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影響高溫液體流量計(jì)響應(yīng)速度的常見(jiàn)因素及處理結(jié)果分析
點(diǎn)擊次數(shù):1961 發(fā)布時(shí)間:2021-01-02 05:48:48
摘要:分析影響高溫液體流量計(jì)響應(yīng)速度的常見(jiàn)因素,通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試研究分析了某型號(hào)高溫液體流量計(jì)在+23℃、-30℃和-40℃三種溫度θ下,出口壓力p2分別在2.1kPa和30kPa時(shí),流量變化分別從*1階梯突變到*5階梯時(shí)的響應(yīng)速度。
響應(yīng)速度是高溫液體流量計(jì)性能指標(biāo)之一,它對(duì)于滿足下游用戶對(duì)燃?xì)獾男枨笃鹬匾饔?。通常情況下,高溫液體流量計(jì)的響應(yīng)速度由以下幾個(gè)因素決定,溫度θ的高低,摩擦力F的大小,潤(rùn)滑脂的黏度μ,以及下游管道容積V的大小等。在我國(guó)北方寒冷的冬季,室外平均溫度在零下-10℃左右,局部地區(qū)達(dá)到零下-20℃、-30℃,這對(duì)于工作在室外的高溫液體流量計(jì)是一個(gè)*大的挑戰(zhàn)。同時(shí),天然氣在絕熱節(jié)流膨脹的傳輸過(guò)程中,由于焦耳-湯姆遜效應(yīng),隨著壓力降的增加,溫度會(huì)逐漸降低,這又會(huì)加劇高溫液體流量計(jì)工作的惡劣環(huán)境。
1、影響高溫液體流量計(jì)響應(yīng)速度的常見(jiàn)因素
影響高溫液體流量計(jì)響應(yīng)的因素主要從以下幾個(gè)方面考慮:
1.1 從設(shè)計(jì)方面,高溫液體流量計(jì)的響應(yīng)速度主要取決于以下幾個(gè)因素
(1)系統(tǒng)摩擦力的大?。?br /> (2)設(shè)計(jì)時(shí)系統(tǒng)平衡力是趨于開(kāi)啟還是趨于關(guān)閉;
(3)阻尼器阻力大小;呼吸孔氣體交換的速度;
1.2 從燃?xì)鈧鬏斚到y(tǒng)方面考慮,取決于下面兩個(gè)因素
(1)下游管線體積越小,越不利于系統(tǒng)響應(yīng);
(2)氣體介質(zhì)密度越大,其流動(dòng)性越差,系統(tǒng)響應(yīng)也越慢。
1.3 從使用環(huán)境來(lái)看,有以下2個(gè)因素:
(1)高溫液體流量計(jì)工作的環(huán)境溫度
(2)工作介質(zhì)的清潔程度
本文主要從高溫液體流量計(jì)使用的環(huán)境溫度方面考慮,結(jié)合客戶在使用中遇到的實(shí)際問(wèn)題,對(duì)高溫液體流量計(jì)在不同的溫度條件下進(jìn)行測(cè)試、分析。圖1所示為北美客戶所使用某型號(hào)高溫液體流量計(jì)典型工作環(huán)境,由于該產(chǎn)品工作在戶外,冬季夜間溫度可達(dá)到-30℃到-40℃,工作環(huán)境*其惡劣。
2、實(shí)驗(yàn)室模擬測(cè)試
2.1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
該測(cè)試主要利用實(shí)驗(yàn)室測(cè)試條件,模擬客戶現(xiàn)場(chǎng)使用情況。其主要測(cè)試內(nèi)容包括:測(cè)試高溫液體流量計(jì)在+23℃,-30℃和-40℃三種溫度下,高溫液體流量計(jì)出口壓力分別在2.1kPa和30kPa時(shí),流量分別從*1階梯到*5階梯時(shí)的響應(yīng)速度,客戶所提供的流量階梯如圖2所示。橫軸表示下游球閥開(kāi)啟動(dòng)作時(shí)間,縱軸表示高溫液體流量計(jì)下游需要的流量q。
2.2 實(shí)驗(yàn)裝置
高溫液體流量計(jì)響應(yīng)測(cè)試裝置圖見(jiàn)圖3。實(shí)驗(yàn)裝置主要由某型號(hào)高溫液體流量計(jì),恒溫溫控箱,DN40壓力管道,三通,球閥,壓力變送器,流量計(jì)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等組成,實(shí)驗(yàn)介質(zhì)為清潔的壓縮空氣。
其中被測(cè)高溫液體流量計(jì)是符合GB 27790-2011《城鎮(zhèn)高溫液體流量計(jì)》規(guī)定的“靜特性測(cè)試裝置”,穩(wěn)壓精度可達(dá)AC5。
恒溫溫控箱:控溫范圍為-78℃-180℃,精度為+0.1℃。
壓力變送器:進(jìn)口壓力端量程0-100Psi,出口壓力端0-250英寸水柱,精度均為±0.025%。
