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淺談差壓式流量計的設(shè)計計算及應(yīng)用

隨著標準節(jié)流裝置和計算機的進一步發(fā)展，大量設(shè)計管理軟件的出現(xiàn)代替了繁重的人為迭代計算，避免了引入很多人為誤差， 推動了標準節(jié)流裝置的發(fā)展，但是也隨之帶來一些問題。 下面就實際檢定工作中發(fā)現(xiàn)的問題作一討論。

一、設(shè)計軟件計算錯誤

假定未經(jīng)標定的節(jié)流裝置與已經(jīng)經(jīng)過充分試驗標定的節(jié)流裝置幾何相似和動力學相似， 亦即符合GB2624 -2006  《 節(jié)流元件標準規(guī)范及其應(yīng)用 》（ 或ISO5167）標準的要求，則在標準規(guī)定的不確定度內(nèi) ，質(zhì)量流量qm 與差壓的關(guān)系由式（1）確定

式中：C—流出系數(shù)；ε—可膨脹系數(shù)；β—

孔板的直徑比，β=d/D（D為管道內(nèi)徑）；d—孔板的開孔直徑，m；ρ—流體密度，kg/m3； p—通過孔板的差壓，Pa。

在標準節(jié)流裝置的設(shè)計過程中，根據(jù)式（1）給出的計算關(guān)系，以及標準文件中給出的經(jīng)驗公式，經(jīng)過迭代法計算，得出標準孔板的相應(yīng)設(shè)計參數(shù)，如開孔直徑等。

以某蒸汽用戶送檢的標準孔板為例，根據(jù)客戶提供的節(jié)流裝置設(shè)計計算書如表1所示。

在上述給定的工藝條件下，根據(jù)經(jīng)驗公式及迭代法重新計算，得到設(shè)計參數(shù)結(jié)果，如表2所示。

比較表1和表2中的計算結(jié)果，觀察可知，由于表1中設(shè)計軟件得出的流體密度5.13302kg/m3 與實際計算中表2的流體密度4.5424kg/m3 相去甚遠， 則將表1中得出的流體密度值5.13302kg/m3 代入式（1）中計算，得到的d20 必然出現(xiàn)較大誤差。

本例中，顯然是由于設(shè)計軟件給出的流體密度錯誤，導致了***終結(jié)果的錯誤，使得制造的標準孔板不符合實際的工況要求。 而在未經(jīng)驗證的情況下，用戶依據(jù)錯誤的設(shè)計計算書， 在本應(yīng)安裝開孔直徑為d20=195.071mm孔板的條件下 ， 錯誤使用了開孔直徑為

d20=189.307mm的孔板。 將開孔直徑d20=189.307mm代

入式（1），經(jīng)過重新計算，常用流量qmcom=56246.2kg/h，在用戶要求的常用流量點60000kg/h，誤差達到-6.26%，給貿(mào)易結(jié)算方造成巨大經(jīng)濟損失。 在以往版本的標準文件GB2624-1981中，采用根據(jù)經(jīng)驗公式及迭代法的人為設(shè)計計算方法，其弊端是計算量繁重，引入人為計算誤差較大，而現(xiàn)在改用*的軟件計算，在保證其正確性的基礎(chǔ)上，設(shè)計軟件能夠充分展現(xiàn)運算效率高的優(yōu)點。 本例中，由于設(shè)計軟件未經(jīng)過檢測，所產(chǎn)生的信息未能納入安全體系，直接造成流量測量的較大偏差。 針對目前市場上眾多的設(shè)計軟件，如果不能確

認設(shè)計軟件的正確性，不但不能體現(xiàn)設(shè)計軟件*于人為計算的特點， 反而會產(chǎn)生一些不必要的貿(mào)易糾紛。 因此，應(yīng)將設(shè)計軟件納入檢測范圍，從源頭上保證設(shè)計的正確性。

二、復(fù)核設(shè)計計算書是檢定工作的重要一步

 在上述實例中，究其原因，是初步設(shè)計錯誤，導致了***終的流量測量誤差。 如果在標準孔板安裝使用前， 按照給定的工藝條件對設(shè)計計算書進行嚴格復(fù)核，那么上述計量事故可以避免。

