影響高溫電磁流量計響應速度的常見(jiàn)因素及處理結果分析
點(diǎn)擊次數：1569 發(fā)布時(shí)間：2021-01-01 12:15:32
摘要：分析影響高溫電磁流量計響應速度的常見(jiàn)因素，通過(guò)實(shí)驗測試研究分析了某型號電磁流量計在+23℃、-30℃和-40℃三種溫度θ下，出口壓力p2分別在2.1kPa和30kPa時(shí)，流量變化分別從第1階梯突變到第5階梯時(shí)的響應速度。
響應速度是電磁流量計性能指標之一，它對于滿(mǎn)足下游用戶(hù)對燃氣的需求起著(zhù)重要作用。通常情況下，電磁流量計的響應速度由以下幾個(gè)因素決定，溫度θ的高低，摩擦力F的大小，潤滑脂的黏度μ，以及下游管道容積V的大小等。在我國北方寒冷的冬季，室外平均溫度在零下-10℃左右，局部地區達到零下-20℃、-30℃，這對于工作在室外的電磁流量計是一個(gè)極大的挑戰。同時(shí)，天然氣在絕熱節流膨脹的傳輸過(guò)程中，由于焦耳-湯姆遜效應，隨著(zhù)壓力降的增加，溫度會(huì )逐漸降低，這又會(huì )加劇高溫電磁流量計工作的惡劣環(huán)境。
1、影響高溫電磁流量計響應速度的常見(jiàn)因素
影響電磁流量計響應的因素主要從以下幾個(gè)方面考慮：
1.1 從設計方面，電磁流量計的響應速度主要取決于以下幾個(gè)因素
（1）系統摩擦力的大??；
（2）設計時(shí)系統平衡力是趨于開(kāi)啟還是趨于關(guān)閉；
（3）阻尼器阻力大??；呼吸孔氣體交換的速度；
1.2 從燃氣傳輸系統方面考慮，取決于下面兩個(gè)因素
（1）下游管線(xiàn)體積越小，越不利于系統響應；
（2）氣體介質(zhì)密度越大，其流動(dòng)性越差，系統響應也越慢。
1.3 從使用環(huán)境來(lái)看，有以下2個(gè)因素：
（1）電磁流量計工作的環(huán)境溫度
（2）工作介質(zhì)的清潔程度
本文主要從高溫電磁流量計使用的環(huán)境溫度方面考慮，結合客戶(hù)在使用中遇到的實(shí)際問(wèn)題，對電磁流量計在不同的溫度條件下進(jìn)行測試、分析。圖1所示為北美客戶(hù)所使用某型號電磁流量計典型工作環(huán)境，由于該產(chǎn)品工作在戶(hù)外，冬季夜間溫度可達到-30℃到-40℃，工作環(huán)境極其惡劣。
2、實(shí)驗室模擬測試
2.1 實(shí)驗內容
該測試主要利用實(shí)驗室測試條件，模擬客戶(hù)現場(chǎng)使用情況。其主要測試內容包括：測試電磁流量計在+23℃，-30℃和-40℃三種溫度下，電磁流量計出口壓力分別在2.1kPa和30kPa時(shí)，流量分別從第1階梯到第5階梯時(shí)的響應速度，客戶(hù)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，縱軸表示高溫電磁流量計下游需要的流量q。
2.2 實(shí)驗裝置
高溫電磁流量計響應測試裝置圖見(jiàn)圖3。實(shí)驗裝置主要由某型號電磁流量計，恒溫溫控箱，DN40壓力管道，三通，球閥，壓力變送器，流量計和數據采集系統等組成，實(shí)驗介質(zhì)為清潔的壓縮空氣。
其中被測電磁流量計是符合GB 27790-2011《城鎮電磁流量計》規定的“靜特性測試裝置”，穩壓精度可達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：采用精度為±0.35%的質(zhì)量流量計。
球閥：響應速度為150ms
數據采集系統：NI Labview采集系統，數據采集頻率為50次/s。
2.3 實(shí)驗步驟
將某型號高溫電磁流量計安裝在如圖3所示的測試管線(xiàn)上分別將電磁流量計的出口壓力p2設定在2.1kPa和30kPa，其響應速度測試實(shí)驗步驟如下：
開(kāi)啟1號球閥，同時(shí)關(guān)閉2，3，4號球閥，使系統流量q維持在8.5m3/h，將溫控箱溫度設定在-30℃，并維持24h，使電磁流量計所有零部件均達到相同溫度。
打開(kāi)數據采集系統，并將采樣頻率設定在50次/s，采集時(shí)間t為120s的數據。
打開(kāi)2號球閥，使測試系統流量q由8.5m3/h增加到51m3/h。
采集120s的數據。
同時(shí)打開(kāi)3，4號球閥，使系統流量q由51m3/h增加到164m3/h。
采集120s的數據。
關(guān)閉4號球閥，使系統流量q由164m3/h降低至119m3/h。
采集120s的數據。
