蒸汽流量測量的準確性分析  

蒸汽流量測量的準確性分析  

摘要：簡要介紹了蒸汽流量測量的方法，分析了引起測量誤差較大的原因。

針對蒸汽流量的實際情況，提出了提高流量測量準確性的方法和措施，以及正確選用蒸汽流量剛量儀表應(yīng)注意的事項，可供流量測量工作借鑒。  

1 過熱蒸汽流量測量的不確定性    

過熱蒸汽是由飽和蒸汽加熱升溫獲得。過熱蒸汽的溫度與壓力是兩個獨立參數(shù)，其它狀態(tài)參數(shù)由這兩個參數(shù)決定。過熱蒸汽在經(jīng)過輸送后，隨著工況（如溫度、壓力）的變化，特別是在過熱度不高的情況下，因為熱量損失溫度降低而使其從過熱狀態(tài)進入飽和或過飽和狀態(tài)，轉(zhuǎn)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，一部分液滴在絕熱膨脹時也會轉(zhuǎn)變成為過熱蒸汽，這樣就形成汽液兩相流介質(zhì)，一般流量計都不能準確檢測兩相流體的流量，從而產(chǎn)生流量測量誤差。

2 飽和蒸汽流量測量的不確定性      

飽和蒸汽的溫度與壓力之間一一對應(yīng)，二者之間只有一個獨立參數(shù)。飽和蒸汽容易凝結(jié)，在傳輸過程中如有熱量損失，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為濕蒸汽。嚴格來說，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(shù)。      準確計量飽和蒸汽流量較困難，一般流量計都不能準確檢測兩相流體的流量，蒸汽壓力波動將引起蒸汽比體積的變化，流量測量值會產(chǎn)生附加誤差。所以，在飽和蒸汽測量中，必須設(shè)法保持測量點處蒸汽斷度穩(wěn)定，必要時還應(yīng)采取補償措施。

3 測量誤差分析    

目前使用流量儀表測量蒸汽流量，測量介質(zhì)都是指單相流的過熱蒸汽或飽和蒸汽。對于相流經(jīng)常變化的蒸汽，會存在測量不準確的問題。對此，需保持蒸汽的過熱度，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，以提高測量的準確度。然而，這些方法并不能徹底解決蒸汽流量測量準確的問題，解決這一問題的根本辦法是開發(fā)一種可測兩相流動介質(zhì)的流量儀表。     用于檢測氣體流量的流量計種類很多，以速度式和比體積流量計應(yīng)用最普遍，它們的共同特點是可測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際流量。對此，工程上一般都以標準狀態(tài)比體積流值或質(zhì)量流量表示。采用刻度氣體流量計時，選定氣體正常溫度、壓力為設(shè)計條件，將設(shè)計狀態(tài)下的比體積流量折算為標準比體積流量或質(zhì)量流量，其折算系數(shù)中含有氣體比體積的因素，當氣體的工作狀態(tài)偏離設(shè)汁狀態(tài)，比體積流量測量值將產(chǎn)生誤差。此外，氣體的禪分、含量或溫度的變化，都對流量測量產(chǎn)生影響。所以，蒸汽流量的測量更需要采取補償措施，并且因蒸汽的狀態(tài)變化補償因素也比較復(fù)雜。      過熱蒸汽的比體積由蒸汽的溫度、壓力兩個參數(shù)決定，而且在不同的參數(shù)范圍內(nèi)，比體積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(tǒng)一的比體積計算公式，只能個別推導(dǎo)求得溫度、壓力補償公體。在溫度、壓力波動范圍較大的場合，除進行溫度、壓力補償外，還需要考慮對過熱蒸汽體積膨脹系數(shù)ε的補償。

