蒸汽流量的測(cè)量要點(diǎn)

1、關(guān)于蒸汽流量的測(cè)量1引言在計(jì)量工作中，蒸汽流量測(cè)量不準(zhǔn)確是普遍存在的問(wèn)題，其中主要原因分析如下。1.1過(guò)熱蒸汽蒸汽是比較特殊的介質(zhì)，一般情況下所說(shuō)的蒸汽是指過(guò)熱蒸汽。過(guò)熱蒸汽是由飽和蒸汽加熱升溫獲得。其中絕不含液滴或液霧， 屬于實(shí)際氣體。過(guò)熱蒸汽的溫度和壓力參數(shù)是兩 個(gè)獨(dú)立參數(shù)，其密度應(yīng)由這兩個(gè)參數(shù)決定。過(guò)熱蒸汽在經(jīng)過(guò)長(zhǎng)距離輸送后，隨著工況(如溫度、壓力)的變化，特別是在過(guò)熱度 不高的情況下，會(huì)因?yàn)闊崃繐p失溫度降低而使其從過(guò)熱狀態(tài)進(jìn)入飽和或過(guò)飽和狀態(tài)，轉(zhuǎn)變成為飽和蒸汽或帶有水滴的過(guò)飽和蒸汽。飽和蒸汽突然大幅度減壓，液體出現(xiàn)絕熱膨脹時(shí)也會(huì)轉(zhuǎn)變成為過(guò)熱蒸汽，這樣就形成汽液兩相流介質(zhì)。1.2飽和蒸汽

2、未經(jīng)過(guò)熱處理的蒸汽稱為飽和蒸汽。它是無(wú)色、無(wú)味、不能燃燒又無(wú)wiki腐蝕/wiki性的氣體。飽和蒸汽中液滴或液霧的含量反映了蒸汽的質(zhì)量，一般用干度這一參數(shù)來(lái)表示。蒸汽的干度是指單位體積飽和蒸汽中干蒸汽所占的百分?jǐn)?shù)，以“x”表示。(3)準(zhǔn)確計(jì)量飽和蒸汽流量比較困難，因?yàn)轱柡驼羝母啥入y以保證，一般流量計(jì)都不能準(zhǔn)確檢測(cè)雙相流體的流量，蒸汽壓力波動(dòng)將引起蒸汽密度的變化，流量計(jì)示值產(chǎn)生附加誤差。所以在蒸汽計(jì)量中，必須設(shè)法保持測(cè)量點(diǎn)處蒸汽的干度以滿足要求，必要時(shí)還應(yīng)采取補(bǔ)償措施，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的測(cè)量。2、測(cè)量的分析目前使用流量?jī)x表測(cè)量蒸汽流量，測(cè)量介質(zhì)都是指單相的過(guò)熱蒸汽或飽和蒸汽。對(duì)于 相流經(jīng)常變化的蒸汽，

3、肯定會(huì)存在測(cè)量不準(zhǔn)確的問(wèn)題。這個(gè)問(wèn)題的解決方法是保持蒸汽的過(guò) 熱度，盡量減少蒸汽的含水量， 例如加強(qiáng)蒸汽管道的保溫措施，減少蒸汽的壓力損失等，以 提高測(cè)量的準(zhǔn)確度。然而這些方法并不能徹底解決蒸汽流量測(cè)量不準(zhǔn)確的問(wèn)題，解決這一問(wèn)題的根本辦法是開(kāi)發(fā)一種可測(cè)兩相流動(dòng)介質(zhì)的流量?jī)x表。用于檢測(cè)氣體流量的流量計(jì)種類很多，以速度式和容積流量計(jì)使用最普遍，它們的共同特點(diǎn)是只能連續(xù)測(cè)定工況下的體積流量，而體積流量又是狀態(tài)的函數(shù)，工作狀態(tài)下的體積流量不能確切的表示實(shí)際流量，工程上一般都以標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)體積流量或質(zhì)量流量表示。所謂標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)體積是0C、1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的氣體體積或20C、1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的體積。以質(zhì)量流量為