在現(xiàn)行的JJG640-1994《差壓式流量計檢定規(guī)程》中，僅要求對孔板的隨機文件進行檢查， 并未對設(shè)計計算書的正確性復(fù)查作出明確規(guī)定。 如果略過檢查設(shè)計計算書是否正確這一步驟，在采用幾何檢驗法檢定標準孔板時，所測得的尺寸可能均在規(guī)程規(guī)定的誤差范圍內(nèi)， 從而作出被檢孔板合格的結(jié)論，而從上面的例子中可以看出， 這樣的結(jié)論， 顯然可能與孔板實際的工作狀態(tài)截然相反，并不能滿足用戶的實際要求，給用戶的貿(mào)易交接量造成不可小視的影響。

所以， 復(fù)核設(shè)計計算書是安裝使用前的步。對于檢定人員而言，通過本例的分析，更應(yīng)明確認識到設(shè)計計算書可能存在的問題，把復(fù)核設(shè)計計算書作為檢定工作的步。 同時，隨著更多的設(shè)計軟件應(yīng)用于實際工作， 而目前尚未對此類軟件納入檢測范圍，檢定規(guī)程也應(yīng)針對目前情況，把檢驗設(shè)計計算書的正確性明確納入檢定規(guī)程的條款中，以建立保證設(shè)計計算正確的***后一道防線。

三、配套流量積算儀在選型和設(shè)置上應(yīng)注意的問題

目前，在實際應(yīng)用中，很多差壓式流量計配套的流量積算儀，采取了把流出系數(shù)C和可膨脹系數(shù)ε視為定值的方法， 對于準確度等級為0.5及以下的流量積算儀，可以滿足計量要求。

 實際上， 流出系數(shù)C是實際流量與理論流量的比值，在一定的安裝條件下給定的節(jié)流裝置中，c值僅與雷諾數(shù)有關(guān);可膨脹系數(shù)ε則是對流出系數(shù)在可壓縮性流體中密度變化的修正,c流出系數(shù)和可膨脹系數(shù)ε均為統(tǒng)計量,是隨著流量參數(shù)的改變而變化.由實驗數(shù)據(jù)可知,以設(shè)計工況為標準當壓力波動17%,溫度波動9%時，流出系數(shù)c***大變化為0.07%,可膨脹性系數(shù)***大變化為0.9%。這對于高精度的流量積算儀來說，計量準確度的影響不可忽視。因此，在更高準確度等級的使用場合，如使用0.1或0.2級的流量積算儀時，應(yīng)該采用式（1）中的數(shù)學模型。對C、ε進行實時計算以減小由此帶來的誤差。

在實際使用中，應(yīng)根據(jù)具體的準確度要求本著經(jīng)濟合理的原則在0.2及以上等級要求的情況下時應(yīng)選用能進行實時補償運算的流量積算儀，滿足用戶的計量要求，減少計量爭議。

四、小結(jié)

采用設(shè)計管理軟件設(shè)計標準節(jié)流裝置，減少了很多人為誤差，能有效提高工作效率，將是標準節(jié)流裝置設(shè)計應(yīng)用的大勢所趨。設(shè)計軟件程序的正確性則直接決定了標準節(jié)流裝置能否得以正確應(yīng)用。目前我國尚未出臺此類相關(guān)的檢測規(guī)范，因此，應(yīng)盡快制定針對設(shè)計管理軟件的檢測規(guī)范，從根本上保證設(shè)計計算結(jié)果的正確性。

2.標準節(jié)流裝置是依據(jù)工況情況設(shè)計，在實際檢定工作中發(fā)現(xiàn)，如果工況條件與設(shè)計條件偏離較大，將產(chǎn)生不可忽視的影響。甚至造成難以避免的貿(mào)易糾紛。

3.在實際使用中，由于流體可能變化較大，應(yīng)根據(jù)使用的準確度要求，在經(jīng)濟合理的基礎(chǔ)上，考慮是否選用具有實時補償運算功能的流量積算儀。