湿蒸汽V锥测量装置的标定及其数据分析

刘 畅

（中石油辽河油田公司沈阳采油厂， 辽宁 沈阳 110316）

V锥流量计是利用同轴安装在管道中的V形圆锥体,它可将流体逐渐地节流收缩到管道的内边壁，通过测量V形锥体前后的差压来测量流量[1]。差压式流量计广泛应用于工业生产的流量计量中，在流量计量中发挥着重要作用[2,3]。经过多年来的多次测试和应用证明: 利用V锥流量计能在更短的直管段条件下，以更宽的量程比对洁净或脏污流体实现更准确、更有效的流量测量。

图1 检测段标定0.7 m3标准罐Fig.1 0.7 m3 calibrated standard tank of detection period

1 V锥流量计标定的意义及标定流程

本文以液体为介质对V锥流量计进行了标定试验及其误差分析。为了更加准确的对安装现场所测介质进行测量，要保证测量检测段的准确性，就要在尽量减小误差的基础上，求出检测段的初始参数，此参数的求得是在辽宁石油化工大学石油天然气工程学院实验室管道系统上电调试和调整进行的。试验室使用设备如图1和图2所示。

图2 检测段标定循环管线Fig.2 Calibrated circulating pipeline of detection period

V锥流量计的标定试验装置的工艺流程图如图3所示，该V锥的标定试验采用地下水池中的洁净水作为试验标定介质。在离心泵启动之前，把放水阀1和放水阀2全部打开，确定标准罐2内无水再流到地下水池中，把放水阀2关闭；离心泵启动之后，试验室地下水池内的水按照流程图中的箭头方向分别通过各个元件，进行循环使用，以达到环保和节水的效果。

图3 V锥标定试验装置工艺流程Fig.3 V-cone calibration process flow test device

2 V锥流量计的标定原理

差压式流量计的工作原理是：充满管道的液体，当它流经管道内的节流件时，流束将在节流件处形成局部收缩，因而流速增加，静压力降低，于是在节流件前后便产生了压差。流体流量愈大，产生的压差愈大，这样可依据压差来衡量流量的大小。这种测量方法是以流体流动的连续性方程（质量守恒定律）和伯努利方程（能量守恒定律）为基础的。

V锥流量计属于差压式流量计，其示意图和内部结构如图4和图5所示，V锥上游区域的流体压力为P1，流体流经V锥时，由于V锥的节流元件的作用使流体的流速加快并产生压差，V锥下游区域的流体压力为P2。使用智能差压变送器测出P1和P2的压差△P，并根据标准罐体积及其灌满水所用的时间求出单位时间内的工况下的质量流量，再通过差压流量计的流量方程式求出流出系数。其计算公式[4]如下：

式中：qm—工况下标定介质的质量流量，kg/s；

C—V锥的流出系数，无量纲量，C=实际流量/理论流量；

d—V锥节流件的最大外径，m，d=0.045 m；

D—V锥流量计的管道内径,m, D =0.065 m；

β—直径比[5]，无量纲，β=d/D；

ζ—标定介质的可膨胀系数[6,7]，若被测介质为液体，则ζ=1，若被测介质为气体、蒸汽等可压缩气体，则ζ<1；

△P—P1、P2两处取压口的差压，Pa,△P通过智能差压变送器测量[8]；

ρ—流体在工况下的密度，kg/m3，20 ℃时水的密 ρ=998.203 kg/m3。

图4 V锥流量计的标定原理简图Fig.4 The calibrated principle diagram of V-cone flowmeter

图5 V锥流量计内部结构图Fig.5 V-cone flowmeter internal structure

表1 V锥流量计标定试验主要数据Table 1 V-cone flowmeter calibration experiment primary data

3 V锥流量计标定试验数据分析

在相同条件下，对V锥流量计（f89´12）在试验室的标定系统上进行了标定研究。V锥流量计标定试验程序的显示界面如图6所示。

在V锥流量计标定试验过程中，标准罐2的标准容积为0.7 m3，主要数据的记录如表1所示。

图6 V锥流量计标定数据控制窗口Fig.6 V-cone flowmeter calibration data control window

通过计算得到表1，对流出系数C进行分析：

（1）流出系数C的算术平均值：C=1.0011886;

（2）流出系数C算术平均值的校核：

经过校核计算，可以看出计算结果是正确的。

（3）流出系数C标准差的计算

别捷尔斯法（Peters）：

贝塞尔法（Bessel）：

（4）流出系数C算术平均值的标准差

别捷尔斯法（Peters）：

贝塞尔法（Bessel）：

4 结 论

（1）标定方法简单易懂，数据处理严紧，为其他流量计的标定提供了一定的依据。

（2）通过对 V锥流量计标定试验数据分析计算表明该V锥流量计的精度达到了1%。因此利用V锥流量计可准确计量蒸汽流量及干度，提高能量的利用率。

（3）此标定方法可作为将来不同型号 V锥流量计标定的基础，开展大流量，高压差，高流速的误差测量研究。

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