4、計(jì)量單位的情況，目前使用不多。采用刻度氣體流量計(jì)時(shí)，選定氣體正常溫度、壓 力為設(shè)計(jì)條件，將設(shè)計(jì)狀態(tài)下的體積流量折算為標(biāo)準(zhǔn)體積流量或質(zhì)量流量，其折算系數(shù)中含流量示值將產(chǎn)生誤差。此外氣體 所以蒸汽流量的測(cè)量更需要采取而且在參數(shù)的不同范圍內(nèi)， 密度有氣體密度的因素，當(dāng)氣體介質(zhì)的工作狀態(tài)偏離設(shè)計(jì)狀態(tài)， 介質(zhì)的組成、含量或溫度的變化，對(duì)流量測(cè)量也產(chǎn)生影響， 補(bǔ)償措施，并且因蒸汽的狀態(tài)變化補(bǔ)償因素也比較復(fù)雜。過(guò)熱蒸汽的密度由蒸汽的溫度、壓力兩個(gè)參數(shù)決定,的表達(dá)形式也不相同，無(wú)法用同一通式表示，所以不能獲得統(tǒng)一的密度計(jì)算公式，只能個(gè)別 推導(dǎo)求得溫度、壓力補(bǔ)償公式。在溫度、壓力波動(dòng)范圍較大的場(chǎng)合，除進(jìn)行溫度、

5、壓力補(bǔ)償外，還需要考慮對(duì)氣體膨脹系數(shù)£的補(bǔ)償。無(wú)論采用何種流量計(jì)檢測(cè)飽和蒸汽的流量，在蒸汽壓力波動(dòng)的條件下工作，必須采取壓力補(bǔ)償措施，這是因?yàn)樵诹髁糠匠讨校?都含有蒸汽密度的因素， 工作條件和設(shè)計(jì)條件不一致時(shí)，讀數(shù)會(huì)產(chǎn)生誤差，誤差的大小和工作壓力和設(shè)計(jì)壓力偏差的大小有關(guān)，P實(shí)P設(shè)將出現(xiàn)負(fù)誤差，否則將出現(xiàn)正誤差。蒸汽的干度條件是關(guān)系到能否準(zhǔn)確計(jì)量蒸汽流量的重要條 件，目前正在研制在線蒸汽干度檢測(cè)儀表，待干度儀表使用于蒸汽流量計(jì)量和補(bǔ)償系統(tǒng)，必 將進(jìn)一步提高計(jì)量的準(zhǔn)確性。目前應(yīng)采取以下三項(xiàng)措施:(1) 輸送蒸汽的管路必須有良好的保溫措施防止熱量損失。(2) 在蒸汽管路上要逐段疏水，在管道

6、的最低處及儀表前的管道上應(yīng)設(shè)置疏水器，及時(shí)排出冷凝水。(3) 鍋爐操作中應(yīng)避免出現(xiàn)汽包液位過(guò)高現(xiàn)象，盡量減少負(fù)荷出現(xiàn)大的波動(dòng)。3、流量?jī)x表的選型對(duì)于蒸汽計(jì)量在選擇流量?jī)x表時(shí)應(yīng)考慮5個(gè)主要因素：被測(cè)流體特性、生產(chǎn)工藝情況、安裝條件、維護(hù)需求以及流量?jī)x表的特性。這里，著重討論流量?jī)x表的特性、安裝條件、維 護(hù)需求以及選用流量?jī)x表應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題。目前，測(cè)量蒸汽流量的儀表主要有渦街流量計(jì)、差壓式(孔板、均速管、彎管)流量計(jì)、分流旋翼式流量計(jì)、阿牛巴流量計(jì)、浮子式流量計(jì) 等，下面以渦街流量計(jì)、孔板流量計(jì)和彎管流量計(jì)為例加以說(shuō)明。3.1渦街流量計(jì)渦街流量計(jì)是基于卡門(mén)渦街原理而研制成功的一種新型流量計(jì)，由于

