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气体介质湿度对膜式燃气表计量检定的影响

时间:2018/07/03来源:未知

摘    要:

该文按照规程的要求, 采用钟罩式气体流量标准装置对4台相对稳定燃气表在不同的湿度条件下进行检测, 测得不同湿度下的压力损失、测量示值误差。结合管道中气体介质的相关特性理论进行比较分析, 得出不同的湿度对燃气表检定的影响程度, 为检定人员在检定过程中的判定提供参考依据, 最后提出如何减弱湿度影响的措施。

 

0 引言

按照JJG 577-2012膜式燃气表检定规程的有关规定, 膜式燃气表的检定项目包括外观、密封性、压力损失、示值误差以及附加装置功能检测, 并且对其示值误差在压力、温度等方面都有进行修正。而本文主要讨论的是检测介质的湿度对其压力损失、示值误差两方面的影响, 为检定人员对燃气表检测结果的判定提供参考条件。

1 实验仪表设备与实验方案

1.1 实验仪表设备

G2.5膜式燃气表4台、湿度计、温度计、气压表、钟罩式气体流量标准装置系统。

1.2 实验方案

本实验按照膜式燃气表检定规程的要求进行, 采用自动化钟罩气体流量标准装置进行检测。首先选取4台qmax为2.5 m3/h的稳定性和重复性相对较好的膜式燃气表进行测量, 通过温度计、气压表、相对湿度计等仪表的监测来控制实验环境, 使之符合实验要求。再将4台膜式燃气表分别在相对湿度为45%、60%、75%的三种测量环境下进行恒温恒湿4 h, 使之达到测量条件进行检测, 分别在三种不同的湿度环境下检测qmax, 0.2qmax各3次, 分别取其平均值, 由于qmin影响相对较小, 本文暂不作讨论。检测流程见图1 (其中B1、B2、B3、B4分别表示4台被检燃气表的检测顺序, 同表1、表2) 。

图1 膜式燃气表检测流程

图1 膜式燃气表检测流程

 

表1 燃气表在相对湿度条件下的检测压力损失

表1 燃气表在相对湿度条件下的检测压力损失

表2 燃气表在相对湿度条件下的检测示值误差

表2 燃气表在相对湿度条件下的检测示值误差

1.3 实验数据及结果分析

1.3.1 实验数据

本实验在规定的条件下取得的压力损失和示值误差数据, 由于本检测系统能够自动算出平均值, 因此本实验直接给出数据, 见表1、表2。

1.3.2 结果分析

从表1各列项看, 对比4台燃气表的各个检定点从45%到75%的相对湿度条件下检测的压力损失, 如B1燃气表在qmax检定点的压力损失从141.73 Pa上升到178.75 Pa, 可见燃气表的压力损失随着相对湿度的上升而增加, 反之也跟着减少。从表2各列项, 来对比4台燃气表的各个检定点从45%到75%的相对湿度条件下检测的示值误差, 如B4燃气表在qmax检定点的示值误差从0.543%下降到-0.46%, 测得的示值误差随着相对湿度的上升而下降, 往负差的方向偏移, 反之则上升, 往正差方向偏移, 与姜宏兵等人的实验结果是相一致的。很显然不管是燃气表的压力损失还是示值误差都会随着相对湿度的变化, 出现上升或下降。

2 湿度影响因素原因分析与处理措施

相对湿度, 指空气中水汽压与饱和水汽压的百分比。一个稳定的实验环境, 就如一个相对密闭的独立空间, 随着湿度的增大, 气体介质水分子增多, 空气密度变大。

2.1 压力损失分析

首先, 膜式燃气表是利用柔性薄壁测量室进行气体体积测量的气体流量计, 可看成是普通管道, 具备其他管道相同特性。按照狭义的管道特性来分析, Rp是气体流量在经过管道中某一管段产生涡流时所生成的局部的阻力或压力损失, 按式 (1) 计算:

计算公式

 

式中:ξ——管道中局部管件的摩阻损失系数;

ρj——管道中气体的密度, kg/m3;

v——管道内的气体流量速度, m/s

按照式 (1) 可以得出, 在管道内的气体流速不变的情况下, 空气密度变大, 燃气表流量计的压力损失Rp会增大, 也就说随着相对湿度的增长, 流量计的压力损失有升高的趋势, 这也符合了前面所做的实验结果, 因此在检测人员对有临界压力损失的燃气表的判定时, 会因为在不同的湿度环境下, 判定结果有所不同。

2.2 示值误差分析

根据管网特性:管网的压力损失为:R=RfL, 其中Rf是单位长度管道气体流量与管壁摩擦所产生的摩擦阻力或摩擦损失, L是管道的长度 (m) 。

摩擦阻力或摩擦损失的计算公式为

计算公式

 

式中:λ——气体与管壁的摩擦阻力系数, N·s2/m4;

D——圆形管道的直径, m;

ρj——管道中气体的密度, kg/m3;

v——管道内的气体流量速度, m/s

按照式 (2) 可以得出, 在管道内的气体流速v、管径D、摩擦阻力系数λ不变的情况下, 空气密度ρj变大, 单位长度管道内的压力损失Rf增大, 也就说随着相对湿度的增长, 管网的压力损失R跟着升高。

按照规程要求计算单次测量示值误差:

计算公式

 

式中:E——单次测量的示值误差, %;

Vm——燃气表的读数值, dm3;

Vref——通过燃气表的实际气体流量, dm3

Vref通过测量标准装置处和燃气表进口处的温度和压力, 并按式 (4) 进行修正

计算公式

 

式中:Vs——标准装置的示值, dm3;

Psa——标准装置处的绝对压力, Pa;

Tsa——标准装置处的热力学温度, K;

Pma——燃气表进口处的绝对压力, Pa;

Tma——燃气表进口处的热力学温度, K

标准装置处的绝对压力Psa与燃气表进口处的绝对压力Pma之差, 即为气体介质流经管道与管壁摩擦产生的阻力或压力损失:

计算公式

 

在温度Tsa、Tma和工作压力Psa恒定的情况, 根据式 (5) 计算, 随着管道压力损失R的增大, Pma必然下降, 按照Vref温度、压力修正式 (4) 计算, Vref显然也增大, 再按照单次测量示值误差E计算式 (3) 得出E是变小的, 可见示值误差E会随着相对湿度的上升而下降, 这与前面所做的实验结果是相同的。

2.3 处理措施

那么如何减小湿度对膜式燃气表测量结果的影响, 特别是南方春天潮湿多雨的天气:一、条件允许应当就地取材, 使用当地当时生产膜式燃气表测量, 以适应当地的气候条件。二、提高实验室环境质量, 保持环境气体介质的均匀性、稳定性。三、可以适当采取大数据的方法, 根据不同湿度的不同影响程度进行修正。

3 结语

显而易见, 不管是从实验结果, 还是理论分析结果来看, 检测的燃气表的压力损失和示值误差都会随着相对湿度的变化而产生变化, 因此在检测人员对有临界压力损失或示值误差的燃气表判定时, 会因为在不同的湿度环境下, 判定结果有所不同。仅仅因为介质湿度环境因素的影响, 导致燃气表流量计判定结果不同, 会造成人力、财力等资源方面的浪费, 特别面对量大的燃气表需求, 检测效率大打折扣。因此, 降低湿度对燃气表检测的影响, 对提高检测效率和检测质量方面非常有益。


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