測量蒸汽經(jīng)常遇到的問題及注意事項

 在供熱行業(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
   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(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)絕熱膨脹時也會
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)。

2 測量的分析

目前使用測量蒸汽流量，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，肯定會存在測量不準(zhǔn)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(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*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應(yīng)用zui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個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的氣體體積或20℃、1個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的體積。以質(zhì)量流量為計量單位的情況，目前應(yīng)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(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)一的密度計算公式，只能個別推導(dǎo)求得溫度、壓力補(bǔ)償公式。在溫度、壓力波動范圍較大的場合，除進(jìn)行溫度、壓力補(bǔ)償外，還需要考慮對氣體膨脹系數(shù)ε的補(bǔ)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(bǔ)償措施，這是因為在流量方程中，都含有蒸汽密度的因素，工作條件與設(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與設(shè)計壓力偏差的大小有關(guān)，P實＞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)用于蒸汽流量計量與補(bǔ)償系統(tǒng)，必將進(jìn)一步提高計量的準(zhǔn)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，在管道的zui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(fù)荷出現(xiàn)大的波動。
3 渦街流量計（蒸汽流量計選型）

  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(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，由于它具有其它流量計不可兼得的優(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(diǎn)：
   ① 結(jié)構(gòu)簡單牢固，無可動部件，*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，無零點(diǎn)漂移，精度高，并方便與計算機(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。
  但該流量計也存在一定的局限性：
   ① 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*D、后5D；
   ② 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；
   ③ 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8～25m/s；
   ④ 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；
   ⑤ 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℃。
3.2 差壓式流量計
   以孔板流量計為代表的差壓式流量計應(yīng)用歷史悠久，有標(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)孔板流量計也存在不足：
   ① 應(yīng)用中許多因素（設(shè)計參數(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）對其測量精度有非常大的影響，使其測量誤差增大；
   ②渦街流量計較為麻煩，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。

3.3 彎管流量計

彎管流量計實際上是一個90度標(biāo)準(zhǔn)彎頭，沒有比它結(jié)構(gòu)更簡單的流量傳感器了。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)制彎頭性價比越來越高。它的特點(diǎn)是：
 ① 結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉。
 ② 彎管流量計傳感器耐磨損，對微量磨損不敏感。
 ③ 安裝簡單，可采用直接焊接法進(jìn)行安裝，使現(xiàn)場跑冒滴漏的麻煩得到*的解決。
④ 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、均速管流量計來測量的管道內(nèi)流體流量都可以用彎管流量計進(jìn)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(yuǎn)優(yōu)于其它流量計。
⑤ 彎管流量計的量程比可達(dá)1：10，對于蒸汽，它的適用范圍為0～70m/s，可以較好地滿足蒸汽流量測量的要求。
⑥ 彎管流量計由于其特殊的測量原理，使其在實際應(yīng)用時對直管段的要求不嚴(yán)格，一般只要求前5D、后2D即可，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其他流量測量裝置的要求。
⑦彎管流量計精度高，重現(xiàn)性好，測量精度可達(dá)1.14%，重現(xiàn)性精度可達(dá)0.2%，一次安裝后，不再需要重復(fù)拆裝，因此，其安裝精度也能得到保證。
⑧彎管流量計的zui突出特點(diǎn)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正常運(yùn)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(yùn)行時遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(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，孔板流量計引起的循環(huán)泵額外耗電量、電耗費(fèi)用、折合標(biāo)準(zhǔn)煤量、購煤費(fèi)用的單臺孔板流量計在一個取暖季節(jié)運(yùn)行費(fèi)用的數(shù)據(jù)，其中運(yùn)行天數(shù)按120天、電價按0.35元/度、標(biāo)準(zhǔn)煤價按200元/t計算。
    由此可見，一個流量為4000m3/h的中型熱網(wǎng)，當(dāng)孔板壓力損失為30千帕?xí)r，僅一臺孔板流量計就多耗9.6萬度電，運(yùn)行費(fèi)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(dá)24萬度，運(yùn)行費(fèi)用7.8萬元。而彎管流量計進(jìn)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(jìn)行計量，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，蒸汽流量儀表的選用是非常重要的，準(zhǔn)確測量蒸汽流量不但要了解蒸汽的基本特性還要知道蒸汽流量儀表的選用安裝維護(hù)等

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