摘 要 本文討論蒸汽流量測量中，由于流體散熱和減壓等原因導致流體發生相變而偏離設計狀態所引起的流量測量誤差，并提出了解決方法。

關鍵詞 流體相變 流量測量 質量流量 溫壓補償

水蒸汽顧名思義是氣相，但在一定條件下會變成液相；飽和水蒸汽中的水滴本是液相，但在一定條件會被蒸發變成氣相。這是蒸汽質量流量測量中常常碰到的氣水相變。
目前，蒸汽質量流量測量使用的方法基本上仍然采用推導法（間接法），這可能是因為科里奧利質量流量計用來測量蒸汽流量投資太大，而且還有很多局限性。
在推導式質量流量計中，關鍵環節是蒸汽密度的求取，蒸汽相變發生后，就使得通常由蒸汽溫度壓力求取其密度的關系發生變化，因此必須認真對待。

                               一. 氣相變液相

   過熱蒸汽在經過長距離輸送后，往往會因為熱量損失溫度降低使其從過熱狀態進入飽和狀態，甚至部分蒸汽冷凝出現相變而變成水滴，這些水滴對流量測量結果究竟有多大影響，下面舉例說明。
   有一常用壓力為1.0MPa的過熱蒸汽，其流量為Q_m，假設經常距離送后有10%Q_m冷凝成水滴，令其為Q_ml，而保持氣態的部分為Qms，從定義知，此時濕蒸汽的干度為

（1）

   由于采用溫壓補償，所以按照臨界飽和狀態查表，得到此時的蒸汽（干部分）密度為PS=5.6808KG/M³，查水密度表知此時水滴的密度為PL=882.47kg/m³，顯然水滴與蒸汽干部分的體積流量為
Q_L=Q_ml/PL
Q_S=Qms/PS
式中；
Q_L--水滴的體積流量，m³/s；
Q_S--蒸汽干部分的體積流量，m³/s；
由定義知，蒸汽干部分體積流量占濕蒸汽總體積流量之比R_V為

在該例中，RV=99.93%，由此可見，在濕蒸汽中，水滴所占的體積可忽略不計。

1.1 選用渦街流量計時濕度對測量結果的影響

渦街流量的輸出僅于流過測量管的流體流速成正比，在測量濕飽和蒸汽時,水滴對渦街流量計輸出的影響可忽略，故可以為，渦街流量計的輸出*是由濕蒸汽的干部分所引起，而干部分的密度，無論是壓力補償或溫度補償，都可較地查出。
蒸汽計量的結果往往作為供需雙方經濟結算的依據，如果雙方約定按蒸汽干部分結算費用,冷凝水不收費，則在本例中相變對測量的影響微不足道,可以忽略.如果冷凝水也按照蒸汽一樣收費，則渦街流量計的計量結果偏低值為（1—X）。

1.2 選用孔板流量計時的濕度對測量結果的影響

從GB/T 2624- 93 標準知{1}，孔板流量計測量蒸汽質量流量的有下面的公式。



式中:
q_m-----質量流量， Kg/s ;
C-----流出系數；
β-----節流件孔徑與管道內徑之比 d/ D;
ε₁---流束膨脹系數；
d―――節流件孔徑，m；
△ p----差壓，Pa;
P1---節流件入口端流體密度，kg/m³

   當過熱蒸汽熱量損失而脫離過熱狀態后，只可能出下兩種情況。一種是進入臨界飽和狀態，另一種是進入過飽和狀態。如果進入臨界飽和狀態，從理論上講，流量計不會因此而增大誤差，因為在式（7）中，根據蒸汽壓力查出的P1與實際密度是相符的，如果進入過飽和狀態，情況就復雜了。
   一般認為，蒸汽干度較高（X≥95%）時流體表現為均相流動，溫壓補償可按通常方法進行，但出現一定誤差。在式（7）中，P₁是實際流體濕飽和蒸汽的密度，其值比臨界飽和狀態的大，而且干度越低密度越大。而人們根據壓力查出的是臨界飽和狀態的密度，比實際密度小，所以質量流量計算結果出現負誤差。在濕度不進行測量的情況下，X是未知數，因此，測量結果偏底多少也是未知數。
在蒸汽干度較低（X< 95% ）時，管道中的流體出現分層流動，產生誤差更大。

                             二. 濕飽和蒸汽變成過熱蒸汽

濕飽和蒸汽變成過熱蒸汽，一般發生在濕飽和蒸汽突然較大幅度減壓，流體出現絕熱膨脹時。

2 .1 相變過程

   濕飽和蒸汽中的水滴，其壓力和溫度處于平衡狀態，在壓力突然降低而低于平衡壓力時，水滴部分蒸發，同時從液相和汽相中吸收汽化熱，使汽液相溫度降低。如果溫度降低得不多或蒸發前濕度較高，都會使溫度迅速降低到與新的壓力所對應的飽和溫度，建立新的平衡。這時蒸汽仍為濕飽和蒸汽。如果壓力降低得很多或蒸發前濕度較低，則因水滴蒸發而使溫度降低后仍高于新的壓力所對應的飽和溫度，則蒸汽變為過熱狀態。

2. 2 蒸發對流量測量的影響

（1） 上述蒸發發生后得到的兩種結果，前一種對我們的補償無影響，僅僅是蒸汽中的干部分增加，干度相應增大。
（2） 如果蒸發發生后，蒸汽變為過熱狀態，而流量計又恰巧安裝在減壓之后的管道上，這時對流量計的影響分三種情況。
A） 設計時已經考慮到蒸汽變為過熱狀態或處于何種狀態難以確定或有時是過熱狀態有時是飽和狀態，所以采用溫壓補償，則上述相變對測量結果無影響。
B） 設計時按飽和蒸汽考慮。而且采用壓力補償，則上述相變將帶來較小的誤差，即過熱蒸汽溫度同飽和溫度之差所對應的密度差造成的補償誤差。
C） 設計時按飽和蒸汽考慮，但采用溫度補償，則將過熱蒸汽溫度當作飽和溫度去查密度表，一般會引起較大的誤差。

2.3 舉 例

   有一化工廠，鍋爐房供飽和蒸汽，并根據各用戶中蒸汽壓力要求值zui高的一個決定鍋爐供汽壓力為1.0MPa，多數用戶在蒸汽總管進裝置時先經減壓閥減壓。現從下圖所示的一個實例著手進行分析。
 

   在本例中，如果采用壓力補償，則根據P2=0.42MPa的信號查飽和蒸汽密度表，應得到P2=2.7761kg/m³，則補償誤差為

（1） 將總蒸汽流量計安裝在減壓閥之前。由于上述蒸汽未經減壓時，不存在相變問題，所以，將流量計安裝在減壓閥之前，按飽和蒸汽補償方法處理。可保證測量精度。
（2） 如果流量計只能安裝在減壓閥后面，則可增裝一臺壓力變送器。進行溫壓補償。
（3） 如果減壓閥的穩壓性能較好，可將流量計上游壓力值作為一個恒定值（通過面板操作）設置到二次表內進行溫度壓力補償。