一、引言
压缩空气是企业单位重要的二次能源、大多由电能或热能经压缩机转化而来，压缩空气流量是表述空气压缩机性能的重要参数、也是工业过程中測量的重要参数、随着空气压缩机的广泛应用、其流量的准确测量对于产品升级、工业生产过程的控制和监测以及节能减排都显得至关重要、压缩空气流量是指在短暂时间内流过某一流通截面为压缩空气数量与通过时间之比。压缩空气数量以体积表示称为体积流量.以质量表示称为质量流量。
热式气体质量流量计具有压损低.流量范围度大、重复性和高可性.无可动部件以及可用于极低气体流量监測和控制等特点.在干燥压縮空气測量方面的优势明显.利于节约能源及采购成本。
二、工作原理
温度传感器測量管道内气体的温度,另一个为速度传感器,电加热到高于温度传感器測量得到的温度,并且保持温差值恒定:当气本流动带走速度传感器上的热量时,为保持温差恒定,需要额外的电补偿加热,而这个补偿的电功率大小和气体质量流量成正比。
Qm=K*△p/Cp*△p*S (1)
上式中:m为气体质量流量.K为仪表系数恒定力.△p为补偿的电功率大小(可以通过測量得到).Cp为定压比热容(由气体组分决定)△t为两探头间的温度差恒定：S为管道截面积。
三、应用情况
西宁位于青蔵高原东部、太阳幅射强和昼夜温差大.1月份ZUI冷月平均气温-7.1℃.历年ZUI低气温-24.9℃。在西宁市大通县城郊.距离西宁市区30公里气温比西宁低1~2℃。公司用的压縮空气经干燥处理后.压力为0.65~0.7MPa,温度:20-25℃.分两路供给生产使用.第一路用在连续生产设备上,不停气.第二路经320m³储气罐缓冲后做输送物料动力.每天9:00至15:00用气。每个支管上使用插入式热式质量流量计计量压缩空气的用量.第二路程0~1200Nm³/h.都安装在室外,使用已满6年。
四、问题发现
2014年1月发现,第二路的流量计在不用气的情况下.仍显示有瞬时流量.ZUI大瞬时流量达300Nm³/h.变化情况见表1。从表中可以看出,在气温ZUI低温在-15℃以下时.流量计的零点漂移量随气温降低而增大.ZUI大漂移达量程的27%,发生较大数据偏移的时间在夜20点到次日8点.在每天气温ZUI低点时,漂移量ZUI大:在ZUI低气温高于-15℃.漂移并不明显。随着气温的上升、漂移的数据会逐渐减小,回到允许误差范围内(±2%FS)。
五、造成漂移原因分析
1.运行原因。每天完成6小时的物料输送任务后.关闭用气设备进口阀门.流量计上游阀门保持全开位置.储气罐进出口阀门不关流量计零点瞬时流量在0~200Nm³/h波动,在允许误差范围内。发现流量计零点波动超过1000Nm³/h时,对用气设备、管路和储气罐进检查,未发现漏气、关闭流量计上游阀门、排空储气罐气体后16小时内,髒时流量仍出现大范围波动。拆下流量计检查.測量探头洁净,供电电压正常.因此排除管路漏气及电源电压引起瞬时流量波动的原因
2.漂移过程分析。在当日ZUI低气温低于-15℃时,由于温差大的特点,日ZUI高气温在0C左右。流量计的漂移过程从20点以后开始次日8点左右ZUI大。其原因为在当日9:00~15:00点为正常供气时间,流量计工作介质温度20℃.环境温度从日ZUI低温升到ZUI高温过程,因正常供气、看不出漂移量。供气结束后,气温从日ZUI高点缓慢降低,此时管内气体不流动、温度也从20℃逐渐下降到-10℃以下达到流量计工作极限温度以下(介质温度和环境温度几乎相等),零漂移特别明显。
3.流量计原因。正常坏境温度和介质温度时,从(1)中可知表系数K恒定,管道截面积S.定压比热容Cp为常数,△t为两探头间的温度差(恒定).Qm与△p成正比。当环境温度和介质温度都低于-10℃时,压缩空气定压比热容会变化,一些理想气体的定压比热容表及计算公式如下:
Cp=C0+C1θ+C2θ+C3θK J/(kg. K) (2)
θ=｛T｝K/1000 (3)
-20℃(253K)代入(3)式，查表得C0=1.05,C1=-0.365,C2=0.85,C3=-0.39, (3)式结果代入（2）得Cp=1.005;同理求得20℃时Cp=1.006.可见-20℃到20℃空气定压比热容变化不大.对流量计瞬耐流量不影响。
流量计长时间工作于其极限环境温度介质温度下时.虽然从工作原理上并不能造成零点漂移.但是流量计外壳、探头及管道散失热量导致测量值的变化:随着补偿电路电于元件老化,造成温度偏移的不到补偿:这也能解释流量计在前5年同期(1月份)都能正常工作年零点漂移突然増大的现象。
六、解决办法
在不更换流量计的情况下.将用于输送物料的空气管道通过支管.接入不停气的第一路管道.使管道内有20℃左右的气体流过.保证介质温度能在流量计使用范围内、同时对流量计外壳采取保温措施,诚小低温带来的影响,延长流量计使用寿命。
七、结语
热式气体质量流量计近年来得到快速发展.许多厂家都已生产出可用介质温度-20~+250℃.环境温度-20~+55℃的流量计。诸多专家学者都在环境温度和介质温度升高对测量带来的影响进行了深入研究.此次把环境温度-10℃以下的应用情况进行论述,作为应用经验的补充。