關(guān)于蒸汽流量的測(cè)量
1 過(guò)熱蒸汽和飽和蒸汽
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)熱蒸汽是常見(jiàn)的動(dòng)力能源，常用來(lái)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(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?？捎蛇^(guò)熱蒸汽密度表查得。
過(guò)熱蒸汽在經(jīng)過(guò)長(zhǎng)距離輸送后，隨著工況(如溫度、壓力等)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
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)腐蝕性的氣體。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)。
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(guò)程中如有熱量損失，并導(dǎo)致溫度與壓力的降低。嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，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(lái)描述。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，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，以提高蒸汽測(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。
當(dāng)蒸汽的工作狀態(tài)偏離設(shè)計(jì)狀態(tài)，流量示值將產(chǎn)生誤差。對(duì)流量測(cè)量也產(chǎn)生影響，所以蒸汽流量的測(cè)量需要采取補(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(guò)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(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、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?，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(cè)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*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
目前，工業(yè)用流量?jī)x表種類多達(dá)60余種，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。而歷史上還沒(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適用的流量?jī)x表，任何流量?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)量是一種復(fù)雜的技術(shù)，而流量?jī)x表種類繁多，即使針對(duì)某一確定的應(yīng)用，選擇一款合適的流量?jī)x表也就變成一項(xiàng)技術(shù)性很強(qiáng)的工作，需要在做出*終選擇之前仔細(xì)而深入地考慮和權(quán)衡許多與測(cè)量問(wèn)題有關(guān)的因素。因此，儀表的正確選型是儀表正常使用的關(guān)鍵，實(shí)際應(yīng)用中，太多的故障是由于儀表的選型不合理造成的，詳細(xì)了解現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的工況條件及介質(zhì)參數(shù)，選擇合適的壓力，溫度，防護(hù)，防爆等級(jí)及材質(zhì)，結(jié)構(gòu)方式，以保證儀表能運(yùn)行在*佳狀態(tài)。
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：測(cè)量方法、性能要求和儀表規(guī)范、被測(cè)流體特性、環(huán)境條件、經(jīng)濟(jì)條件(購(gòu)置費(fèi)用、安裝費(fèi)用、運(yùn)行費(fèi)用、校驗(yàn)費(fèi)用、維護(hù)費(fèi)用)。在我們的實(shí)際工作中，無(wú)論工礦企業(yè)上是用于生產(chǎn)還是石家莊市的集中供熱工作中，使用*多的是孔板式(噴嘴式)流量計(jì)和渦街流量計(jì)，在此以這兩種流量計(jì)為例加以比較說(shuō)明：
3.1 差壓式流量計(jì)
差壓式流量計(jì)是由安裝于管道中的流量檢測(cè)件(即產(chǎn)生差壓裝置，簡(jiǎn)稱一次儀表)產(chǎn)生的差壓，已知的流體條件和一次儀表與管道的幾何尺寸來(lái)計(jì)算流量的儀表，由差壓裝置、引壓管和差壓計(jì)三部分組成。這種以孔板流量計(jì)為代表的差壓式流量計(jì)應(yīng)用歷史悠久、標(biāo)準(zhǔn)化程度高，應(yīng)用十分普遍，可不必實(shí)流標(biāo)定、差壓顯示儀表的標(biāo)準(zhǔn)化以及系列化和通用化程度高、理論精度高、應(yīng)用范圍廣和適應(yīng)性強(qiáng)、初始投資費(fèi)用低。但經(jīng)過(guò)實(shí)際應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)孔板流量計(jì)也存在不足：
?、賾?yīng)用中許多因素(設(shè)計(jì)參數(shù)與工況參數(shù)不符，上游直管段長(zhǎng)度不足，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，致使**度降低。特別是要經(jīng)常對(duì)差壓變送器進(jìn)行校驗(yàn)，以保證零點(diǎn)的準(zhǔn)確，并經(jīng)常對(duì)三通閥門進(jìn)行檢查，防止發(fā)生堵塞而導(dǎo)致的計(jì)量失準(zhǔn)。
?、诎惭b工程量大，較為麻煩，且要求高，需經(jīng)常維護(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。
?、芰髁苛砍瘫葹?∶3～1∶4范圍度低，對(duì)小流量的測(cè)量困難，流量范圍窄。
?、輭毫p失較大，刻度非線性，運(yùn)行費(fèi)用高。
3.2 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)。70至80年代是渦街流量計(jì)迅速發(fā)展時(shí)期，開(kāi)發(fā)出眾多類型阻流體及檢測(cè)性的渦街流量計(jì)，并大量投放市場(chǎng)。我國(guó)渦街在發(fā)展高峰期，曾達(dá)到數(shù)十家，應(yīng)該說(shuō)，渦街流量計(jì)尚屬發(fā)展中的產(chǎn)品，但由于它具有其它流量計(jì)不可兼得的優(yōu)點(diǎn)，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)：
?、俳Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單牢固，測(cè)量部分無(wú)可動(dòng)部件，長(zhǎng)期運(yùn)行十分可靠。
?、诰S護(hù)量少且維護(hù)十分方便，安裝費(fèi)用低。
③輸出與流量成正比的脈沖信號(hào)，無(wú)零點(diǎn)漂移，精度高，并方便與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)。
④應(yīng)用范圍廣，適用于各種氣體、蒸汽和液體的流量測(cè)量。
?、萘髁繙y(cè)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。
?、咴谝欢ǖ睦字Z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(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)。
但該流量計(jì)也存在一定的局限性：
?、贉u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(cè)量液體時(shí)，上限流速受壓損和氣蝕現(xiàn)象限制，一般是(0.5～8)m/s。
③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(8～25)m/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。
?、輵?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)℃，測(cè)量溫度不高于400℃，否則探頭極易因老化而失準(zhǔn)。
⑥抗電磁干擾和射頻干擾差。
?、弋?dāng)流體介質(zhì)為兩相流或者脈動(dòng)流時(shí)對(duì)測(cè)量有影響。
⑧歷史較短，日常工作常遇到許多理論無(wú)法解釋的困難，實(shí)際經(jīng)驗(yàn)不足。
4 結(jié)束語(yǔ)
綜上所述，在能源越來(lái)越成為全人類共同關(guān)心的問(wèn)題時(shí)，蒸汽計(jì)量工作的重要性已日益顯現(xiàn)，用熱單位與供熱企業(yè)之間的蒸汽計(jì)量的準(zhǔn)確與否，直接關(guān)系到雙方的經(jīng)濟(jì)利益，我市用于貿(mào)易結(jié)算的蒸汽流量計(jì)強(qiáng)檢率達(dá)98%以上，大大減少雙方的貿(mào)易糾紛。而企業(yè)內(nèi)部的蒸汽結(jié)算同樣也關(guān)系到企業(yè)整體的經(jīng)濟(jì)效益。準(zhǔn)確、可靠的計(jì)量是加強(qiáng)管理的前提，如何實(shí)現(xiàn)管理目標(biāo)，節(jié)約能源，提高能源利用效率，促進(jìn)能源管理工作的深入開(kāi)展，是我們搞好計(jì)量工作的目的。因此，蒸汽流量?jī)x表的選用是非常重要的，是準(zhǔn)確測(cè)量蒸汽流量的前提條件。
公安機(jī)關(guān)備案號(hào)：
