蒸汽流量計量分析論文

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1蒸汽流量計量的特點

1.1飽和蒸汽流量計量中的“兩相流”

當前，用戶基本上都使用飽和蒸汽，通常用干度(指飽和蒸汽中的含水量多少)來衡量飽和蒸汽的質量好壞。最好的是干飽和蒸汽，一般稱為過熱飽和蒸汽，其含水量可忽略不計；干度差的稱濕飽和蒸汽，含水量最多可達30%，這就存在著飽和蒸汽的“兩相流”問題。因為任何蒸汽計量儀表在計算飽和蒸汽流量時所用的設計壓力下的蒸汽密度值都采用其干度X=1時的數值，也就是干蒸汽的數值；同時，濕蒸汽因含有密度比干蒸汽大數百倍的液體水粒，在管道中流動時其速度要比干蒸汽小，這樣所測得的差壓值就低了，反映在儀表讀數、記錄上就存在著密度和流速受干度影響所帶來的疊加性的雙重負誤差，并造成濕飽和蒸汽計量難度。

1.2蒸汽流量計量中的蒸汽密度補償

計量飽和蒸汽或過熱蒸汽常用質量流量，單位為kg/h或t/h。質量流量大小與蒸汽的密度有關，而蒸汽的密度又直接受蒸汽的壓力及溫度影響。在蒸汽計量過程中，隨著蒸汽壓力及溫度不斷變化，密度也隨著變化，使質量流量也隨著變化。如果計量儀表不能跟蹤這種變化，勢必造成計量誤差。在蒸汽計量過程中，一般都是通過壓力及溫度傳感器跟蹤蒸汽壓力及溫度變化來達到密度補償目的。飽和蒸汽的密度變化與其壓力或溫度成正比關系，因而單獨通過測壓力或測溫度都可以對飽和蒸汽進行密度補償。過熱蒸汽的密度與其壓力、溫度成函數關系，而不是正比關系。過熱蒸汽的密度補償必須同時測其壓力和溫度。現代蒸汽流量計都具有白動密度補償。

1.3蒸汽流量計量中的高溫高壓問題

高溫高壓是蒸汽計量又一顯著特點，它造成大多數流量計量儀表難以適應，因而可供蒸汽計量的儀表種類不多。例如大型熱電廠輸送的過熱蒸汽，有的高達500℃以上，壓力高達10MPa以上。使用蒸汽計量儀表首先要考慮耐高溫、高壓，而且要求有良好的穩定性、可靠性、密封性。一般都請廠家專門設計制造，并留有相當的余地，以確保安全可靠運行。

2影響蒸汽流量計量的主要問題

當前，在國內關于蒸汽測量方面存在不少誤區，很多用戶往往認為購買了高品質的流量計就可以得到準確的計量結果。蒸汽的計量不同于其它流體如水、空氣等介質，在實際測量中影響其精確測量的因素較多，經常會出現流量計本身檢定合格，而實際卻感覺計量“不準”的現象。影響蒸汽流量準確計量的因素主要有以下六個方面。

(1)量程比不足。量程比是指一個流量計能確保給定的精度和再現性的范圍內，所能測量的最大流量和最小流量之比。但涉及量程比時我們必須小心，因為量程比是基于實際的流速，蒸汽系統一般的最大允許速度為35m/s，更高的流動速度會引起系統的沖蝕和噪音。而不同的流量計允許的最低流速是不同的，一般渦街流量計所能測量的最低蒸汽流速為2.8m/s，對于量程比不足的情況，應采用大量程比的流量計（GilfloILVA流量計的最低允許流速為0.6m/s，最大量程比可達100：1）或選擇多個流量計并聯。

(2)上下游直管段不足。對于傳統的渦街或孔板流量計，其前后安裝直管段要求分別約為20D和5D。如果上下游直管段不足，則會導致流體未充分發展，存在旋渦和流速分布剖面畸變。流速剖面畸變通常由管道局部阻礙（如閥門）或彎管所造成，而旋渦普遍是由兩個或兩個以上空間（立體）彎管所引起的。上下游直管段不足可以通過安裝流動調整器來調整，最簡單有效的辦法是采用對上下游直管段要求較低的流量計。

