1 過熱蒸汽和飽和蒸汽

　　1.1 過熱蒸汽

　　蒸汽是比較特殊的介質，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力能源，常用來帶動汽輪機旋轉，進而帶動發電機或離心式壓縮機工作。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，屬于實際氣體。過熱蒸汽的溫度與壓力參數是兩個獨立參數，其密度應由這兩個參數決定。可由過熱蒸汽密度表查得。

　　過熱蒸汽在經過長距離輸送后，隨著工況（如溫度、壓力等）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進入飽和或過飽和狀態，轉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，液體出現絕熱膨脹時也會轉變成為過熱蒸汽，這樣就形成汽液兩相流介質。

　　1.2 飽和蒸汽

　　未經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。飽和蒸汽中液滴或液霧的含量反映了蒸汽的質量，一般用干度這一參數來表示。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。

　　飽和蒸汽具有如下特點：①飽和蒸汽的溫度與壓力之間一一對應，二者之間只有一個獨立變量。②飽和蒸汽容易凝結，在傳輸過程中如有熱量損失，并導致溫度與壓力的降低。嚴格來說，飽和蒸汽或多或少都含有液滴或液霧的雙相流體，所以，不同狀態下不能用同一氣體狀態方程式來描述。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，流量計示值產生附加誤差。所以在蒸汽計量中，必須設法保持測量點處蒸汽的干度以滿足要求，必要時還應采取補償措施，實現準確的測量。

　　2 測量的分析

　　目前使用流量儀表測量蒸汽流量，測量介質都是指單相的過熱蒸汽或飽和蒸汽。對于相流經常變化的蒸汽，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，以提高蒸汽測量的準確度。然而這些方法并不能*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一種可測兩相流動介質的流量儀表。

　　當蒸汽的工作狀態偏離設計狀態，流量示值將產生誤差。對流量測量也產生影響，所以蒸汽流量的測量需要采取補償措施，并且因蒸汽的狀態變化補償因素也比較復雜。過熱蒸汽的密度由蒸汽的溫度、壓力兩個參數決定，而且在參數的不同范圍內，密度的表達形式也不相同，無法用同一通式表示，所以不能獲得統一的密度計算公式，只能個別推導求得溫度、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、壓力補償外，還需要考慮對氣體膨脹系數的補償。

　　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，工作條件與設計條件不一致時，讀數會產生誤差，誤差的大小和工作壓力與設計壓力偏差的大小有關，P實>P設將出現負誤差，否則將出現正誤差。蒸汽的干度條件是關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，待干度儀表應用于蒸汽流量計量與補償系統，必將進一步提高計量的準確性。目前應采取以下三項措施：（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設置疏水器，及時排出冷凝水。（3）鍋爐操作中應避免出現汽包液位過高現象，盡量減少負荷出現大的波動。

　　3 流量儀表的選型

　　目前，工業用流量儀表種類多達60余種，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。而歷*還沒有一種對任何流體、任何量程、任何流動狀態以及任何使用條件都適用的流量儀表，任何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。但流量測量是一種復雜的技術，而流量儀表種類繁多，即使針對某一確定的應用，選擇一款合適的流量儀表也就變成一項技術性很強的工作，需要在做出zui終選擇之前仔細而深入地考慮和權衡許多與測量問題有關的因素。因此，儀表的正確選型是儀表正常使用的關鍵，實際應用中，太多的故障是由于儀表的選型不合理造成的，詳細了解現場應用的工況條件及介質參數，選擇合適的壓力，溫度，防護，防爆等級及材質，結構方式，以保證儀表能運行在*狀態。

　　蒸汽計量在選擇流量儀表時應考慮5個主要因素：測量方法、性能要求和儀表規范、被測流體特性、環境條件、經濟條件（購置費用、安裝費用、運行費用、校驗費用、維護費用）。在我們的實際工作中，無論工礦企業上是用于生產還是石家莊市的集中供熱工作中，使用zui多的是孔板式（噴嘴式）流量計和渦街流量計，在此以這兩種流量計為例加以比較說明：

