超大口径流量计检测音速喷嘴装置(江苏气体流量中心)

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1、超大口径音速喷嘴法气体流量标准装置周轶赵作广江苏省质量技术监督气体流量计量检测中心，江苏镇江212009摘要对我国自行研制的目前国内口径和流量范围最大的音速喷嘴负压法气体流量标准装置的工作原理，数学模型，技术性能和特点，数据采集和控制系统，管路和辅助系统等做了较全面的论述和分析，并指出该装置的建成填补了我国该领域的空白，具有重要的社会意义和推广价值。关键词音速喷嘴；负压法；气体流量标准装置；不确定度；标准表0概述气体流量仪表是国家重点管理的强检计量器具，也是科学管理能源，实现节能降耗，提高经济效益的重要手段，是能源管理和经济核算不可缺少的工具。随着我国“西气东输”、“俄气南下”

2、和“液化天然气上岸”等多条跨地区、跨国界的天然气输气干线的实施和建设，城市燃气进入高速发展期，越来越多的超大口径气体流量仪表应用到天然气输送管道上。为保证贸易公平，确保超大口径气体流量仪表的量值统一和准确，江苏省气体流量中心依据我国气体流量仪表量值溯源现状，开发研制了检测最大流量20000m3/h，最大口径600mm的高准确度撬装管道式音速喷嘴法气体流量标准装置。1工作原理超大口径音速喷嘴法气体流量标准装置是负压标准表法气体流量标准装置的一种。标准表采用结构简单、性能稳定、准确度高、无可动部件、维护方便的音速喷嘴[1]。图1：装置平面布置图装置工作时，在动力系统作用下，空气流过

3、消音器，前直管段，被检表，后直管段，7U型汇管，计量喷嘴撬装，喷嘴后汇管，背压容器，最后经真空泵排出。根据检定流量值的大小，通过手动或自动控制阀门，选择不同的喷嘴组合，调定所需的检定流量点。通过动力系统可保证进入装置的气体流动相对稳定并在喷嘴喉部形成临界流状态。在稳定的工况下，流经音速喷嘴和被检表的气体质量流量是相同的。在检定过程中，工控机系统采集和处理喷嘴前的气流压力和温度，计算出标准的气体平均质量流量或累积流量，并按有关的检定规程，将它与采集到的被检表的指示值进行比较和计算，即可得到被检表在该流量点的基本误差和重复性误差，从而实现对气体流量仪表的检定。2数学模型该装置在按理

4、想气体处理时和考虑湿度影响时分别建立了数学模型。这里仅给出了考虑湿度时音速喷嘴流量的数学模型。数学模型中，下标0表示喷嘴滞止容器处的相关参数，下标1表示被检表处的相关参数，下标n表示标准状况相关参数，下标a表示环境空气的相关参数，下标m表示质量流量，下标v表示体积流量，下标smax表示饱和水蒸汽。2.1音速喷嘴临界质量流量[2]（1）式中：qm0—通过音速喷嘴的临界质量流量；—音速喷嘴喉径部的截面积；C—音速喷嘴的流出系数；—临界流函数（实际空气，一维等熵流）；P0—音速喷嘴滞止压力；—音速喷嘴滞止密度；2.2临界流函数[3]（2）式中：—临界流函数（实际空气，一维等熵流）；—

5、等熵指数；Z0—滞止状态下的气体压缩系数；7等熵指数：；式中：cP—气体的定压比热；cV—气体的定容比热；—滞止状态下空气的密度；—空气的定压比热；—空气相对湿度；—水蒸汽的滞止密度；—水蒸汽的定压比热；—空气的定容比热；—水蒸汽的定容比热；定压比热和定容比热由以下两式确定（式中诸系数见表1）；定压比热：式中：T—热力学温度；M—定压摩尔质量；定容比热：式中：RV—气体常数；表1定压比热、定容比热公式系数/kJ·kg-1·K-1空气28.1061.9665×10-34.8023×10-6-1.9961×10-928.962287.08×10-3水蒸汽32.2381.9234×1

6、0-310.5549×10-6-3.5952×10-918461.9×10-32.3密度计算（常压下、取1）72.4相对湿度计算式中:—空气相对湿度；—温度空气；—空气压力；2.5湿度对被检流量计的影响通过被检表的质量流量：通过被检表的工况体积流量：通过被检表的标况体积流量：（常压下取1）式中:—饱和水蒸汽密度=1.2046（kg/m3）3装置组成装置组成主要包括：标准器组，温度、压力及湿度测量，数据采集及控制系统，管路系统，动力系统等。3.1标准器组标准器组包括1m3/h、2m3/h、4m3/h、8m3/h、16m3/h、32m3/h、64m3/h、128m3/h、256m3

7、/h、512m3/h、1024m3/h、1250m3/h、1500m3/h等共31只音速喷嘴；装置只能安装29只音速喷嘴。2个1500m3/h喷嘴外形尺寸与1250m3/h喷嘴外形尺寸一致，为扩展流量时能用这2个1500m3/h的喷嘴代替2个1250m3/h的喷嘴。3.2温度、压力及湿度测量温度测量采用Pt100A级铂电阻，（0~50）℃，MPEV≤0.1℃，分度值不大于0.01℃；压力测量采用0.05级，（0~104）kPa绝7压变送器；湿度测量采用数显湿度计，测量范围（10%~99%）R