(3)蒸汽的密度補償不正確。為了正確計量蒸汽的質量流量，必須考慮蒸汽壓力和溫度的變化，即蒸汽密度補償。不同類型的流量計受密度變化影響的方式不同。渦街流量計的信號輸出只和流速有關，而和介質的密度、壓力和溫度無關，差壓式流量計其質量流量與流量計的幾何外型、差壓平方根和密度平方根有關。①補償精確度的差異。測溫對補償精確度影響較大。如采用相同精度等級的溫度和壓力感應器，測溫誤差引起的密度差異要大于測壓誤差。②壓力測量影響因素。在蒸汽壓力的測量中，由于引壓管內冷凝水的重力作用會使壓力變送器測量到的壓力同蒸汽壓力之間出現一定的差值。測壓誤差如果不予以校正，則會影響蒸汽密度的計算，引起流量計量的誤差。對于上述現象，可在二次表（流量計算機內）進行零點遷移，既簡單又準確。③溫度測量影響因素。從流量計現場使用的情況來看，溫度測量誤差除了測溫元件的固有誤差之外，還同安裝的不規范有關。

(4)蒸汽干度的影響。目前，用于測量蒸汽流量的流量計大部分為體積流量計，首先測得體積流量，然后通過蒸汽的密度計算質量流量，也就是假定蒸汽為完全干燥。但是，蒸汽并非完全干燥，如果不考慮蒸汽干度的影響，得出的數據會低于實際的流量。因此流量計的二次儀表（流量計算機）應該具有設置飽和蒸汽干度的功能。但在實際工況確定蒸汽的干度也很困難。如果能夠改進蒸汽流量計入口處的蒸汽品質，則能改進蒸汽流量計的測量精度。

(5)管道振動。渦街流量計等對機械振動比較敏感，計量結果易受干擾，應對流量計前后管道作可靠的支撐設計。如管道振動不可避免，應采用抗干擾能力強的差壓式流量計，如斯派莎克ILVA流量計。

(6)差壓傳送誤差（差壓式流量計）。一是零點漂移。差壓變送器安裝到現場投入時，往往發現零位輸出出廠校驗時的零位輸出不一致。這種零位輸出偏離稱為靜壓誤差。其調整方法是向正負壓室通入相同的靜壓，將三閥組的高低壓閥中一個打開，另一個關閉，將平衡閥打開，如果懷疑正負壓室內尚未充滿被測介質，則可通過正負壓室上的泄流閥排盡積氣（或積液），然后再檢查變送器的輸出。二是引壓管布置不合理。引壓管線應保證合理的坡度使管內可能出現的氣泡較快地升到母管內，管內出現的雜質等較快地下沉到排污閥。引壓管線應定期檢查維護，確保無泄漏無堵塞。引壓管的內徑與被測流體的性質和引壓管總長度有關，對于蒸汽系統，引壓管的內徑一般在10mm左右。為了避免正負壓引壓管內介質溫度不一致，導致密度出現差異，引起傳送失真，正負引壓管應盡量靠近布置。當用于室外或嚴寒地區時，引壓管中的液體可能會結冰，因此需要伴熱保溫，但應避免將伴熱管直接繞在引壓管上，導致介質部分汽化，出現虛假誤差。

3提高蒸汽流量計量準確性的對策建議

3.1重視蒸汽流量計量儀表的正確選型

選擇蒸汽流量計量儀表，應重點考慮兩個因素。一是量程問題。蒸汽流量計量儀表計量不正常，主要是由于選型時量程不正確造成的。用汽旺季用汽量相當大，而用汽淡季用汽量又很小，用汽量相差過于懸殊，一般蒸汽計量儀表的流量范圍就難以適應。必須明確流量測量范圍，在此基礎上選擇符合相關運行參數的蒸汽計量儀表，使其能充分發揮作用。二是管道直徑問題。在設計節流裝置時，基本上都采用工藝提供的公稱名義管徑值，其實公稱名義管徑值與實際管徑值還是有誤差的，特別是卷管，公稱名義管徑值與實際值有時差值還較大，造成計量誤差增大，測量的準確度就難以達到設計要求。國標規定：用來計算節流件直徑比的管道直徑D值應為上游取壓口的上游0.5D長度范圍內的內徑平均值。該內徑平均值應是至少在垂直軸線的二個橫截面內所測得內徑的平均值，內徑的數值(用于設計的管道內徑)應達到±0.3%。設計前最好實測管徑，以減少計算誤差。

