蒸汽流量的测量的选型技术

蒸汽流量的测量的选型技术

在计量工作中，蒸汽流量测量不准确是普遍存在的问题，其中主要原因分析如下。过热蒸汽是比较特殊的介质，一般情况下所说的蒸汽是指过热蒸汽。过热蒸汽是由饱和蒸汽加热升温获得。其中绝不含液滴或液雾，属于实际气体。过热蒸汽的温度与压力参数是两个独立参数，其密度应由这两个参数决定。

过热蒸汽在经过长距离输送后，随着工况（如温度、压力）的变化，特别是在过热度不高的情况下，会因为热量损失温度降低而使其从过热状态进入饱和或过饱和状态，转变成为饱和蒸汽或带有水滴的过饱和蒸汽。饱和蒸汽突然大幅度减压，液体出现绝热膨胀时也会转变成为过热蒸汽，这样就形成汽液两相流介质。

饱和蒸汽是无色、无味、不能燃烧又无腐蚀性的气体。饱和蒸汽中液滴或液雾的含量反映了蒸汽的质量，一般用干度这一参数来表示。蒸汽的干度是指单位体积饱和蒸汽中干蒸汽所占的百分数，以“x”表示。

准确计量饱和蒸汽流量比较困难，因为饱和蒸汽的干度难以保证，一般流量计都不能准确检测双相流体的流量，蒸汽压力波动将引起蒸汽密度的变化，流量计示值产生附加误差。所以在蒸汽计量中，必须设法保持测量点处蒸汽的干度以满足要求，必要时还应采取补偿措施，实现准确的测量。

目前使用流量仪表测量蒸汽流量，测量介质都是指单相的过热蒸汽或饱和蒸汽。对于相流经常变化的蒸汽，肯定会存在测量不准确的问题。这个问题的解决方法是保持蒸汽的过热度，尽量减少蒸汽的含水量，例如加强蒸汽管道的保温措施，减少蒸汽的压力损失等，以提高测量的准确度。然而这些方法并不能彻底解决蒸汽流量测量不准确的问题，解决这一问题的根本办法是开发一种可测两相流动介质的流量仪表。

用于检测气体流量的流量计种类很多，以速度式和容积流量计应用最普遍，它们的共同特点是只能连续测定工况下的体积流量，而体积流量又是状态的函数，工作状态下的体积流量不能确切的表示实际流量，工程上一般都以标准状态体积流量或质量流量表示。所谓标准状态体积是0℃、1个标准大气压下的气体体积或20℃、1个标准大气压下的体积。以质量流量为计量单位的情况，目前应用不多。

采用刻度气体流量计时，选定气体正常温度、压力为设计条件，将设计状态下的体积流量折算为标准体积流量或质量流量，其折算系数中含有气体密度的因素，当气体介质的工作状态偏离设计状态，流量示值将产生误差。此外气体介质的组成、含量或温度的变化，对流量测量也产生影响，所以蒸汽流量的测量更需要采取补偿措施，并且因蒸汽的状态变化补偿因素也比较复杂。

过热蒸汽的密度由蒸汽的温度、压力两个参数决定，而且在参数的不同范围内，密度的表达形式也不相同，无法用同一通式表示，所以不能获得统一的密度计算公式，只能个别推导求得温度、压力补偿公式。在温度、压力波动范围较大的场合，除进行温度、压力补偿外，还需要考虑对气体膨胀系数ε的补偿。

无论采用何种流量计检测饱和蒸汽的流量，在蒸汽压力波动的条件下工作，必须采取压力补偿措施，这是因为在流量方程中，都含有蒸汽密度的因素，工作条件与设计条件不一致时，读数会产生误差，误差的大小和工作压力与设计压力偏差的大小有关，P实＞P设将出现负误差，否则将出现正误差。蒸汽的干度条件是关系到能否准确计量蒸汽流量的重要条件，目前正在研制在线蒸汽干度检测仪表，待干度仪表应用于蒸汽流量计量与补偿系统，将进—步提高计量的准确性。目前应采取以下三项措施：输送蒸汽的管路必须有良好的保温措施防止热量损失。在蒸汽管路上要逐段疏水，在管道的最低处及仪表前的管道上应设置疏水器，及时排出冷凝水。锅炉操作中应避免出现汽包液位过高现象，尽量减少负荷出现大的波动。

对于蒸汽计量在选择流量仪表时应考虑5个主要因素：被测流体特性、生产工艺情况、安装条件、维护需求以及流量仪表的特性。这里，着重讨论流量仪表的特性、安装条件、维护需求以及选用流量仪表应注意的几个问题。目前，测量蒸汽流量的仪表主要有涡街流量计、差压式（孔板、均速管、弯管）流量计、分流旋翼式流量计、阿牛巴流量计、浮子式流量计等，下面以涡街流量计、孔板流量计和弯管流量计

为例加以说明。

涡街流量计是基于卡门涡街原理而研制成功的一种新型流量计，由于它具有其它流量计不可兼得的优点，70年代以来得到了迅速发展。据介绍，现在日本、欧美等发达国家使用涡街流量计的比例大幅度上升，已经广泛用于各个领域，将在未来流量仪表中占主导地位，是孔板流量计的理想替代产品。它具有以下特点：结构简单牢固，无可动部件，长期运行十分可靠；维护十分方便，安装费用低；传感器不直接接触介质，性能稳定，寿命长；输出与流量成正比的脉冲信号，无零点漂移，精度高，并方便与计算机联网；测量范围宽，量程比可达1:10；压力损失小，运行费用低，更具节能意义；在一定的雷诺数范围内，输出信号频率不受流体物理性质和组分变化影响，仪表系数仅与漩涡发生体的形状和尺寸有关，测量流体的体积流量无需补偿

以孔板流量计为代表的差压式流量计应用历史悠久，有国际标准，理论精度高，应用十分普遍。但经过几十年的应用，发现孔板流量计也存在不足：应用中许多因素（设计参数与工况参数不符，上游直管段不足，孔板和管道不同心，孔板A面受污，锐角磨损等）对其测量精度有非常大的影响，使其测量误差增大；安装较为麻烦，维护及拆洗的工作量较大；

③需配差压变送器使用，增加了维护的工作量，另需敷设导压管，且在冬季需对导压管进行保温，不可以安装在室外；流量量程比为1:3，局限性大；若安装不正确，容易发生蒸汽泄漏；压力损失较大，运行费用高。

为维持一台安装在每小时数千吨流量供热管道的孔板流量计正常运行，一个采暖季节约需多耗电数万度，折合人民币数万元。这里仅考虑孔板流量计压力损失为几千帕，实际运行时远远超过这个值。即便是这几千帕的压力损失，它所造成的附加运行费用也是不可忽视的。蒸汽流量仪表的选用是非常重要的，是准确测量蒸汽流量是前提条件。