同時(shí)關(guān)閉2，3號球閥，使系統流量q 由119m3/h降低至8.5m3/h。
采集120s的數據。
關(guān)閉數據采集系統。
將溫控箱溫度重新設定至-40℃，和+23℃，重復步驟a）到l）。
3、實(shí)驗數據處理及結果分析
3.1 實(shí)驗數據處理
通過(guò)實(shí)驗室的模擬測試，對于2.1kPa和30kPa出口設定壓力，分別得到的6條曲線(xiàn)，3條不同溫度下的壓力曲線(xiàn)和3條不同溫度下的流量曲線(xiàn)，如圖4和圖5所示。在第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。在第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)作響應時(shí)間，第一縱軸對應電磁流量計出口壓力p2，第二縱軸表示電磁流量計對應該出口壓力下流量q。
3.2 實(shí)驗結果分析
為了深入研究溫度及流量突變對高溫電磁流量計響應速度的影響趨勢，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。
從第1階梯到第2階梯，以及從第2階梯到第3階梯，下游用戶(hù)需求量突然增大，流量陡增，電磁流量計不能及時(shí)打開(kāi)，造成出口壓力p2在流量陡增的瞬間下降，然后逐漸恢復平衡。相應的從第3階梯到第4階梯，以及從第4階梯到第5階梯，下游用戶(hù)需求量突然減小，流量陡降，高溫電磁流量計不能及時(shí)關(guān)閉，造成出口壓力p2在流量陡降的瞬間突然升高，然后逐漸恢復平衡。
為了更直觀(guān)嚴謹的對比每個(gè)階段響應速度的不同，對原始數據進(jìn)行處理，得到如下表格2和表格3。將△p2%/△q%作為響應速度的直觀(guān)量化表達，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)明電磁流量計響應相對較慢，反之亦然。
4、結束語(yǔ)
在相同條件下，工作環(huán)境溫度越低，電磁流量計響應速度越慢。在流量陡降瞬間，-40℃溫度條件下，電磁流量計的響應速度最慢。
高溫電磁流量計在流量陡降時(shí)（第3階梯到第4階梯，第4階梯到第5階梯）比流量陡增時(shí)（第1階梯到第2階梯，第2階梯到第3階梯）響應速度慢。即電磁流量計在關(guān)閉時(shí)的響應速度比打開(kāi)時(shí)的響應速度慢。
在相同工況下，電磁流量計出口壓力p2的設定值越低，其響應速度相對越慢。
響應速度是電磁流量計性能指標之一，它對于滿(mǎn)足下游用戶(hù)對燃氣的需求起著(zhù)重要作用。通常情況下，電磁流量計的響應速度由以下幾個(gè)因素決定，溫度θ的高低，摩擦力F的大小，潤滑脂的黏度μ，以及下游管道容積V的大小等。在我國北方寒冷的冬季，室外平均溫度在零下-10℃左右，局部地區達到零下-20℃、-30℃，這對于工作在室外的電磁流量計是一個(gè)極大的挑戰。同時(shí)，天然氣在絕熱節流膨脹的傳輸過(guò)程中，由于焦耳-湯姆遜效應，隨著(zhù)壓力降的增加，溫度會(huì )逐漸降低，這又會(huì )加劇高溫電磁流量計工作的惡劣環(huán)境。
1、影響高溫電磁流量計響應速度的常見(jiàn)因素
影響電磁流量計響應的因素主要從以下幾個(gè)方面考慮：
1.1 從設計方面，電磁流量計的響應速度主要取決于以下幾個(gè)因素
（1）系統摩擦力的大??；
（2）設計時(shí)系統平衡力是趨于開(kāi)啟還是趨于關(guān)閉；
（3）阻尼器阻力大??；呼吸孔氣體交換的速度；
1.2 從燃氣傳輸系統方面考慮，取決于下面兩個(gè)因素
（1）下游管線(xiàn)體積越小，越不利于系統響應；
（2）氣體介質(zhì)密度越大，其流動(dòng)性越差，系統響應也越慢。
1.3 從使用環(huán)境來(lái)看，有以下2個(gè)因素：
（1）電磁流量計工作的環(huán)境溫度
（2）工作介質(zhì)的清潔程度
本文主要從高溫電磁流量計使用的環(huán)境溫度方面考慮，結合客戶(hù)在使用中遇到的實(shí)際問(wèn)題，對電磁流量計在不同的溫度條件下進(jìn)行測試、分析。圖1所示為北美客戶(hù)所使用某型號電磁流量計典型工作環(huán)境，由于該產(chǎn)品工作在戶(hù)外，冬季夜間溫度可達到-30℃到-40℃，工作環(huán)境極其惡劣。
2、實(shí)驗室模擬測試
2.1 實(shí)驗內容
