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造纸热电分厂热量表的热量计量原理及计算(上)

   日期:2007-09-03     来源:中国测控网     作者:管理员    

热量表一般应具备以下技术要求[1]:

①总体精度达到OIML-R75规定的4级标准;

②流量计部分的精度,误差<3%;

③温度传感器采用铂电阻测温元件,符合IEC-751标准并精确配对,当供回水的温度差在6℃以内时,测量误差<0.1℃;

④热量表具备热焓和质量密度修正的功能,误差小于0.5%;

⑤微功耗的设计,内藏电池可以连续工作5年。

现在中国市场上的国外热量表技术成熟,标准化程度高,但是价格昂贵。我国对热量表的需求量大,研制开发低成本、符合国际标准的热量表是大势所趋。本文以热量表热量计量原理为基础,介绍了几种常用的热量计量方法,分析比较了各自的优缺点,详细讨论了具有k系数补偿功能的热量计量方法,该方法实现了k系数的温度和压力在线补偿,因而具有较高的精度。

1 热量计原理

热量表是一种适用于测量在热交换环路中,载热液体所吸收或转换热能的仪器,热量表用法定的计量单位显示热量[1]。热量表又称热能表、热能积算仪,既能测量供热系统的供热量又能测量供冷系统的吸热量。

将一对温度传感器分别安装在通过载热流体的上下管和下行管上,流量计安装在流体入口或回路管上(流量计安装的位置不同,最终的测量结果也不同),流量计发出与流量成正比的脉冲信号,一对温度传感器给出表示温差的模拟信号,热量表采集来自三路传感器的信号,利用积算公式算出热交换系统获得的热量。热量表系统原理图如图1所示。

图1 热量表热量计量系统原理图

传热量一般由载热流体的质量、比热容和温度变化等因素决定。对热量表来说,进出口的焓值还与时间成正比。国内热量表一般采用焓差法计算热量。焊差法的传热公式为

(1)

也可以表示为

(2)

式中:Q为释放热量,kj或kW·h;qm为质量流量,kg/s; 为进出口焊差,kj/kg;k为热交换系数,kW·h/m3·℃;t为时间,s; 为进出口温度,℃;qv为累积流量,m3。

目前,国产热量表的热量计量方法基本可以分为以下几种:

① 直接焓差法

) (3)

式中:cpf,cpr为入口与出口的定压比热容;qv,qm为瞬时体积流量、瞬时质量流量; 为入口与出口温度下的载热流体密度; 为入口与出口的温度。

该公式计算简单,只要根据实测温度 查表得 等4个常数,代入式(3)即可[2]。显然,温度测量精度越高,数据表所占的存储空间越大。并且,对于实测温度,需要采用线性差值等近似计算技术,通过搜索与其距离最近的点计算相应的焓值,从而得出瞬时热量。但这一方法会带来人为误差。

②常系数焓差法

(4)

式中: 为定压比热容, ,视为常数。

该方法计算简便,cp为常数,使得程序的计算量减少,计算速度大大加快。但是由于流体的密度 是温度的函数,所以必须对 进行温度修正。同时由于不能对 进行在线温度补偿,该方法的温度适应性较差,不适宜于作为户用型热表的热量计量方法。

③分段式k系数法

(5)

式中:k是热交换系数,当压力一定时,它随温度而变化,将其按回水温度进行分类[4]:

< < < , > ,

该方法将热交换系数量化为三个分段常数,在一定程度上对其进行了温度修正。式中三个关键常数凭经验来确定,而且温度区间划分较粗,温度适应性依然较差。因此,分段式k系数法仅适用于对热量计量的精度要求不高,温度变化也较小的情况。

以上无论是焓差法抑或分段式k系数法都可以达到一定的精度,但是其计量方法和计量的精度均达不到OIML-R75国际规程和EN1434欧洲标准等国际标准的规定。

④k系数补偿法

k系数补偿法实现了热系数的在线温度和压力补偿,大幅度提高了热量计量的精度。OIML-R75国际规程和EN1434欧洲标准都对热系数 如何计算有明确的说明[1]。

在载热介质一定的热交换回路中,热系数是压力、温度的函数,可以按下式计算:

)= (6)

式中: 为入口温度或出口温度下载热流体的流量: 为入口温度,出口温度; 为某温度下的定压热容。

为简化计算,引入如下参数:

(7)

式中: ,为比温度; ,为比压力; 为比自由

 
  
  
  
  
 
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