流量計(jì):采用精度為±0.35%的質(zhì)量流量計(jì)。
球閥:響應(yīng)速度為150ms
數(shù)據(jù)采集系統(tǒng):NI Labview采集系統(tǒng),數(shù)據(jù)采集頻率為50次/s。
2.3 實(shí)驗(yàn)步驟
將某型號(hào)高溫液體流量計(jì)安裝在如圖3所示的測(cè)試管線上分別將高溫液體流量計(jì)的出口壓力p2設(shè)定在2.1kPa和30kPa,其響應(yīng)速度測(cè)試實(shí)驗(yàn)步驟如下:
開(kāi)啟1號(hào)球閥,同時(shí)關(guān)閉2,3,4號(hào)球閥,使系統(tǒng)流量q維持在8.5m3/h,將溫控箱溫度設(shè)定在-30℃,并維持24h,使高溫液體流量計(jì)所有零部件均達(dá)到相同溫度。
打開(kāi)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),并將采樣頻率設(shè)定在50次/s,采集時(shí)間t為120s的數(shù)據(jù)。
打開(kāi)2號(hào)球閥,使測(cè)試系統(tǒng)流量q由8.5m3/h增加到51m3/h。
采集120s的數(shù)據(jù)。
同時(shí)打開(kāi)3,4號(hào)球閥,使系統(tǒng)流量q由51m3/h增加到164m3/h。
采集120s的數(shù)據(jù)。
關(guān)閉4號(hào)球閥,使系統(tǒng)流量q由164m3/h降低至119m3/h。
采集120s的數(shù)據(jù)。
同時(shí)關(guān)閉2,3號(hào)球閥,使系統(tǒng)流量q 由119m3/h降低至8.5m3/h。
采集120s的數(shù)據(jù)。
關(guān)閉數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
將溫控箱溫度重新設(shè)定至-40℃,和+23℃,重復(fù)步驟a)到l)。
3、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理及結(jié)果分析
3.1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理
通過(guò)實(shí)驗(yàn)室的模擬測(cè)試,對(duì)于2.1kPa和30kPa出口設(shè)定壓力,分別得到的6條曲線,3條不同溫度下的壓力曲線和3條不同溫度下的流量曲線,如圖4和圖5所示。在*120s、240s和360s時(shí),由于流量突然增加,造成出口壓力瞬時(shí)降低。在*480s時(shí),由于流量突然減小,造成出口壓力瞬時(shí)升高。圖中的橫軸表示球閥的動(dòng)作響應(yīng)時(shí)間,*一縱軸對(duì)應(yīng)高溫液體流量計(jì)出口壓力p2,*二縱軸表示高溫液體流量計(jì)對(duì)應(yīng)該出口壓力下流量q。
3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析
為了深入研究溫度及流量突變對(duì)高溫液體流量計(jì)響應(yīng)速度的影響趨勢(shì),把每個(gè)流量突變點(diǎn)前后的出口壓力p2,流量q列表如表1所示。
從*1階梯到*2階梯,以及從*2階梯到*3階梯,下游用戶需求量突然增大,流量陡增,高溫液體流量計(jì)不能及時(shí)打開(kāi),造成出口壓力p2在流量陡增的瞬間下降,然后逐漸恢復(fù)平衡。相應(yīng)的從*3階梯到*4階梯,以及從*4階梯到*5階梯,下游用戶需求量突然減小,流量陡降,高溫液體流量計(jì)不能及時(shí)關(guān)閉,造成出口壓力p2在流量陡降的瞬間突然升高,然后逐漸恢復(fù)平衡。
為了更直觀嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?duì)比每個(gè)階段響應(yīng)速度的不同,對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,得到如下表格2和表格3。將△p2%/△q%作為響應(yīng)速度的直觀量化表達(dá),若△p2%/△q%的值大,說(shuō)明單位流量變化照成的出口壓力變化大,即說(shuō)明高溫液體流量計(jì)響應(yīng)相對(duì)較慢,反之亦然。
4、結(jié)束語(yǔ)
在相同條件下,工作環(huán)境溫度越低,高溫液體流量計(jì)響應(yīng)速度越慢。在流量陡降瞬間,-40℃溫度條件下,高溫液體流量計(jì)的響應(yīng)速度*慢。
