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蒸汽流量測(cè)量的準(zhǔn)確性分析
閱讀：2629 發(fā)布時(shí)間：2016-7-25蒸汽流量測(cè)量的準(zhǔn)確性分析
摘要：簡(jiǎn)要介紹了蒸汽流量測(cè)量的方法，分析了引起測(cè)量誤差較大的原因,。
針對(duì)蒸汽流量的實(shí)際情況，提出了提高流量測(cè)量準(zhǔn)確性的方法和措施，以及正確選用蒸汽流量剛量?jī)x表應(yīng)注意的事項(xiàng),，可供流量測(cè)量工作借鑒。
1 過(guò)熱蒸汽流量測(cè)量的不確定性
過(guò)熱蒸汽是由飽和蒸汽加熱升溫獲得,。過(guò)熱蒸汽的溫度與壓力是兩個(gè)獨(dú)立參數(shù),，其它狀態(tài)參數(shù)由這兩個(gè)參數(shù)決定。過(guò)熱蒸汽在經(jīng)過(guò)輸送后,，隨著工況（如溫度,、壓力）的變化，特別是在過(guò)熱度不高的情況下,，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,，一部分液滴在絕熱膨脹時(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),，一般流量計(jì)都不能準(zhǔn)確檢測(cè)兩相流體的流量，從而產(chǎn)生流量測(cè)量誤差,。
2 飽和蒸汽流量測(cè)量的不確定性
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)立參數(shù)。飽和蒸汽容易凝結(jié),，在傳輸過(guò)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(chēng)為濕蒸汽,。嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，飽和蒸汽或多或少都含有液滴或液霧,，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,。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),。 準(zhǔn)確計(jì)量飽和蒸汽流量較困難，一般流量計(jì)都不能準(zhǔn)確檢測(cè)兩相流體的流量,，蒸汽壓力波動(dòng)將引起蒸汽比體積的變化,，流量測(cè)量值會(huì)產(chǎn)生附加誤差。所以,，在飽和蒸汽測(cè)量中,，必須設(shè)法保持測(cè)量點(diǎn)處蒸汽斷度穩(wěn)定，必要時(shí)還應(yīng)采取補(bǔ)償措施,。
3 測(cè)量誤差分析
目前使用流量?jī)x表測(cè)量蒸汽流量,，測(cè)量介質(zhì)都是指單相流的過(guò)熱蒸汽或飽和蒸汽。對(duì)于相流經(jīng)常變化的蒸汽,，會(huì)存在測(cè)量不準(zhǔn)確的問(wèn)題,。對(duì)此，需保持蒸汽的過(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,，以提高測(cè)量的準(zhǔn)確度,。然而，這些方法并不能*解決蒸汽流量測(cè)量準(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,。 用于檢測(cè)氣體流量的流量計(jì)種類(lèi)很多，以速度式和比體積流量計(jì)應(yīng)用zui普遍,，它們的共同特點(diǎn)是可測(cè)定氣體的比體積流量,，而比體積流量Gv又是狀態(tài)的函數(shù),，工作狀態(tài)下氣體的比體積流量并不能確切的反映實(shí)際流量。對(duì)此,，工程上一般都以標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)比體積流值或質(zhì)量流量表示,。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)下的比體積流量折算為標(biāo)準(zhǔn)比體積流量或質(zhì)量流量，其折算系數(shù)中含有氣體比體積的因素,，當(dāng)氣體的工作狀態(tài)偏離設(shè)汁狀態(tài),，比體積流量測(cè)量值將產(chǎn)生誤差。此外,，氣體的禪分,、含量或溫度的變化，都對(duì)流量測(cè)量產(chǎn)生影響,。所以,，蒸汽流量的測(cè)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(guò)熱蒸汽的比體積由蒸汽的溫度,、壓力兩個(gè)參數(shù)決定，而且在不同的參數(shù)范圍內(nèi),，比體積的表達(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)一的比體積計(jì)算公式,，只能個(gè)別推導(dǎo)求得溫度、壓力補(bǔ)償公體,。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)過(guò)熱蒸汽體積膨脹系數(shù)ε的補(bǔ)償。
無(wú)論采用何種流量計(jì)測(cè)量飽和蒸汽的流量,，在蒸汽壓力波動(dòng)的條件下,，必須采取壓力補(bǔ)償措施，這是因?yàn)樵诹髁糠匠讨?，工作條件與設(shè)計(jì)條件不一致時(shí),，蒸汽比體積讀數(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),，實(shí)際壓力大于設(shè)計(jì)壓力將出現(xiàn)負(fù)誤差,，否則將出現(xiàn)正誤差,。蒸汽的干度是關(guān)系到能否準(zhǔn)確測(cè)量蒸汽流量的重要條件，正在研制的在線(xiàn)蒸汽干度檢測(cè)儀表應(yīng)用于蒸汽流量計(jì)量與補(bǔ)償系統(tǒng),，將進(jìn)一步提高計(jì)量的準(zhǔn)確性,。因此，目前的蒸汽流量測(cè)量應(yīng)采取以下3 項(xiàng)措施,。 (l) 輸送蒸汽的管路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低處及表前的管道上應(yīng)設(shè)置疏水器,，及時(shí)排出疏水,。 (3) 鍋爐運(yùn)行操作中應(yīng)避免出現(xiàn)汽包液位過(guò)高現(xiàn)象，盡量減少出現(xiàn)大的負(fù)荷波動(dòng),。 4 流量?jī)x表的選型 蒸汽流量測(cè)量在選擇流量?jī)x表時(shí)應(yīng)考慮5個(gè)主要因素：(l)被測(cè)流體特性,；(2)生產(chǎn)工藝情況；(3)安裝條件,；(4)維護(hù)需求,；(5)儀表特性。本文著重討論流量?jī)x表的特性,、安裝條件,、維護(hù)需求以及選用流量?jī)x表應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題。目前,，測(cè)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(shuō)明,。
4.1 渦街流量計(jì)
渦街流量計(jì)是基于卡門(mén)渦街原理而研制的一種新型流量計(jì),，具有以下特點(diǎn)：
(1)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單牢固，無(wú)可動(dòng)部件,，長(zhǎng)期運(yùn)行可靠,；
(2)維護(hù)方便，安裝費(fèi)用較低,；
(3)傳感器不直接接觸介質(zhì),，性能穩(wěn)定，壽命較長(zhǎng)；
(4)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),；
(5)流量量程比可達(dá)1:10,，測(cè)量范圍較寬；
(6)壓力損失小,，運(yùn)行費(fèi)用較低,；
(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(cè)量流體的比體積流量無(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),；
(8)應(yīng)用范圍較廣,，氣體、液體的流量均可測(cè)量,；(9)檢定周期一般為2-4年,。
該流量計(jì)也存在一定的局限性：
(l)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,，故對(duì)直管段長(zhǎng)度有一定的要求,，一般測(cè)點(diǎn)前后直管段長(zhǎng)度分別為10D、5D(D為管道直徑);
(2)測(cè)量液體時(shí),，受壓損和氣蝕現(xiàn)象限制,，上限流速一般是0.5-8m/s;
(3)測(cè)量蒸汽時(shí)，上限流速受介質(zhì)可壓縮性的限制,，下限流速受雷諾數(shù)和傳感器靈敏度的限制,，蒸汽流速是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(cè)傳感器，要受溫度的限制,，一般為一40-300℃。
4.2 差壓式流量計(jì)
(3)以孔板流量計(jì)為代表的差壓式流量計(jì)理論精度高,，應(yīng)用較普遍,，但也存在不足：(l)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(進(jìn)口側(cè))受污染、銳角磨損等因素對(duì)其測(cè)量精度有顯著影響,，使其測(cè)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,，不能在室外安裝,；(4)流量量程比較小(1, 3)，量程范圍較窄,；(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)用較高,。 4.3 彎管流量計(jì) 彎管流量計(jì)實(shí)際上是一個(gè)90°標(biāo)準(zhǔn)彎頭,，是結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單的流量傳感器，其特點(diǎn)是：(1)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,，價(jià)格低廉,；(2)傳感器耐磨損，對(duì)微量磨損不敏感,；(3)安裝簡(jiǎn)單,，可采用直接焊接法進(jìn)行安裝，較*地解決了現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生蒸汽泄漏的問(wèn)題,；(4)適應(yīng)性強(qiáng),，量程范圍較寬，直管段長(zhǎng)度要求不嚴(yán),，只要是可以用孔板,、渦街、均速管流量計(jì)來(lái)測(cè)量的管道內(nèi)流體流量都可以用彎管流量計(jì)進(jìn)行測(cè)量,，而且在對(duì)高溫,、高壓、沖擊,、振動(dòng),、潮濕及粉塵等耐受能力方面，彎管流量計(jì)遠(yuǎn)優(yōu)于其它流量計(jì),；(5)量程比可達(dá)1:10,，對(duì)于蒸汽流速的適用范圍為O~70m/S，可以較好地滿(mǎn)足蒸汽流量測(cè)量的要求;(6)由于其特殊的測(cè)量原理,，使其在實(shí)際應(yīng)用時(shí)對(duì)直都長(zhǎng)度的要求不嚴(yán)格,，一般只要求上、下游直管段長(zhǎng)度分別為5D和2D，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其它流量測(cè)量裝置的要求,；(7)精度高,，重現(xiàn)性好，測(cè)量精度可達(dá)1.14%,，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)無(wú)需任何附加節(jié)流件或插入件,，可大大降低流體在管道內(nèi)輸送的動(dòng)力消耗，節(jié)約能源,，尤其對(duì)那些大系統(tǒng),、大管徑、低壓頭的側(cè)量對(duì)象優(yōu)點(diǎn)更加明顯,。