無論采用何種流量計測量飽和蒸汽的流量，在蒸汽壓力波動的條件下，必須采取壓力補償措施，這是因為在流量方程中，工作條件與設(shè)計條件不一致時，蒸汽比體積讀數(shù)會產(chǎn)生誤差，誤差的大小和工作壓力與設(shè)計壓力偏差的大小有關(guān)，實際壓力大于設(shè)計壓力將出現(xiàn)負誤差，否則將出現(xiàn)正誤差。蒸汽的干度是關(guān)系到能否準確測量蒸汽流量的重要條件，正在研制的在線蒸汽干度檢測儀表應(yīng)用于蒸汽流量計量與補償系統(tǒng)，將進一步提高計量的準確性。因此，目前的蒸汽流量測量應(yīng)采取以下3 項措施。     (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，在管道的最低處及表前的管道上應(yīng)設(shè)置疏水器，及時排出疏水。     (3) 鍋爐運行操作中應(yīng)避免出現(xiàn)汽包液位過高現(xiàn)象，盡量減少出現(xiàn)大的負荷波動。 4 流量儀表的選型      蒸汽流量測量在選擇流量儀表時應(yīng)考慮5個主要因素：(l)被測流體特性；(2)生產(chǎn)工藝情況；(3)安裝條件；(4)維護需求；(5)儀表特性。本文著重討論流量儀表的特性、安裝條件、維護需求以及選用流量儀表應(yīng)注意的幾個問題。目前，測量蒸汽流量的儀表主要有渦街流量計、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，下面以渦街流量計、孔板流量計和彎管流量計為例加以說明。

4.1 渦街流量計      

渦街流量計是基于卡門渦街原理而研制的一種新型流量計，具有以下特點：

(1)結(jié)構(gòu)簡單牢固，無可動部件，長期運行可靠；

(2)維護方便，安裝費用較低；

(3)傳感器不直接接觸介質(zhì)，性能穩(wěn)定，壽命較長；

(4)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(lián)網(wǎng)；

(5)流量量程比可達1:10，測量范圍較寬；

(6)壓力損失小，運行費用較低；

(7)在一定的雷諾數(shù)范圍內(nèi)，輸出信號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)，測量流體的比體積流量無需補償，調(diào)換配件后無需重新標定儀表的系數(shù)；

(8)應(yīng)用范圍較廣，氣體、液體的流量均可測量；(9)檢定周期一般為2-4年。      

該流量計也存在一定的局限性：

(l)渦街流量計是一種速度式流量計，漩渦分離的穩(wěn)定性受流速影響，故對直管段長度有一定的要求，一般測點前后直管段長度分別為10D、5D(D為管道直徑);

(2)測量液體時，受壓損和氣蝕現(xiàn)象限制，上限流速一般是0.5-8m/s;

(3)測量蒸汽時，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(yīng)力式渦街流量計采用壓電晶體作為檢測傳感器，要受溫度的限制，一般為一40-300℃。

4.2 差壓式流量計    

(3)以孔板流量計為代表的差壓式流量計理論精度高，應(yīng)用較普遍，但也存在不足：(l)設(shè)計參數(shù)與工況參數(shù)不符，上游直管段長度不足，孔板和管道不同心，孔板A 面(進口側(cè))受污染、銳角磨損等因素對其測量精度有顯著影響，使其測量誤差增大； (2)安裝較為麻煩，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(shè)導(dǎo)壓管，且在冬季需對導(dǎo)壓管進行保溫，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，運行費用較高。  4.3 彎管流量計      彎管流量計實際上是一個90°標準彎頭，是結(jié)構(gòu)較為簡單的流量傳感器，其特點是：(1)結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉；(2)傳感器耐磨損，對微量磨損不敏感；(3)安裝簡單，可采用直接焊接法進行安裝，較徹底地解決了現(xiàn)場發(fā)生蒸汽泄漏的問題；(4)適應(yīng)性強，量程范圍較寬，直管段長度要求不嚴，只要是可以用孔板、渦街、均速管流量計來測量的管道內(nèi)流體流量都可以用彎管流量計進行測量，而且在對高溫、高壓、沖擊、振動、潮濕及粉塵等耐受能力方面，彎管流量計遠優(yōu)于其它流量計；(5)量程比可達1:10，對于蒸汽流速的適用范圍為O~70m/S，可以較好地滿足蒸汽流量測量的要求;(6)由于其特殊的測量原理，使其在實際應(yīng)用時對直都長度的要求不嚴格，一般只要求上、下游直管段長度分別為5D和2D，遠遠低于其它流量測量裝置的要求；(7)精度高，重現(xiàn)性好，測量精度可達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)輸送的動力消耗，節(jié)約能源，尤其對那些大系統(tǒng)、大管徑、低壓頭的側(cè)量對象優(yōu)點更加明顯。