蒸汽流量的測量要點

1、關(guān)于蒸汽流量的測量1引言在計量工作中，蒸汽流量測量不準確是普遍存在的問題，其中主要原因分析如下。1.1過熱蒸汽蒸汽是比較特殊的介質(zhì)，一般情況下所說的蒸汽是指過熱蒸汽。過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， 屬于實際氣體。過熱蒸汽的溫度和壓力參數(shù)是兩 個獨立參數(shù)，其密度應(yīng)由這兩個參數(shù)決定。過熱蒸汽在經(jīng)過長距離輸送后，隨著工況(如溫度、壓力)的變化，特別是在過熱度 不高的情況下，會因為熱量損失溫度降低而使其從過熱狀態(tài)進入飽和或過飽和狀態(tài)，轉(zhuǎn)變成為飽和蒸汽或帶有水滴的過飽和蒸汽。飽和蒸汽突然大幅度減壓，液體出現(xiàn)絕熱膨脹時也會轉(zhuǎn)變成為過熱蒸汽，這樣就形成汽液兩相流介質(zhì)。1.2飽和蒸汽

2、未經(jīng)過熱處理的蒸汽稱為飽和蒸汽。它是無色、無味、不能燃燒又無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數(shù)，以“x”表示。(3)準確計量飽和蒸汽流量比較困難，因為飽和蒸汽的干度難以保證，一般流量計都不能準確檢測雙相流體的流量，蒸汽壓力波動將引起蒸汽密度的變化，流量計示值產(chǎn)生附加誤差。所以在蒸汽計量中，必須設(shè)法保持測量點處蒸汽的干度以滿足要求，必要時還應(yīng)采取補償措施，實現(xiàn)準確的測量。2、測量的分析目前使用流量儀表測量蒸汽流量，測量介質(zhì)都是指單相的過熱蒸汽或飽和蒸汽。對于 相流經(jīng)常變化的蒸汽，

3、肯定會存在測量不準確的問題。這個問題的解決方法是保持蒸汽的過 熱度，盡量減少蒸汽的含水量， 例如加強蒸汽管道的保溫措施，減少蒸汽的壓力損失等，以 提高測量的準確度。然而這些方法并不能徹底解決蒸汽流量測量不準確的問題，解決這一問題的根本辦法是開發(fā)一種可測兩相流動介質(zhì)的流量儀表。用于檢測氣體流量的流量計種類很多，以速度式和容積流量計使用最普遍，它們的共同特點是只能連續(xù)測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際流量，工程上一般都以標準狀態(tài)體積流量或質(zhì)量流量表示。所謂標準狀態(tài)體積是0C、1個標準大氣壓下的氣體體積或20C、1個標準大氣壓下的體積。以質(zhì)量流量為

4、計量單位的情況，目前使用不多。采用刻度氣體流量計時，選定氣體正常溫度、壓 力為設(shè)計條件，將設(shè)計狀態(tài)下的體積流量折算為標準體積流量或質(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，當氣體介質(zhì)的工作狀態(tài)偏離設(shè)計狀態(tài)， 介質(zhì)的組成、含量或溫度的變化，對流量測量也產(chǎn)生影響， 補償措施，并且因蒸汽的狀態(tài)變化補償因素也比較復(fù)雜。過熱蒸汽的密度由蒸汽的溫度、壓力兩個參數(shù)決定,的表達形式也不相同，無法用同一通式表示，所以不能獲得統(tǒng)一的密度計算公式，只能個別 推導(dǎo)求得溫度、壓力補償公式。在溫度、壓力波動范圍較大的場合，除進行溫度、

5、壓力補償外，還需要考慮對氣體膨脹系數(shù)£的補償。無論采用何種流量計檢測飽和蒸汽的流量，在蒸汽壓力波動的條件下工作，必須采取壓力補償措施，這是因為在流量方程中， 都含有蒸汽密度的因素， 工作條件和設(shè)計條件不一致時，讀數(shù)會產(chǎn)生誤差，誤差的大小和工作壓力和設(shè)計壓力偏差的大小有關(guān)，P實P設(shè)將出現(xiàn)負誤差，否則將出現(xiàn)正誤差。蒸汽的干度條件是關(guān)系到能否準確計量蒸汽流量的重要條 件，目前正在研制在線蒸汽干度檢測儀表，待干度儀表使用于蒸汽流量計量和補償系統(tǒng)，必 將進一步提高計量的準確性。目前應(yīng)采取以下三項措施:(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，及時排出冷凝水。(3) 鍋爐操作中應(yīng)避免出現(xiàn)汽包液位過高現(xiàn)象，盡量減少負荷出現(xiàn)大的波動。3、流量儀表的選型對于蒸汽計量在選擇流量儀表時應(yīng)考慮5個主要因素：被測流體特性、生產(chǎn)工藝情況、安裝條件、維護需求以及流量儀表的特性。這里，著重討論流量儀表的特性、安裝條件、維 護需求以及選用流量儀表應(yīng)注意的幾個問題。目前，測量蒸汽流量的儀表主要有渦街流量計、差壓式(孔板、均速管、彎管)流量計、分流旋翼式流量計、阿牛巴流量計、浮子式流量計 等，下面以渦街流量計、孔板流量計和彎管流量計為例加以說明。3.1渦街流量計渦街流量計是基于卡門渦街原理而研制成功的一種新型流量計，由于

