一.   问题的提出

输油系统是高耗能系统, 各油田和中国石油天然气管道局每年都要对该系统进行效率测试, 以便为实施节能降耗措施提供可靠的依据。同时, 为了能正确地评价机泵的性能和一些节能产品的节能效果, 也需要对机泵效率进行准确测试。然而, 凡测试就有误差, 有误差就要进行误差分析, 测试结果只有在能够知其不确定度和置信水准的情况下才有意义。目前在机泵效率测试中, 只出具一个测试结果, 但根据误差理论, 这种结果没有意义, 因为它缺少了一项重要内容, 即对测量结果的质量作评价。这样就不知道测量误差大致在什么范围和测量结果的可信程度如何。因此, 必须进行实验研究, 对机泵效率测试作误差分析, 以便了解影响测试结果准确度的因素, 找到减少测量误差的方法。

二.   机泵效率的计算

为方便起见, 将电动机和输油泵作为一个整体(以下简称机泵)来分析。

机泵效率为:

式中  N₁——输油泵的输出功率, W;

N₂——电动机的输入功率, W。

式中  ρ——油品的密度, kg/m³;

g——重力加速度, m/s²;

Q——输油泵出口处油品的体积流量, m³/s;

H——输油泵的扬程, m。

输油泵扬程计算公式为:

式中  ΔZ——泵进出口压力测点的位差, m;

P₁、P₂——输油泵进、出口压力, Pa;

V₁、V₂——输油泵进、出口平均流速, m/s。

N₂有两种计算方法, 一种为电流电压法:

式中  I——电机的输入电流, A;

V——电机的输入电压, V;

cosϕ——电机的功率因数。

另一种为电能表法:

式中  n——有功电能表所转的圈数, r;

N——耗电1kW·h有功电能表所转的圈数, r/kW·h;

t——有功电能表转n圈所用的时间, s;

K——电流互感器变比。

三.   机泵效率测量的误差分析

由于测量时N₁、N₂相互独立, 因此根据间接测量的误差传播公式, 效率η的方差为:

式中  

这样:

由于N₁、N₂在同一数量级上, 根据上式, 要减少机泵效率测量的误差,就应设法降低σ_N1和σ_N2。

下面讨论σ_N1。

如果输油泵进出口管内径相同,则V₁=V₂同时为了讨论方便, 暂且忽略位差ΔZ, 这样:

由于测量时P₁、P₂、Q相互独立, 因此N₁的方差为:

式中的分别为的标准偏差; 分别为的误差传播系数。

将上式中各项单独进行分析:

这样：

考虑一下仪表的准确度对测量结果的影响, 在以下讨论中, 假设各种仪表的置信因子k=1。如压力表为0.4级, 其数值在满量程的2/3处, 油流量计的准确度等级为0.5级, 则:

由于P₁ < < P₂, 因此P₂-P₁≈P₂

因此很小, 可以忽略。

由此可见, 要提高输出功率测量的准确度, 主要应提高输油泵出口压力P₂和输油泵流量Q测量的准确度, 也就是说应设法降低σ_p2和σ_Q。

在计算泵扬程时, 忽略了ΔZ的影响, 现在以某次测量的数据来说明ΔZ对测量结果的影响。

由此可见。当输油泵位差较大而扬程又较低时, 位差不能忽略。

现在再讨论一下输入功率的两种测试方法哪一种更准确。

1   电流电压法

由于测量时, 电流I、电压V和功率因数cos ϕ相互独立、这样N₂的方差为:

式中  

将上式各项单独进行分析。

这样:

再考察一下仪表的准确度对测试结果的影响, 由于目前较准确的电流表、电压表、功率因数表的准确度等级分别为0.2级、0.2级、1.0级, 假设电流、电压的读数在满量程的2/3处, 功率因数的读数在满程的0.85处, 则有:

这样:

由此可见, 用电流电压法测量误差较大。

2   电能表法

由于电能表的准确度等级可达0.5级,而时间t又可准确测量, 因此用电能表法测量时, 。

由以上分析可以看出, 在测量机泵的输入功率时, 应尽量采用电能表法。

四.   结论

由以上分析可以得出如下结论:

输油系统机泵效率测试的主要误差是由出口压力P₂、泵流量Q和电机的输入功率N₂的测量误差引起的。为了减少误差, 测试时应注意以下几点:

(1) 提高出口压力表和流量计的准确度。

(2) 输油泵进出口位差在其值较大而泵扬程较小的情况下不能忽略。

(3) 输入功率的测量应采用电能表法。