另外管道内壁的粗糙度也将影响a，管道内壁腐蚀越严重，管径越小，影响越大。对此我公司对变脱进口变换气流量计安装位置按要求进行了改造，将碳钢管改为不锈钢管，并定期对管道及流量计进行清洗，确保其准确性。

2)如节流件是环室孔板，则环室开孔内径大或小都将产生附加误差(环室开孔直径要求1D≤Df≤1.02D)，一般情况下误差的大小与β有关，β越大，产生的误差也越大。

4)节流件上、下游有管径突变，也将产生附加误差，产生附加误差的大小与β、管径突变程度及离节流件的距离等有关。例：208工号0.5MPa/cm2蒸汽流量孔板是装在Dg350的管道上，因该低压蒸汽管道都是用的Dg400管道，节流件前后大约1m处就是异径管，所以原低压蒸汽产生较大误差，致使全公司低压蒸汽很难平衡。

5)节流件加工尺寸的影响。如孔板直角入口边缘不锐利，孔板加工厚度(E≤0.05D)超过标准或孔板开孔尺寸超过标准以及长期使用过程中因磨损、损伤、污染、油脂、灰尘等堆积的影响，使流量系数a增大，误差可由初期±1%增加到±20%左右。例：我公司造气车间、合成车间半水煤气流量孔板就属这种情况，特别在每年大修前，由于孔板前堆积了大量的水和煤渣等，使煤气流量比实际值增高13%左右。

6)在安装过程中不合规范也将产生较大的附加误差，如取压孔位置及孔径大小、垫片内孔大小，引压管的安装及引压管内径的大小等都将产生附加误差。

1.4　流束膨胀系数ε的误差

由于流束膨胀系数ε与β及节流件所产生的差压和流体的工作压力有关，当以上参数发生变化时，ε值也将发生变化，而在测量流量时，一般都是以设计时的ε值来作为依据的，当工艺参数与设计值有差别时，必将使测量的流量值与实际流量值有一差值，也就是说由于ε值的改变而将产生一个附加误差。

1.5　其它影响差压Δp的因素

即使节流件能够产生正确的差压Δp，该值通过导压管传递到二次仪表及三次仪表上也不一定将节流件产生的差压值反映出来，还有许多影响因素，例如二次表、三次表本身的精度、安装中是否符合规范、正负导压管在传导正负压过程中内部阻力是否相等、取压孔的直径是否相等、传递过程中阀门及管道口径是否足够大、阀门的开度以及测量液体时导压管中是否有气体积存、测量气体时，导压管中是否有液体积存等等，所有这些因素都直接影响差压Δp值，也就影响了测量的精度。

2　提高我公司能源计量仪表精度的措施

从以上分析可知，影响能源计量仪表精度的因素是多方面的，只要稍有疏忽就会使能源计量仪表造成较大误差。为提高能源计量仪表的精度，必须要在设计上、安装上把好关，并在使用过程中随时采集各种参数，如发现生产过程中的参数与原设计相差较大时，就应及时采取措施。

2.1　对流体密度ρ产生误差所采取的措施

我公司流量计量中流体密度ρ的影响最大，这主要是设计时所采用的工艺参数与实际使用过程中的参数相差较大而造成的。例如：我公司变换高压蒸汽原设计表压为2.8MPa、温度为400℃，现改为表压2.6MPa、温度为390℃重新计算，这样使设计参数与实际参数基本接近，使流体密度ρ的影响大大减小。

2.2　对孔板开孔直径d产生误差所采取的措施

对孔板开孔直径d，首先应把好加工关，在加工时尽量保证加工精度，加工完后在安装前必须测量d的准确度，如有误差，一种方法是另外加工，一种是根据实测d重新计算差压值，这样也能减小误差。

2.3　对于流量系数a 影响测量精度所采取的措施

虽然流量系数a与多种参数有关，但只要对以上影响测量精度的因素采取了有效措施，其它因素是完全可以克服的。其中最主要的就是把好安装关，选择节流件安装的位置时一定要保证满足最小直管段的要求，并尽量避免在节流件前后一定距离内有异径管，节流件在安装时要尽量减小不同轴度等等，则流量系数a的影响将会减小到最低程度。

2.4　对于流束膨胀系数ε及差压Δp影响测量精度应采取的措施

对流束膨胀系数ε只能在设计时选取工艺参数尽量接近实际工作状态时的参数计算，如实际工作参数与设计参数相差较大时则应重新计算ε，对于差压Δp主要是注意保证从节流件到传感器(变送器)压力损失均等即可。

3　结束语

通过以上措施并加强管理，能源计量仪表的误差控制在允许范围内，能源计量仪表的精度也得到较大的提高，提高了控制变换系统汽气比的准确性和及时性，年节约蒸汽150t以上，对指导工艺参数的调整、判断气体损失大小、阀门泄漏状况有直接的依据，在保证流量的准确性和可靠性前提下，对合成氨系统包括脱硫循环量、甲醇产量、系统跑冒滴漏等做到合理运行，准确及时判断系统工况，最大限度地达到节能降耗、长周期运行。

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