7、它具有其它流量計不可兼得的優(yōu)點，70年代以來得到了迅速發(fā)展。據(jù)介紹，現(xiàn)在日本、歐美等發(fā)達國家使 用渦街流量計的比例大幅度上升，已經(jīng)廣泛用于各個領(lǐng)域，將在未來流量儀表中占主導(dǎo)地位，是孔板流量計的理想替代產(chǎn)品。它具有以下特點：結(jié)構(gòu)簡單牢固，無可動部件，長期運行十分可靠； 維護十分方便，安裝費用低； 傳感器不直接接觸介質(zhì)，性能穩(wěn)定，壽命 長；輸出和流量成正比的脈沖信號，無零點漂移，精度高，并方便和計算機聯(lián)網(wǎng)； 測 量范圍寬，量程比可達 1:10 ； ®壓力損失小，運行費用低，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)，測量流體的體積流量無需補償，調(diào)換配件后無需重新標定儀表的系數(shù)； 使用范圍廣，氣體、液體的流量均可測量； 檢定周期為24年。但該流量計也存在一定的局限性：渦街流量計是一種速度式流量計，漩渦分離的穩(wěn)定性受流速影響，故它對直管段有一定的要求，一般是前10D、后5D;測量液體時，上限流速受壓損和氣蝕現(xiàn)象限制，一般是0.58m/s: 測量氣體時，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)力式渦街流量計對振動較為敏感，故在振動較大的管道安裝流量計時，管道要有一定的減震措施； 應(yīng)力式渦街流量計采用壓電晶體作為檢測傳感器，故其受溫度的限制，一般為-4

9、0+300C。3.2差壓式流量計以孔板流量計為代表的差壓式流量計使用歷史悠久，有國際標準，理論精度高，使用 十分普遍。但經(jīng)過幾十年的使用，發(fā)現(xiàn)孔板流量計也存在不足：使用中許多因素(設(shè)計參數(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)對其測量精度有非常大的影響，使其測量誤差增大；安裝較為麻煩，維護及拆洗的工作量較大；需配差壓變送器使用，增加了維護的工作量，另需敷設(shè)導(dǎo)壓管，且在冬季需對 導(dǎo)壓管進行保溫，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，運行費用高。3.3彎管流量計彎管流量計實際上是一個 90度標準彎頭，

10、沒有比它結(jié)構(gòu)更簡單的流量傳感器了。隨 著機械加工工業(yè)的發(fā)展和行業(yè)標準化及規(guī)范化管理的不斷完善，用作彎管傳感器的標準機制彎頭性價比越來越高。 它的特點是： 結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉。 彎管流量計傳感器耐磨損， 對微量磨損不敏感。 安裝簡單，可采用直接焊接法進行安裝，使現(xiàn)場跑冒滴漏的麻煩得 到徹底的解決。適應(yīng)性強，量程范圍寬，直管段要求不嚴。只要是可以用孔板、渦街、 均速管流量計來測量的管道內(nèi)流體流量都可以用彎管流量計進行測量，而且在耐高溫、耐高壓、耐沖擊、耐振動、耐潮濕、耐粉塵等方面，彎管流量計遠優(yōu)于其它流量計。彎管流量計的量程比可達1:10，對于蒸汽，它的適用范圍為070m/s，可以較好地滿足蒸汽流

11、量測量的要求。 彎管流量計由于其特殊的測量原理，使其在實際使用時對直管段的要求不 嚴格，一般只要求前 5D后2D即可，遠遠低于其他流量測量裝置的要求。 彎管流量計 精度高，重現(xiàn)性好，測量精度可達1.14%，重現(xiàn)性精度可達 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。彎管流量計的最突出特點是無任何附加節(jié)流件或插入件，可大大降低流體在管道內(nèi)輸送的動力消耗，節(jié)約能源，尤其對那些大 系統(tǒng)、大管徑、低壓頭的測量對象好處更加明顯。舉例說明：為維持一臺安裝在每小時數(shù)千噸流量供熱管道的孔板流量計正常運行，一個采暖季節(jié)約需多耗電數(shù)萬度， 折合人民幣數(shù)萬元。 這里僅考慮孔板流量計壓力

12、損失為幾千帕，實際運行時遠遠超過這個值。即便是這幾千帕的壓力損失，它所造成的附加運行費用也是不可忽視 的。而彎管流量計進行測量附加阻力損失就會小得多，如果用彎管流量計替代孔板流量計進行計量，可大大地減少運行費用，獲得可觀的經(jīng)濟效益。綜上所述，蒸汽流量儀表的選用是非常重要的，是準確測量蒸汽流量是前提條件。 供熱行業(yè)中，蒸汽流量測不準是普遍問題，其中主要原因分析如下。1 蒸汽的特點蒸汽是比較特殊的介質(zhì)，隨著工況（如溫度、壓力）的變化，過熱蒸汽經(jīng)常會轉(zhuǎn)變成為飽和蒸汽，形成汽液兩相流介質(zhì)。 對于相流的經(jīng)常變化的蒸汽，使用目前流量儀表測量氣流量，肯定會存在測不準的問題。這個問題的解決方法是保持蒸汽的過熱

