蒸汽流量測量不準(zhǔn)確的2大原因 流量儀表如何正確選型

供熱行業(yè)中，蒸汽流量測量不準(zhǔn)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。過熱蒸汽是常見的動(dòng)力能源，常用來帶動(dòng)汽輪機(jī)旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)或離心式壓縮機(jī)工作。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(shí)際氣體。過熱蒸汽的溫度與壓力參數(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(huì)因?yàn)闊崃繐p失溫度降低而使其從過熱狀態(tài)進(jìn)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(shí)也會(huì)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

未經(jīng)過熱處理的蒸汽稱為飽和蒸汽。它是無色、無味、不能燃燒又無腐蝕性的氣體。飽和蒸汽具有如下特點(diǎn)。

（1）飽和蒸汽的溫度與壓力之間一一對(duì)應(yīng)，二者之間只有一個(gè)獨(dú)立變量。

（2）飽和蒸汽容易凝結(jié)，在傳輸過程中如有熱量損失，蒸汽中便有液滴或液霧形成，并導(dǎo)致溫度與壓力的降低。含有液滴或液霧的蒸汽稱為濕蒸汽。嚴(yán)格來說，飽和蒸汽或多或少都含有液滴或液霧的雙相流體，所以，不同狀態(tài)下不能用同一氣體狀態(tài)方程式來描述。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?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)確的測量。

蒸汽流量測量不準(zhǔn)確的2大原因 流量儀表如何正確選型

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(duì)于相流經(jīng)常變化的蒸汽，肯定會(huì)存在測量不準(zhǔn)確的問題。這個(gè)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(qiáng)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(zhǔn)確度。然而這些方法并不能徹底解決蒸汽流量測量不準(zhǔn)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(dòng)介質(zhì)的流量儀表。

用于檢測氣體流量的流量計(jì)種類很多，以速度式和容積流量計(jì)應(yīng)用最普遍，它們的共同特點(diǎn)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(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0℃、1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的氣體體積或20℃、1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的體積。以質(zhì)量流量為計(jì)量單位的情況，目前應(yīng)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)，流量示值將產(chǎn)生誤差。此外氣體介質(zhì)的組成、含量或溫度的變化，對(duì)流量測量也產(chǎn)生影響，所以蒸汽流量的測量更需要采取補(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。

過熱蒸汽的密度由蒸汽的溫度、壓力兩個(gè)參數(shù)決定，而且在參數(shù)的不同范圍內(nèi)，密度的表達(dá)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(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)范圍較大的場合，除進(jìn)行溫度、壓力補(bǔ)償外，還需要考慮對(duì)氣體膨脹系數(shù)ε的補(bǔ)償。

無論采用何種流量計(jì)檢測飽和蒸汽的流量，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?，都含有蒸汽密度的因素，工作條件與設(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與設(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儀表，待干度儀表應(yīng)用于蒸汽流量計(jì)量與補(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)汽包液位過高現(xiàn)象，盡量減少負(fù)荷出現(xiàn)大的波動(dòng)。

3 流量儀表的選型

　　對(duì)于蒸汽計(jì)量在選擇流量儀表時(shí)應(yīng)考慮5個(gè)主要因素：被測流體特性、生產(chǎn)工藝情況、安裝條件、維護(hù)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(hù)需求以及選用流量儀表應(yīng)注意的幾個(gè)問題。目前，江蘇辰裕信新儀表有限公司測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)為例加以說明。

3.1 渦街流量計(jì)

渦街流量計(jì)是基于卡門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，將在未來流量儀表中占主導(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)：

① 結(jié)構(gòu)簡單牢固，無可動(dòng)部件，長期運(yùn)行十分可靠；

② 維護(hù)十分方便，安裝費(fèi)用低；

③ 傳感器不直接接觸介質(zhì)，性能穩(wěn)定，壽命長；

④ 輸出與流量成正比的脈沖信號(hào)，無零點(diǎn)漂移，精度高，并方便與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)；

⑤ 測量范圍寬，量程比可達(dá)1：10；

⑥ 壓力損失小，運(yùn)行費(fèi)用低，更具節(jié)能意義；

⑦ 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)僅與漩渦發(fā)生體的形狀和尺寸有關(guān)，測量流體的體積流量無需補(bǔ)償，調(diào)換配件后無需重新標(biāo)定儀表的系數(shù)；

⑧ 應(yīng)用范圍廣，氣體、液體的流量均可測量；

⑨ 檢定周期為2～4年。

但該流量計(jì)也存在一定的局限性：

① 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；

② 測量液體時(shí)，上限流速受壓損和氣蝕現(xiàn)象限制，一般是0.5～8m/s；

③ 測量氣體時(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8～25m/s；

④ 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；

⑤ 應(yīng)力式渦街流量計(jì)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℃。

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)應(yīng)用歷史悠久，有國際標(biāo)準(zhǔn)，理論精度高，應(yīng)用十分普遍。但經(jīng)過幾十年的應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)孔板流量計(jì)也存在不足：

① 應(yīng)用中許多因素（設(shè)計(jì)參數(shù)與工況參數(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)其測量精度有非常大的影響，使其測量誤差增大；

② 安裝較為麻煩，維護(hù)及拆洗的工作量較大；

③ 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；

④ 流量量程比為1：3，局限性大；

⑤ 若安裝不正確，容易發(fā)生蒸汽泄漏；

⑥ 壓力損失較大，運(yùn)行費(fèi)用高。