高溫液體流量計(jì)在流量陡降時(shí)(*3階梯到*4階梯,*4階梯到*5階梯)比流量陡增時(shí)(*1階梯到*2階梯,*2階梯到*3階梯)響應(yīng)速度慢。即高溫液體流量計(jì)在關(guān)閉時(shí)的響應(yīng)速度比打開(kāi)時(shí)的響應(yīng)速度慢。
在相同工況下,高溫液體流量計(jì)出口壓力p2的設(shè)定值越低,其響應(yīng)速度相對(duì)越慢。
響應(yīng)速度是高溫液體流量計(jì)性能指標(biāo)之一,它對(duì)于滿足下游用戶對(duì)燃?xì)獾男枨笃鹬匾饔?。通常情況下,高溫液體流量計(jì)的響應(yīng)速度由以下幾個(gè)因素決定,溫度θ的高低,摩擦力F的大小,潤(rùn)滑脂的黏度μ,以及下游管道容積V的大小等。在我國(guó)北方寒冷的冬季,室外平均溫度在零下-10℃左右,局部地區(qū)達(dá)到零下-20℃、-30℃,這對(duì)于工作在室外的高溫液體流量計(jì)是一個(gè)*大的挑戰(zhàn)。同時(shí),天然氣在絕熱節(jié)流膨脹的傳輸過(guò)程中,由于焦耳-湯姆遜效應(yīng),隨著壓力降的增加,溫度會(huì)逐漸降低,這又會(huì)加劇高溫液體流量計(jì)工作的惡劣環(huán)境。
1、影響高溫液體流量計(jì)響應(yīng)速度的常見(jiàn)因素
影響高溫液體流量計(jì)響應(yīng)的因素主要從以下幾個(gè)方面考慮:
1.1 從設(shè)計(jì)方面,高溫液體流量計(jì)的響應(yīng)速度主要取決于以下幾個(gè)因素
(1)系統(tǒng)摩擦力的大?。?br /> (2)設(shè)計(jì)時(shí)系統(tǒng)平衡力是趨于開(kāi)啟還是趨于關(guān)閉;
(3)阻尼器阻力大小;呼吸孔氣體交換的速度;
1.2 從燃?xì)鈧鬏斚到y(tǒng)方面考慮,取決于下面兩個(gè)因素
(1)下游管線體積越小,越不利于系統(tǒng)響應(yīng);
(2)氣體介質(zhì)密度越大,其流動(dòng)性越差,系統(tǒng)響應(yīng)也越慢。
1.3 從使用環(huán)境來(lái)看,有以下2個(gè)因素:
(1)高溫液體流量計(jì)工作的環(huán)境溫度
(2)工作介質(zhì)的清潔程度
本文主要從高溫液體流量計(jì)使用的環(huán)境溫度方面考慮,結(jié)合客戶在使用中遇到的實(shí)際問(wèn)題,對(duì)高溫液體流量計(jì)在不同的溫度條件下進(jìn)行測(cè)試、分析。圖1所示為北美客戶所使用某型號(hào)高溫液體流量計(jì)典型工作環(huán)境,由于該產(chǎn)品工作在戶外,冬季夜間溫度可達(dá)到-30℃到-40℃,工作環(huán)境*其惡劣。
2、實(shí)驗(yàn)室模擬測(cè)試
2.1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
該測(cè)試主要利用實(shí)驗(yàn)室測(cè)試條件,模擬客戶現(xiàn)場(chǎng)使用情況。其主要測(cè)試內(nèi)容包括:測(cè)試高溫液體流量計(jì)在+23℃,-30℃和-40℃三種溫度下,高溫液體流量計(jì)出口壓力分別在2.1kPa和30kPa時(shí),流量分別從*1階梯到*5階梯時(shí)的響應(yīng)速度,客戶所提供的流量階梯如圖2所示。橫軸表示下游球閥開(kāi)啟動(dòng)作時(shí)間,縱軸表示高溫液體流量計(jì)下游需要的流量q。
2.2 實(shí)驗(yàn)裝置
高溫液體流量計(jì)響應(yīng)測(cè)試裝置圖見(jiàn)圖3。實(shí)驗(yàn)裝置主要由某型號(hào)高溫液體流量計(jì),恒溫溫控箱,DN40壓力管道,三通,球閥,壓力變送器,流量計(jì)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等組成,實(shí)驗(yàn)介質(zhì)為清潔的壓縮空氣。
其中被測(cè)高溫液體流量計(jì)是符合GB 27790-2011《城鎮(zhèn)高溫液體流量計(jì)》規(guī)定的“靜特性測(cè)試裝置”,穩(wěn)壓精度可達(dá)AC5。
恒溫溫控箱:控溫范圍為-78℃-180℃,精度為+0.1℃。
壓力變送器:進(jìn)口壓力端量程0-100Psi,出口壓力端0-250英寸水柱,精度均為±0.025%。
流量計(jì):采用精度為±0.35%的質(zhì)量流量計(jì)。
球閥:響應(yīng)速度為150ms
數(shù)據(jù)采集系統(tǒng):NI Labview采集系統(tǒng),數(shù)據(jù)采集頻率為50次/s。
2.3 實(shí)驗(yàn)步驟