13、度，盡量減少蒸汽的含水量，例如加強蒸汽管道的保溫措施，減少蒸汽的壓力損失等，以提高測量的準確度。然而這些方法并不能徹底解決蒸汽流量測不準的問題，然而解決問題的根本辦法是開發(fā)一種可測兩相流動介質(zhì)的流量儀表。2.流量儀表的選型至今為止，工業(yè)用流量儀表種類多達60余種，之所以這樣，因為史上還沒有一種對任何流體、任何量程、任何流動狀態(tài)以及任何使用條件都使用的流量儀表，沒中流量儀表都有它特定的適用性，也有其局限性。如果流量儀表選擇不當，流量肯定測量不準。但流量測量 是一復(fù)雜的技術(shù)，而流量儀表種類繁多，即使針對某一確定的使用，選擇一合適的流量儀表 也就變成一項技術(shù)性很強的工作，需要在作出最終選擇之前仔細而

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

15、歐美等發(fā)達國家使用鼻 渦街流量計的比例大幅度上升，已經(jīng)廣泛用于各個領(lǐng)域，將在未來流量儀表中占主導(dǎo)地位，是孔板流量計的理想替代產(chǎn)品。它具有以下特點： 結(jié)構(gòu)簡單牢固，無可動部件，長期運行十分可靠； 維護十分方便，安裝費用低； 傳感器不直接接觸介質(zhì)，性能穩(wěn)定，壽命長； 輸出是和流量成正比的脈沖信號，無零點漂移，精度高，并方便和計算機聯(lián)網(wǎng)； 測量范圍寬，量程比可達1 : 10 壓力損失小，運行費用低，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)，測量流體的體積流量無需補償，調(diào)換配件后無需重新標定儀表的系數(shù)； 使用范圍廣，氣體、

16、液體的流量均可測量； 檢定周期為2-4年。同時渦街流量計也存在以下一定的局限性： 渦街流量計是一種速度式流量計，旋渦分離的穩(wěn)定性受流速影響，故它對直管段有一定 的要求，一般是前 10D、后5D ； 測量液體時，上限流速受壓損和氣蝕現(xiàn)象限制，一般是0.5-8m/s ； 測量氣體是，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)力式渦街流量計對振動較為敏感，故在振動較大的管道安裝流量計時，管道要有一定 的減震措施； 應(yīng)力式渦街流量計采用壓電晶體作為檢測傳感器，故其受溫度的限制，一般為-40-+300 C。2.2孔板流量計孔板流量計使用歷史悠久

17、，有國際標準，理論精度高，使用十分普遍，但經(jīng)過幾十年的使用，發(fā)現(xiàn)孔板流量計有以下不足： 使用中許多因素（設(shè)計參數(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）對其測量精度有非常大的影響，使其測量誤差增大； 安裝較為麻煩，維護及拆洗的工作量較大； 需配差壓變送器使用，增加了維護的工作量，另需敷設(shè)導(dǎo)壓管，且在冬季需對導(dǎo)壓管進 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，運行費用高。2.3彎管流量計 結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉。彎管傳感器實際上是一個 90度標準彎頭，沒有比它結(jié)構(gòu)更簡單的 流量傳感器了。隨著wik

18、i機械/wiki加工工業(yè)的發(fā)展和行業(yè)標準化及規(guī)范化管理的不斷完善，用作彎管傳感器的標準機制彎頭其質(zhì)量越來越好，價格也越來越低； 無任何附加節(jié)流件或插入件，可大大降低流體在管道內(nèi)輸送的動力消耗，節(jié)約能源，尤 其對那些大系統(tǒng)、大管徑、低壓頭的測量對象好處更加明顯。下面舉一個簡單的例子予以說明。為維持一臺安裝在每小時數(shù)千噸流量供熱管道的孔板 流量計正常運行，一個采暖季節(jié)約需多耗電數(shù)萬度，折合人民幣數(shù)萬元。 這里僅考慮孔板流量計壓力損失為幾千帕，實際運行時遠遠超過這個值。即便是這幾千帕的壓力損失，它所造成的附加運行費用也是不可忽視的。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，孔板流量計引起的循環(huán)泵額外耗電量、電耗費用、折合標準煤量、購煤費其中運行天數(shù)按120天、電價按0.35用的單臺孔板流量計在一個取暖季節(jié)運行費用的數(shù)據(jù), 元/度、標準煤價按 200元/t計算。由表1可見，一個流量為 4000m3/h的中型熱網(wǎng)，當孔板壓力損失為30千帕?xí)r，僅一臺孔板流量計就多耗 9.6萬度電，運行費用為 3.12萬元，對于流量為 10000m3/h的大型熱 網(wǎng)，額外耗電量達 24萬度，運行費用 7.