該測試主要利用實(shí)驗室測試條件，模擬客戶(hù)現場(chǎng)使用情況。其主要測試內容包括：測試電磁流量計在+23℃，-30℃和-40℃三種溫度下，電磁流量計出口壓力分別在2.1kPa和30kPa時(shí)，流量分別從第1階梯到第5階梯時(shí)的響應速度，客戶(hù)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，縱軸表示高溫電磁流量計下游需要的流量q。
2.2 實(shí)驗裝置
高溫電磁流量計響應測試裝置圖見(jiàn)圖3。實(shí)驗裝置主要由某型號電磁流量計，恒溫溫控箱，DN40壓力管道，三通，球閥，壓力變送器，流量計和數據采集系統等組成，實(shí)驗介質(zhì)為清潔的壓縮空氣。
其中被測電磁流量計是符合GB 27790-2011《城鎮電磁流量計》規定的“靜特性測試裝置”，穩壓精度可達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：采用精度為±0.35%的質(zhì)量流量計。
球閥：響應速度為150ms
數據采集系統：NI Labview采集系統，數據采集頻率為50次/s。
2.3 實(shí)驗步驟
將某型號高溫電磁流量計安裝在如圖3所示的測試管線(xiàn)上分別將電磁流量計的出口壓力p2設定在2.1kPa和30kPa，其響應速度測試實(shí)驗步驟如下：
開(kāi)啟1號球閥，同時(shí)關(guān)閉2，3，4號球閥，使系統流量q維持在8.5m3/h，將溫控箱溫度設定在-30℃，并維持24h，使電磁流量計所有零部件均達到相同溫度。
打開(kāi)數據采集系統，并將采樣頻率設定在50次/s，采集時(shí)間t為120s的數據。
打開(kāi)2號球閥，使測試系統流量q由8.5m3/h增加到51m3/h。
采集120s的數據。
同時(shí)打開(kāi)3，4號球閥，使系統流量q由51m3/h增加到164m3/h。
采集120s的數據。
關(guān)閉4號球閥，使系統流量q由164m3/h降低至119m3/h。
采集120s的數據。
同時(shí)關(guān)閉2，3號球閥，使系統流量q 由119m3/h降低至8.5m3/h。
采集120s的數據。
關(guān)閉數據采集系統。
將溫控箱溫度重新設定至-40℃，和+23℃，重復步驟a）到l）。
3、實(shí)驗數據處理及結果分析
3.1 實(shí)驗數據處理
通過(guò)實(shí)驗室的模擬測試，對于2.1kPa和30kPa出口設定壓力，分別得到的6條曲線(xiàn)，3條不同溫度下的壓力曲線(xiàn)和3條不同溫度下的流量曲線(xiàn)，如圖4和圖5所示。在第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。在第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)作響應時(shí)間，第一縱軸對應電磁流量計出口壓力p2，第二縱軸表示電磁流量計對應該出口壓力下流量q。
3.2 實(shí)驗結果分析
為了深入研究溫度及流量突變對高溫電磁流量計響應速度的影響趨勢，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。
從第1階梯到第2階梯，以及從第2階梯到第3階梯，下游用戶(hù)需求量突然增大，流量陡增，電磁流量計不能及時(shí)打開(kāi)，造成出口壓力p2在流量陡增的瞬間下降，然后逐漸恢復平衡。相應的從第3階梯到第4階梯，以及從第4階梯到第5階梯，下游用戶(hù)需求量突然減小，流量陡降，高溫電磁流量計不能及時(shí)關(guān)閉，造成出口壓力p2在流量陡降的瞬間突然升高，然后逐漸恢復平衡。
為了更直觀(guān)嚴謹的對比每個(gè)階段響應速度的不同，對原始數據進(jìn)行處理，得到如下表格2和表格3。將△p2%/△q%作為響應速度的直觀(guān)量化表達，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)明電磁流量計響應相對較慢，反之亦然。
4、結束語(yǔ)
在相同條件下，工作環(huán)境溫度越低，電磁流量計響應速度越慢。在流量陡降瞬間，-40℃溫度條件下，電磁流量計的響應速度最慢。
高溫電磁流量計在流量陡降時(shí)（第3階梯到第4階梯，第4階梯到第5階梯）比流量陡增時(shí)（第1階梯到第2階梯，第2階梯到第3階梯）響應速度慢。即電磁流量計在關(guān)閉時(shí)的響應速度比打開(kāi)時(shí)的響應速度慢。
在相同工況下，電磁流量計出口壓力p2的設定值越低，其響應速度相對越慢。