7、它具有其它流量計(jì)不可兼得的優(yōu)點(diǎn)，70年代以來(lái)得到了迅速發(fā)展。據(jù)介紹，現(xiàn)在日本、歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家使 用渦街流量計(jì)的比例大幅度上升，已經(jīng)廣泛用于各個(gè)領(lǐng)域，將在未來(lái)流量?jī)x表中占主導(dǎo)地位，是孔板流量計(jì)的理想替代產(chǎn)品。它具有以下特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單牢固，無(wú)可動(dòng)部件，長(zhǎng)期運(yùn)行十分可靠； 維護(hù)十分方便，安裝費(fèi)用低； 傳感器不直接接觸介質(zhì)，性能穩(wěn)定，壽命 長(zhǎng)；輸出和流量成正比的脈沖信號(hào)，無(wú)零點(diǎn)漂移，精度高，并方便和計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)； 測(cè) 量范圍寬，量程比可達(dá) 1:10 ； ®壓力損失小，運(yùn)行費(fèi)用低，更具節(jié)能意義；在一定的雷諾數(shù)范圍內(nèi)，輸出信號(hào)頻率不受流體物理性質(zhì)和組分變化影響，儀表系數(shù)僅和漩渦發(fā)生體的形狀和尺寸有

8、關(guān)，測(cè)量流體的體積流量無(wú)需補(bǔ)償，調(diào)換配件后無(wú)需重新標(biāo)定儀表的系數(shù)； 使用范圍廣，氣體、液體的流量均可測(cè)量； 檢定周期為24年。但該流量計(jì)也存在一定的局限性：渦街流量計(jì)是一種速度式流量計(jì)，漩渦分離的穩(wěn)定性受流速影響，故它對(duì)直管段有一定的要求，一般是前10D、后5D;測(cè)量液體時(shí)，上限流速受壓損和氣蝕現(xiàn)象限制，一般是0.58m/s: 測(cè)量氣體時(shí)，上限流速受介質(zhì)可壓縮性變化的限制，下限流速受雷諾數(shù)和傳感器靈敏度的限制，蒸汽是825m/s : 應(yīng)力式渦街流量計(jì)對(duì)振動(dòng)較為敏感，故在振動(dòng)較大的管道安裝流量計(jì)時(shí)，管道要有一定的減震措施； 應(yīng)力式渦街流量計(jì)采用壓電晶體作為檢測(cè)傳感器，故其受溫度的限制，一般為-4

9、0+300C。3.2差壓式流量計(jì)以孔板流量計(jì)為代表的差壓式流量計(jì)使用歷史悠久，有國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，理論精度高，使用 十分普遍。但經(jīng)過(guò)幾十年的使用，發(fā)現(xiàn)孔板流量計(jì)也存在不足：使用中許多因素(設(shè)計(jì)參數(shù)和工況參數(shù)不符，上游直管段不足，孔板和管道不同心，孔板A面受污，銳角磨損等)對(duì)其測(cè)量精度有非常大的影響，使其測(cè)量誤差增大；安裝較為麻煩，維護(hù)及拆洗的工作量較大；需配差壓變送器使用，增加了維護(hù)的工作量，另需敷設(shè)導(dǎo)壓管，且在冬季需對(duì) 導(dǎo)壓管進(jìn)行保溫，不可以安裝在室外；流量量程比為1:3，局限性大；若安裝不正確， 容易發(fā)生蒸汽泄漏； 壓力損失較大，運(yùn)行費(fèi)用高。3.3彎管流量計(jì)彎管流量計(jì)實(shí)際上是一個(gè) 90度標(biāo)準(zhǔn)彎頭，