將某型號(hào)高溫液體流量計(jì)安裝在如圖3所示的測(cè)試管線上分別將高溫液體流量計(jì)的出口壓力p2設(shè)定在2.1kPa和30kPa,其響應(yīng)速度測(cè)試實(shí)驗(yàn)步驟如下:
開(kāi)啟1號(hào)球閥,同時(shí)關(guān)閉2,3,4號(hào)球閥,使系統(tǒng)流量q維持在8.5m3/h,將溫控箱溫度設(shè)定在-30℃,并維持24h,使高溫液體流量計(jì)所有零部件均達(dá)到相同溫度。
打開(kāi)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),并將采樣頻率設(shè)定在50次/s,采集時(shí)間t為120s的數(shù)據(jù)。
打開(kāi)2號(hào)球閥,使測(cè)試系統(tǒng)流量q由8.5m3/h增加到51m3/h。
采集120s的數(shù)據(jù)。
同時(shí)打開(kāi)3,4號(hào)球閥,使系統(tǒng)流量q由51m3/h增加到164m3/h。
采集120s的數(shù)據(jù)。
關(guān)閉4號(hào)球閥,使系統(tǒng)流量q由164m3/h降低至119m3/h。
采集120s的數(shù)據(jù)。
同時(shí)關(guān)閉2,3號(hào)球閥,使系統(tǒng)流量q 由119m3/h降低至8.5m3/h。
采集120s的數(shù)據(jù)。
關(guān)閉數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
將溫控箱溫度重新設(shè)定至-40℃,和+23℃,重復(fù)步驟a)到l)。
3、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理及結(jié)果分析
3.1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理
通過(guò)實(shí)驗(yàn)室的模擬測(cè)試,對(duì)于2.1kPa和30kPa出口設(shè)定壓力,分別得到的6條曲線,3條不同溫度下的壓力曲線和3條不同溫度下的流量曲線,如圖4和圖5所示。在*120s、240s和360s時(shí),由于流量突然增加,造成出口壓力瞬時(shí)降低。在*480s時(shí),由于流量突然減小,造成出口壓力瞬時(shí)升高。圖中的橫軸表示球閥的動(dòng)作響應(yīng)時(shí)間,*一縱軸對(duì)應(yīng)高溫液體流量計(jì)出口壓力p2,*二縱軸表示高溫液體流量計(jì)對(duì)應(yīng)該出口壓力下流量q。
3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析
為了深入研究溫度及流量突變對(duì)高溫液體流量計(jì)響應(yīng)速度的影響趨勢(shì),把每個(gè)流量突變點(diǎn)前后的出口壓力p2,流量q列表如表1所示。
從*1階梯到*2階梯,以及從*2階梯到*3階梯,下游用戶需求量突然增大,流量陡增,高溫液體流量計(jì)不能及時(shí)打開(kāi),造成出口壓力p2在流量陡增的瞬間下降,然后逐漸恢復(fù)平衡。相應(yīng)的從*3階梯到*4階梯,以及從*4階梯到*5階梯,下游用戶需求量突然減小,流量陡降,高溫液體流量計(jì)不能及時(shí)關(guān)閉,造成出口壓力p2在流量陡降的瞬間突然升高,然后逐漸恢復(fù)平衡。
為了更直觀嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?duì)比每個(gè)階段響應(yīng)速度的不同,對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,得到如下表格2和表格3。將△p2%/△q%作為響應(yīng)速度的直觀量化表達(dá),若△p2%/△q%的值大,說(shuō)明單位流量變化照成的出口壓力變化大,即說(shuō)明高溫液體流量計(jì)響應(yīng)相對(duì)較慢,反之亦然。
4、結(jié)束語(yǔ)
在相同條件下,工作環(huán)境溫度越低,高溫液體流量計(jì)響應(yīng)速度越慢。在流量陡降瞬間,-40℃溫度條件下,高溫液體流量計(jì)的響應(yīng)速度*慢。
高溫液體流量計(jì)在流量陡降時(shí)(*3階梯到*4階梯,*4階梯到*5階梯)比流量陡增時(shí)(*1階梯到*2階梯,*2階梯到*3階梯)響應(yīng)速度慢。即高溫液體流量計(jì)在關(guān)閉時(shí)的響應(yīng)速度比打開(kāi)時(shí)的響應(yīng)速度慢。
在相同工況下,高溫液體流量計(jì)出口壓力p2的設(shè)定值越低,其響應(yīng)速度相對(duì)越慢。