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影響衛(wèi)生級電磁流量計響應速度的常見因素及處理結果分析
點擊次數：1925 發(fā)布時間：2021-01-01 12:06:28
摘要：分析影響衛(wèi)生級電磁流量計響應速度的常見因素，通過實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，流量變化分別從*1階梯突變到*5階梯時的響應速度。
響應速度是電磁流量計性能指標之一，它對于滿足下游用戶對燃氣的需求起著重要作用。通常情況下，電磁流量計的響應速度由以下幾個因素決定，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(qū)達到零下-20℃、-30℃，這對于工作在室外的電磁流量計是一個*大的挑戰(zhàn)。同時，天然氣在絕熱節(jié)流膨脹的傳輸過程中，由于焦耳-湯姆遜效應，隨著壓力降的增加，溫度會逐漸降低，這又會加劇衛(wèi)生級電磁流量計工作的惡劣環(huán)境。
1、影響衛(wèi)生級電磁流量計響應速度的常見因素
影響電磁流量計響應的因素主要從以下幾個方面考慮：
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因素
（1）系統(tǒng)摩擦力的大??；
（2）設計時系統(tǒng)平衡力是趨于開啟還是趨于關閉；
（3）阻尼器阻力大?。缓粑讱怏w交換的速度；
1.2 從燃氣傳輸系統(tǒng)方面考慮，取決于下面兩個因素
（1）下游管線體積越小，越不利于系統(tǒng)響應；
（2）氣體介質密度越大，其流動性越差，系統(tǒng)響應也越慢。
1.3 從使用環(huán)境來看，有以下2個因素：
（1）電磁流量計工作的環(huán)境溫度
（2）工作介質的清潔程度
本文主要從衛(wèi)生級電磁流量計使用的環(huán)境溫度方面考慮，結合客戶在使用中遇到的實際問題，對電磁流量計在不同的溫度條件下進行測試、分析。圖1所示為北美客戶所使用某型號電磁流量計典型工作環(huán)境，由于該產品工作在戶外，冬季夜間溫度可達到-30℃到-40℃，工作環(huán)境*其惡劣。
2、實驗室模擬測試
2.1 實驗內容
該測試主要利用實驗室測試條件，模擬客戶現場使用情況。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，流量分別從*1階梯到*5階梯時的響應速度，客戶所提供的流量階梯如圖2所示。橫軸表示下游球閥開啟動作時間，縱軸表示衛(wèi)生級電磁流量計下游需要的流量q。
2.2 實驗裝置
衛(wèi)生級電磁流量計響應測試裝置圖見圖3。實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(tǒng)等組成，實驗介質為清潔的壓縮空氣。
其中被測電磁流量計是符合GB 27790-2011《城鎮(zhèn)電磁流量計》規(guī)定的“靜特性測試裝置”，穩(wěn)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%的質量流量計。
球閥：響應速度為150ms
數據采集系統(tǒng)：NI Labview采集系統(tǒng)，數據采集頻率為50次/s。
2.3 實驗步驟
將某型號衛(wèi)生級電磁流量計安裝在如圖3所示的測試管線上分別將電磁流量計的出口壓力p2設定在2.1kPa和30kPa，其響應速度測試實驗步驟如下：
開啟1號球閥，同時關閉2，3，4號球閥，使系統(tǒng)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。
打開數據采集系統(tǒng)，并將采樣頻率設定在50次/s，采集時間t為120s的數據。
打開2號球閥，使測試系統(tǒng)流量q由8.5m3/h增加到51m3/h。
采集120s的數據。
同時打開3，4號球閥，使系統(tǒng)流量q由51m3/h增加到164m3/h。
采集120s的數據。
關閉4號球閥，使系統(tǒng)流量q由164m3/h降低至119m3/h。
采集120s的數據。
同時關閉2，3號球閥，使系統(tǒng)流量q 由119m3/h降低至8.5m3/h。
采集120s的數據。
關閉數據采集系統(tǒng)。
將溫控箱溫度重新設定至-40℃，和+23℃，重復步驟a）到l）。
3、實驗數據處理及結果分析
3.1 實驗數據處理
通過實驗室的模擬測試，對于2.1kPa和30kPa出口設定壓力，分別得到的6條曲線，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，由于流量突然增加，造成出口壓力瞬時降低。在*480s時，由于流量突然減小，造成出口壓力瞬時升高。圖中的橫軸表示球閥的動作響應時間，*一縱軸對應電磁流量計出口壓力p2，*二縱軸表示電磁流量計對應該出口壓力下流量q。
3.2 實驗結果分析
為了深入研究溫度及流量突變對衛(wèi)生級電磁流量計響應速度的影響趨勢，把每個流量突變點前后的出口壓力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，電磁流量計不能及時打開，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*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，衛(wèi)生級電磁流量計不能及時關閉，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。
為了更直觀嚴謹的對比每個階段響應速度的不同，對原始數據進行處理，得到如下表格2和表格3。將△p2%/△q%作為響應速度的直觀量化表達，若△p2%/△q%的值大，說明單位流量變化照成的出口壓力變化大，即說明電磁流量計響應相對較慢，反之亦然。
4、結束語
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*慢。