10、沒(méi)有比它結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單的流量傳感器了。隨 著機(jī)械加工工業(yè)的發(fā)展和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化及規(guī)范化管理的不斷完善，用作彎管傳感器的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)制彎頭性價(jià)比越來(lái)越高。 它的特點(diǎn)是： 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉。 彎管流量計(jì)傳感器耐磨損， 對(duì)微量磨損不敏感。 安裝簡(jiǎn)單，可采用直接焊接法進(jìn)行安裝，使現(xiàn)場(chǎng)跑冒滴漏的麻煩得 到徹底的解決。適應(yīng)性強(qiáng)，量程范圍寬，直管段要求不嚴(yán)。只要是可以用孔板、渦街、 均速管流量計(jì)來(lái)測(cè)量的管道內(nèi)流體流量都可以用彎管流量計(jì)進(jìn)行測(cè)量，而且在耐高溫、耐高壓、耐沖擊、耐振動(dòng)、耐潮濕、耐粉塵等方面，彎管流量計(jì)遠(yuǎn)優(yōu)于其它流量計(jì)。彎管流量計(jì)的量程比可達(dá)1:10，對(duì)于蒸汽，它的適用范圍為070m/s，可以較好地滿足蒸汽流

11、量測(cè)量的要求。 彎管流量計(jì)由于其特殊的測(cè)量原理，使其在實(shí)際使用時(shí)對(duì)直管段的要求不 嚴(yán)格，一般只要求前 5D后2D即可，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其他流量測(cè)量裝置的要求。 彎管流量計(jì) 精度高，重現(xiàn)性好，測(cè)量精度可達(dá)1.14%，重現(xiàn)性精度可達(dá) 0.2%, 次安裝后，不再需要重復(fù)拆裝，因此，其安裝精度也能得到最佳保證。彎管流量計(jì)的最突出特點(diǎn)是無(wú)任何附加節(jié)流件或插入件，可大大降低流體在管道內(nèi)輸送的動(dòng)力消耗，節(jié)約能源，尤其對(duì)那些大 系統(tǒng)、大管徑、低壓頭的測(cè)量對(duì)象好處更加明顯。舉例說(shuō)明：為維持一臺(tái)安裝在每小時(shí)數(shù)千噸流量供熱管道的孔板流量計(jì)正常運(yùn)行，一個(gè)采暖季節(jié)約需多耗電數(shù)萬(wàn)度， 折合人民幣數(shù)萬(wàn)元。 這里僅考慮孔板流量計(jì)壓力

12、損失為幾千帕，實(shí)際運(yùn)行時(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)這個(gè)值。即便是這幾千帕的壓力損失，它所造成的附加運(yùn)行費(fèi)用也是不可忽視 的。而彎管流量計(jì)進(jìn)行測(cè)量附加阻力損失就會(huì)小得多，如果用彎管流量計(jì)替代孔板流量計(jì)進(jìn)行計(jì)量，可大大地減少運(yùn)行費(fèi)用，獲得可觀的經(jīng)濟(jì)效益。綜上所述，蒸汽流量?jī)x表的選用是非常重要的，是準(zhǔn)確測(cè)量蒸汽流量是前提條件。 供熱行業(yè)中，蒸汽流量測(cè)不準(zhǔn)是普遍問(wèn)題，其中主要原因分析如下。1 蒸汽的特點(diǎn)蒸汽是比較特殊的介質(zhì)，隨著工況（如溫度、壓力）的變化，過(guò)熱蒸汽經(jīng)常會(huì)轉(zhuǎn)變成為飽和蒸汽，形成汽液兩相流介質(zhì)。 對(duì)于相流的經(jīng)常變化的蒸汽，使用目前流量?jī)x表測(cè)量氣流量，肯定會(huì)存在測(cè)不準(zhǔn)的問(wèn)題。這個(gè)問(wèn)題的解決方法是保持蒸汽的過(guò)熱