3.2正確安裝蒸汽流量計量儀表

任何蒸汽計量儀表都必須安裝正確，否則就不可能正常的工作。例如在鍋爐出汽口附近安裝蒸汽計量儀表，在截止閥或管道彎頭附近及管道的最低處安裝蒸汽計量儀表都屬于不正確的安裝。正確安裝蒸汽流量計量儀表，要做到五點。①在所安裝儀表前后必須留有足夠長的直管段。②蒸汽計量儀表不能安裝在整套管路最低處。③必須高度重視冷凝器的安裝。兩個冷凝器亦須處于同一水平上，兩個冷凝器的作用是使導壓管中被測蒸汽冷凝并使正、負導壓管中冷凝液面有相等高度及保持長期穩定；為不使冷凝液面波動對測量產生誤差，冷凝器的有效容積應大于所使用的差壓變送器工作空間的最大容積變化的3倍，在水平方向的橫截面積不得小于差壓變送器的工作面積，系統確保密封良好，嚴禁泄漏；要充分考慮維護、拆換、吹掃便利。④導壓管長度最好在16m內，內徑最好選用Φ10-16mm以防堵塞為好。導壓管全程保溫并確保正、負管處于同等溫度以免密度變化引起誤差。⑤裝測溫元件地方最好在節流件下游側10D以外處，在管道或正壓管上取壓時，如壓力變送器裝在節流裝置下方，必須對壓力變送器的管路液柱值進行修正，以提高計量準確度。

3.3嚴格規范蒸汽流量計的操作

(1)儀表投運。蒸汽流量計投運操作時，首先關閉差壓變送器的正、負閥，稍開一次閥，檢查各閥門、導壓管等有無泄露，如無泄露將一次閥全開。打開排污閥排污并讓蒸汽排出后關閉排污閥，等一段時間讓冷凝器及導壓管內充滿冷凝水后才能開始正常投運。步驟如下：①開啟平衡閥；②緩慢開啟負壓閥門；③隨即開啟正壓閥門；④稍停片刻后同時關閉正、負閥門；差壓變送器調整靜壓誤差在第④步后進行，同時必須待冷凝器內液面一致平衡時才可進行，否則將帶來液柱靜壓誤差；⑤再開啟正、負閥門；⑥關閉平衡閥，儀表啟動。注意在向差壓變送器的正、負容室充灌液體時，應先旋開容器上的排氣螺釘，使氣體排出后再進行充灌。

(2)儀表的運行。在長期運行后，無論管道還是節流裝置都會發生變化，如結垢、磨損、腐蝕等。節流件是依靠結構形狀及尺寸保持信號的準確度，任何幾何形狀尺寸的變化都會給測量帶來誤差。而測量誤差的變化并不能從信號中覺察到，因此對節流件定期檢查是必須的。由于企業的連續生產性質，一般是與檢修同步進行。如果幾何尺寸變化不大仍可繼續使用，但應根據實測數據對設計數據進行修正，以保證測量的準確。

(3)儀表的維護。由于儀表長期處在高溫、高壓的水蒸汽環境中，很容易造成表件損壞、銹蝕、雜質阻塞等，因此需要經常維護和定期檢修。如LFIX分流旋翼式蒸汽流量計在長期運行中，石墨軸承被磨損引起轉軸上跳；不注意防凍，使阻尼水結冰，凍壞表件等。孔板差壓式蒸汽流量計特別要檢查孔板開口的圓面是否銹蝕，有沒有附著臟物，要定期清洗，對銹蝕嚴重的孔板要更換。渦街流量傳感器在使用中要注意檢查三角柱縫隙是否有雜物阻塞、檢測元件是否失靈，等等。

摘要：蒸汽流量的計量是流量計量的難點。闡述了蒸汽流量計量的特點，指出了影響蒸汽流量計量的主要問題，并提出了提高蒸汽流量計量準確性的對策建議。

關鍵詞：流量計量；蒸汽；準確性