衛(wèi)生級電磁流量計在流量陡降時（*3階梯到*4階梯，*4階梯到*5階梯）比流量陡增時（*1階梯到*2階梯，*2階梯到*3階梯）響應速度慢。即電磁流量計在關閉時的響應速度比打開時的響應速度慢。
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，它對于滿足下游用戶對燃氣的需求起著重要作用。通常情況下，電磁流量計的響應速度由以下幾個因素決定，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(qū)達到零下-20℃、-30℃，這對于工作在室外的電磁流量計是一個*大的挑戰(zhàn)。同時，天然氣在絕熱節(jié)流膨脹的傳輸過程中，由于焦耳-湯姆遜效應，隨著壓力降的增加，溫度會逐漸降低，這又會加劇衛(wèi)生級電磁流量計工作的惡劣環(huán)境。
1、影響衛(wèi)生級電磁流量計響應速度的常見因素
影響電磁流量計響應的因素主要從以下幾個方面考慮：
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因素
（1）系統(tǒng)摩擦力的大??；
（2）設計時系統(tǒng)平衡力是趨于開啟還是趨于關閉；
（3）阻尼器阻力大?。缓粑讱怏w交換的速度；
1.2 從燃氣傳輸系統(tǒng)方面考慮，取決于下面兩個因素
（1）下游管線體積越小，越不利于系統(tǒng)響應；
（2）氣體介質密度越大，其流動性越差，系統(tǒng)響應也越慢。
1.3 從使用環(huán)境來看，有以下2個因素：
（1）電磁流量計工作的環(huán)境溫度
（2）工作介質的清潔程度
本文主要從衛(wèi)生級電磁流量計使用的環(huán)境溫度方面考慮，結合客戶在使用中遇到的實際問題，對電磁流量計在不同的溫度條件下進行測試、分析。圖1所示為北美客戶所使用某型號電磁流量計典型工作環(huán)境，由于該產品工作在戶外，冬季夜間溫度可達到-30℃到-40℃，工作環(huán)境*其惡劣。
2、實驗室模擬測試
2.1 實驗內容
該測試主要利用實驗室測試條件，模擬客戶現場使用情況。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，流量分別從*1階梯到*5階梯時的響應速度，客戶所提供的流量階梯如圖2所示。橫軸表示下游球閥開啟動作時間，縱軸表示衛(wèi)生級電磁流量計下游需要的流量q。
2.2 實驗裝置
衛(wèi)生級電磁流量計響應測試裝置圖見圖3。實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(tǒng)等組成，實驗介質為清潔的壓縮空氣。
其中被測電磁流量計是符合GB 27790-2011《城鎮(zhèn)電磁流量計》規(guī)定的“靜特性測試裝置”，穩(wěn)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%的質量流量計。
球閥：響應速度為150ms
數據采集系統(tǒng)：NI Labview采集系統(tǒng)，數據采集頻率為50次/s。
2.3 實驗步驟
將某型號衛(wèi)生級電磁流量計安裝在如圖3所示的測試管線上分別將電磁流量計的出口壓力p2設定在2.1kPa和30kPa，其響應速度測試實驗步驟如下：
開啟1號球閥，同時關閉2，3，4號球閥，使系統(tǒng)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。
打開數據采集系統(tǒng)，并將采樣頻率設定在50次/s，采集時間t為120s的數據。
打開2號球閥，使測試系統(tǒng)流量q由8.5m3/h增加到51m3/h。
采集120s的數據。
同時打開3，4號球閥，使系統(tǒng)流量q由51m3/h增加到164m3/h。
采集120s的數據。
關閉4號球閥，使系統(tǒng)流量q由164m3/h降低至119m3/h。
采集120s的數據。
同時關閉2，3號球閥，使系統(tǒng)流量q 由119m3/h降低至8.5m3/h。
采集120s的數據。
關閉數據采集系統(tǒng)。
將溫控箱溫度重新設定至-40℃，和+23℃，重復步驟a）到l）。
3、實驗數據處理及結果分析
3.1 實驗數據處理
通過實驗室的模擬測試，對于2.1kPa和30kPa出口設定壓力，分別得到的6條曲線，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，由于流量突然增加，造成出口壓力瞬時降低。在*480s時，由于流量突然減小，造成出口壓力瞬時升高。圖中的橫軸表示球閥的動作響應時間，*一縱軸對應電磁流量計出口壓力p2，*二縱軸表示電磁流量計對應該出口壓力下流量q。
3.2 實驗結果分析
為了深入研究溫度及流量突變對衛(wèi)生級電磁流量計響應速度的影響趨勢，把每個流量突變點前后的出口壓力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，電磁流量計不能及時打開，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*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，衛(wèi)生級電磁流量計不能及時關閉，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。
為了更直觀嚴謹的對比每個階段響應速度的不同，對原始數據進行處理，得到如下表格2和表格3。將△p2%/△q%作為響應速度的直觀量化表達，若△p2%/△q%的值大，說明單位流量變化照成的出口壓力變化大，即說明電磁流量計響應相對較慢，反之亦然。
4、結束語
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*慢。
衛(wèi)生級電磁流量計在流量陡降時（*3階梯到*4階梯，*4階梯到*5階梯）比流量陡增時（*1階梯到*2階梯，*2階梯到*3階梯）響應速度慢。即電磁流量計在關閉時的響應速度比打開時的響應速度慢。
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。