13、度，盡量減少蒸汽的含水量，例如加強(qiáng)蒸汽管道的保溫措施，減少蒸汽的壓力損失等，以提高測(cè)量的準(zhǔn)確度。然而這些方法并不能徹底解決蒸汽流量測(cè)不準(zhǔn)的問(wèn)題，然而解決問(wèn)題的根本辦法是開(kāi)發(fā)一種可測(cè)兩相流動(dòng)介質(zhì)的流量?jī)x表。2.流量?jī)x表的選型至今為止，工業(yè)用流量?jī)x表種類多達(dá)60余種，之所以這樣，因?yàn)槭飞线€沒(méi)有一種對(duì)任何流體、任何量程、任何流動(dòng)狀態(tài)以及任何使用條件都使用的流量?jī)x表，沒(méi)中流量?jī)x表都有它特定的適用性，也有其局限性。如果流量?jī)x表選擇不當(dāng)，流量肯定測(cè)量不準(zhǔn)。但流量測(cè)量 是一復(fù)雜的技術(shù)，而流量?jī)x表種類繁多，即使針對(duì)某一確定的使用，選擇一合適的流量?jī)x表 也就變成一項(xiàng)技術(shù)性很強(qiáng)的工作，需要在作出最終選擇之前仔細(xì)而

14、深入地考慮和權(quán)衡許多和 測(cè)量問(wèn)題有關(guān)的因素。在選擇流量?jī)x表時(shí)應(yīng)考慮 5個(gè)主要因素：被測(cè)流體特性、生產(chǎn)工藝情況、安裝條件、維 護(hù)需求以及流量?jī)x表的特性。對(duì)蒸汽計(jì)量而言，同樣要考慮以上5個(gè)因素。這里，著重討論流量?jī)x表的特性、安裝條件、維護(hù)需求以及選用流量?jī)x表應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題。目前，測(cè)量蒸汽流量的儀表主要有渦街流量計(jì)、差壓式（孔板、均速管、彎管）流量計(jì)、分流旋翼式流量計(jì)、阿牛巴流量計(jì)，浮子式流量計(jì)等，這里主要討論渦街流量計(jì)、孔板流量計(jì)和彎管流量計(jì)。2.1渦街流量計(jì)渦街流量計(jì)是基于卡門(mén)渦街原理而研制成功的一種新型流量計(jì)，由于它具有其它流量計(jì)不可兼得的優(yōu)點(diǎn)，70年代以來(lái)得到了迅速發(fā)展。據(jù)介紹，現(xiàn)在日本、

15、歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家使用鼻 渦街流量計(jì)的比例大幅度上升，已經(jīng)廣泛用于各個(gè)領(lǐng)域，將在未來(lái)流量?jī)x表中占主導(dǎo)地位，是孔板流量計(jì)的理想替代產(chǎn)品。它具有以下特點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單牢固，無(wú)可動(dòng)部件，長(zhǎng)期運(yùn)行十分可靠； 維護(hù)十分方便，安裝費(fèi)用低； 傳感器不直接接觸介質(zhì)，性能穩(wěn)定，壽命長(zhǎng)； 輸出是和流量成正比的脈沖信號(hào)，無(wú)零點(diǎn)漂移，精度高，并方便和計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)； 測(cè)量范圍寬，量程比可達(dá)1 : 10 壓力損失小，運(yùn)行費(fèi)用低，更具節(jié)能意義； 在一定的雷諾數(shù)范圍內(nèi)，輸出信號(hào)頻率不受流體物理性質(zhì)和組分變化影響，儀表系數(shù)僅和漩渦發(fā)生體的形狀和尺寸有關(guān)，測(cè)量流體的體積流量無(wú)需補(bǔ)償，調(diào)換配件后無(wú)需重新標(biāo)定儀表的系數(shù)； 使用范圍廣，氣體、

16、液體的流量均可測(cè)量； 檢定周期為2-4年。同時(shí)渦街流量計(jì)也存在以下一定的局限性： 渦街流量計(jì)是一種速度式流量計(jì)，旋渦分離的穩(wěn)定性受流速影響，故它對(duì)直管段有一定 的要求，一般是前 10D、后5D ； 測(cè)量液體時(shí)，上限流速受壓損和氣蝕現(xiàn)象限制，一般是0.5-8m/s ； 測(cè)量氣體是，上限流速受介質(zhì)可壓縮性變化的限制，下限流速受雷諾數(shù)和傳感器靈敏度 的限制，蒸汽是 8-25m/s； 應(yīng)力式渦街流量計(jì)對(duì)振動(dòng)較為敏感，故在振動(dòng)較大的管道安裝流量計(jì)時(shí)，管道要有一定 的減震措施； 應(yīng)力式渦街流量計(jì)采用壓電晶體作為檢測(cè)傳感器，故其受溫度的限制，一般為-40-+300 C。2.2孔板流量計(jì)孔板流量計(jì)使用歷史悠久