　　3.1 差壓式流量計

　　差壓式流量計是由安裝于管道中的流量檢測件（即產生差壓裝置，簡稱一次儀表）產生的差壓，已知的流體條件和一次儀表與管道的幾何尺寸來計算流量的儀表，由差壓裝置、引壓管和差壓計三部分組成。這種以孔板流量計為代表的差壓式流量計應用歷史悠久、標準化程度高，應用十分普遍，可不必實流標定、差壓顯示儀表的標準化以及系列化和通用化程度高、理論精度高、應用范圍廣和適應性強、初始投資費用低。但經過實際應用，發現孔板流量計也存在不足：

　　①應用中許多因素（設計參數與工況參數不符，上游直管段長度不足，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，致使度降低。特別是要經常對差壓變送器進行校驗，以保證零點的準確，并經常對三通閥門進行檢查，防止發生堵塞而導致的計量失準。

　　②安裝工程量大，較為麻煩，且要求高，需經常維護及拆洗的工作量較大。

　　③需配差壓變送器使用，增加了維護的工作量，另需敷設導壓管，且在冬季需對導壓管進行保溫，不可以安裝在室外。

　　④流量量程比為1∶3～1∶4范圍度低，對小流量的測量困難，流量范圍窄。

　　⑤壓力損失較大，刻度非線性，運行費用高。

　　3.2 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。70至80年代是渦街流量計迅速發展時期，開發出眾多類型阻流體及檢測性的渦街流量計，并大量投放市場。我國渦街在發展高峰期，曾達到數十家，應該說，渦街流量計尚屬發展中的產品，但由于它具有其它流量計不可兼得的優點，使用渦街流量計的比例大幅度上升，已經廣泛用于各個領域，將在未來流量儀表中占主導地位，是孔板流量計的理想替代產品。它具有以下特點：

　　①結構簡單牢固，測量部分無可動部件，長期運行十分可靠。

　　②維護量少且維護十分方便，安裝費用低。

　　③輸出與流量成正比的脈沖信號，無零點漂移，精度高，并方便與計算機聯網。

　　④應用范圍廣，適用于各種氣體、蒸汽和液體的流量測量。

　　⑤流量測量范圍寬，量程比可達1∶10。

　　⑥壓力損失小，運行費用低，更具節能意義。

　　⑦在一定的雷諾數范圍內，輸出信號頻率不受流體物理性質和組分變化影響，儀表系數僅與漩渦發生體的形狀和尺寸有關，測量流體的體積流量無需補償，調換配件后無需重新標定儀表的系數。

　　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象限制，一般是（0.5～8）m/s。

　　③測量氣體時，上限流速受介質可壓縮性變化的限制，下限流速受雷諾數和傳感器靈敏度的限制，蒸汽是（8～25）m/s。

　　④應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）℃，測量溫度不高于400℃，否則探頭極易因老化而失準。

　　⑥抗電磁干擾和射頻干擾差。

　　⑦當流體介質為兩相流或者脈動流時對測量有影響。

　　⑧歷史較短，日常工作常遇到許多理論無法解釋的困難，實際經驗不足。

　　4 結束語

　　綜上所述，在能源越來越成為*共同關心的問題時，蒸汽計量工作的重要性已日益顯現，用熱單位與供熱企業之間的蒸汽計量的準確與否，直接關系到雙方的經濟利益，我市用于貿易結算的蒸汽流量計強檢率達98%以上，大大減少雙方的貿易糾紛。而企業內部的蒸汽結算同樣也關系到企業整體的經濟效益。準確、可靠的計量是加強管理的前提，如何實現管理目標，節約能源，提高能源利用效率，促進能源管理工作的深入開展，是我們搞好計量工作的目的。因此，蒸汽流量儀表的選用是非常重要的，是準確測量蒸汽流量的前提條件。