17、，有國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，理論精度高，使用十分普遍，但經(jīng)過(guò)幾十年的使用，發(fā)現(xiàn)孔板流量計(jì)有以下不足： 使用中許多因素（設(shè)計(jì)參數(shù)和工況參數(shù)不符，上游直管段不足，孔板和管道不同心，孔板A面受污，銳角磨損等）對(duì)其測(cè)量精度有非常大的影響，使其測(cè)量誤差增大； 安裝較為麻煩，維護(hù)及拆洗的工作量較大； 需配差壓變送器使用，增加了維護(hù)的工作量，另需敷設(shè)導(dǎo)壓管，且在冬季需對(duì)導(dǎo)壓管進(jìn) 行保溫，不可以安裝在室外； 流量量程比為1: 3,局限性大； 若安裝不正確，容易發(fā)生蒸汽泄漏； 壓力損失較大，運(yùn)行費(fèi)用高。2.3彎管流量計(jì) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉。彎管傳感器實(shí)際上是一個(gè) 90度標(biāo)準(zhǔn)彎頭，沒(méi)有比它結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單的 流量傳感器了。隨著wik

18、i機(jī)械/wiki加工工業(yè)的發(fā)展和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化及規(guī)范化管理的不斷完善，用作彎管傳感器的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)制彎頭其質(zhì)量越來(lái)越好，價(jià)格也越來(lái)越低； 無(wú)任何附加節(jié)流件或插入件，可大大降低流體在管道內(nèi)輸送的動(dòng)力消耗，節(jié)約能源，尤 其對(duì)那些大系統(tǒng)、大管徑、低壓頭的測(cè)量對(duì)象好處更加明顯。下面舉一個(gè)簡(jiǎn)單的例子予以說(shuō)明。為維持一臺(tái)安裝在每小時(shí)數(shù)千噸流量供熱管道的孔板 流量計(jì)正常運(yùn)行，一個(gè)采暖季節(jié)約需多耗電數(shù)萬(wàn)度，折合人民幣數(shù)萬(wàn)元。 這里僅考慮孔板流量計(jì)壓力損失為幾千帕，實(shí)際運(yùn)行時(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)這個(gè)值。即便是這幾千帕的壓力損失，它所造成的附加運(yùn)行費(fèi)用也是不可忽視的。表1給出的數(shù)據(jù)為目前熱力管網(wǎng)用主管道流量范圍在不 同的壓力損失時(shí)，孔板流量計(jì)引起的循環(huán)泵額外耗電量、電耗費(fèi)用、折合標(biāo)準(zhǔn)煤量、購(gòu)煤費(fèi)其中運(yùn)行天數(shù)按120天、電價(jià)按0.35用的單臺(tái)孔板流量計(jì)在一個(gè)取暖季節(jié)運(yùn)行費(fèi)用的數(shù)據(jù), 元/度、標(biāo)準(zhǔn)煤價(jià)按 200元/t計(jì)算。由表1可見(jiàn)，一個(gè)流量為 4000m3/h的中型熱網(wǎng)，當(dāng)孔板壓力損失為30千帕?xí)r，僅一臺(tái)孔板流量計(jì)就多耗 9.6萬(wàn)度電，運(yùn)行費(fèi)用為 3.12萬(wàn)元，對(duì)于流量為 10000m3/h的大型熱 網(wǎng)，額外耗電量達(dá) 24萬(wàn)度，運(yùn)行費(fèi)用 7.