蒸汽計量

蒸汽計量渦街流量計在蒸汽測量中的應(yīng)用，對如今廣泛應(yīng)用的熱電聯(lián)產(chǎn)，蒸汽計量不僅關(guān)系到能源的統(tǒng)計和考核，還直接關(guān)系到產(chǎn)汽單位和用汽單位的經(jīng)濟效益；目前工業(yè)上使用的流量計品種很多，由于渦街流量計結(jié)構(gòu)簡單、安裝維護方便，已被廣泛應(yīng)用，本文就渦街流量計在蒸汽計量應(yīng)用中的若干問題進行分析。

1工作原理
渦街流量計實現(xiàn)流量測量的理論基礎(chǔ)是流體力學(xué)中杰出的卡門渦街流量原理。
如圖1所示，在流體中設(shè)置旋渦發(fā)生體（阻流體），隨著流體沿旋渦發(fā)生體流動的速度加快，從旋渦發(fā)生體兩側(cè)交替產(chǎn)生有規(guī)律的旋渦，這種旋渦稱為卡門旋渦。
由于旋渦之間的相互影響，這些渦列多數(shù)是不穩(wěn)定的，卡門對渦列的穩(wěn)定性條件進行了研究并得到結(jié)論：只有形成相互交替的內(nèi)旋的兩排渦列，且當(dāng)兩旋渦列之間的距離h和同列的兩旋渦之間距離l之比滿足：h/l=0.281時，這樣的渦街列才是穩(wěn)定的。
2計算公式
2.1質(zhì)量流量計算公式
渦街流量計是根據(jù)旋渦脫離旋渦發(fā)生體的頻率與流量之間的關(guān)系來測量流量的儀表，根據(jù)卡門渦街原理，旋渦頻率f與管道內(nèi)平均流速v有如下關(guān)系：
f=St*v/d
式中：St是斯特勞哈爾數(shù)，d是旋渦發(fā)生體的特征寬度。
由上式可見f與管流流速成正比。由上式可得被測流體的瞬時流量和質(zhì)量流量公式：
式中：M為質(zhì)量流量；r為管道內(nèi)徑；ρ為流體的密度。通過在氣體標定裝置或水的標定裝置上檢定可以獲得儀表系數(shù)K，K是單位工況體積介質(zhì)流過流量計時產(chǎn)生的脈沖數(shù)（即旋渦個數(shù)），即一個脈沖反過來代表多少工況體積的流體介質(zhì)。
K=f/Q
由上式可得：
M=Q*ρ=fρ/K
交替產(chǎn)生的旋渦數(shù)通過壓電元件檢測出頻率f，經(jīng)電子線路檢測后輸出到儀表單片機進行運算處理并顯示流體流量。
2.2溫度壓力補償
對于使用渦街流量計測量流體體積流量，在其測量范圍內(nèi)，這種體積流量不受流體溫度、壓力、密度、粘度、成分等性質(zhì)變化所影響，因而是準確的，不需要任何溫度、壓力補償。
但在實際生產(chǎn)中，一般測量蒸汽流量時習(xí)慣上以質(zhì)量流量作為結(jié)算方式，單位用kg/h或t/h表示。所以上述體積流量Q需要引入蒸汽密度ρ（P，T）參數(shù)進行折算：
M(P,T)=Q*ρ(P,T)
而蒸汽密度ρ是直接受到蒸汽工作狀態(tài)如溫度T、壓力P等影響的，例如溫度為190℃的蒸汽，當(dāng)壓力由1.1MPa上升到1.2MPa時，其密度約增大了10%，如表1所示?？梢?，蒸汽性質(zhì)變化或操作條件波動時會產(chǎn)生一定的附加誤差。因此在體積流量檢測的同時還要進行溫度壓力的檢測，也即通過T、P對ρ進行實時補償以消除系統(tǒng)的附加誤差，保證*終需要的檢測結(jié)果即質(zhì)量流量的準確性，而這些補償運算工作均在流量積算儀中自動完成。所以，應(yīng)用渦街流量計測量蒸汽流量時，溫度壓力補償是很有必要的。表1飽和蒸汽密度表
在本測量系統(tǒng)中，蒸汽的體積流量Q、壓力P和溫度T分別通過渦街流量計、壓力變送器和熱電阻（Pt100）的檢測而轉(zhuǎn)換為脈沖、4mA～20mADC和電阻值信號，并同時輸入現(xiàn)場的智能流量積算儀進行運算和顯示，其讀數(shù)即為補償后的蒸汽質(zhì)量流量M。
3現(xiàn)場安裝注意事項及我司安裝情況
渦街流量計有多種結(jié)構(gòu)形式，安裝人員必須了解所裝儀表的具體結(jié)構(gòu)和特點。
3.1選擇合理的安裝場所
安裝場所應(yīng)避開強電力設(shè)備、高頻設(shè)備等；避免安裝在高溫和強腐蝕的環(huán)境中；避免安裝在強烈震動的地方，而且應(yīng)選擇方便安裝、布線和維修的地點。我司的蒸汽用戶為糖廠、紙廠、方便面廠等，安裝環(huán)境相對來說較好，但由于設(shè)備多安放于露天，為了保護設(shè)備，均加裝了鐵罩。
3.2上下游配管應(yīng)滿足安裝要求
在管路上選擇安裝位置時應(yīng)保證上游直管段的長度大于15D，且應(yīng)盡量的增加上游直管段的長度。對于同心擴大管，上游直管段的長度應(yīng)大于40D，而同心收縮管，上游直管段的長度應(yīng)大于20D。下游直管段的長度應(yīng)保證大于5D。要注意調(diào)節(jié)閥在小流量時易產(chǎn)生射流，閥后安裝流量計直管段過短會造成渦銜流量計工作不穩(wěn)定。蒸汽用戶多位于工業(yè)園里，蒸汽管路均有較長的直管段，直管段都在100D以上。
3.3減振措施
渦街流量計是以流體振動原理工作的，因此傳感器安裝應(yīng)避開強烈振動，特別是橫向的振動，會給儀表帶來干擾信號。如儀表裝在震動較強的管道上，則應(yīng)采取減振措施，在傳感器上安裝防振座并加防振墊。由于現(xiàn)場沒有較大的振動源，因此未加裝減振措施。
3.4取溫點和取壓點的安裝
實施流體溫度、壓力補償時，應(yīng)合理選擇溫度、壓力測口的位置。上游如果有插入式測溫元件，會產(chǎn)生頻率很高的旋渦，類似閥門干擾，因此必須遠離流量計，一般取溫點都安裝在流量計后，因為流量計前后基本不會有多大的溫差，完滿足溫度測量的要求。而安裝取壓點時孔不必開得很大，也不能有焊渣探入到管邊中，更不允許取壓管有伸入管內(nèi)的情況發(fā)生。
3.5旁路管的安裝
如選用的是管道式的渦街流量計，為了不斷流地檢查或清洗流量計，一般可加裝旁路管道。而對于插入式的渦街流量計，則可在不斷流的情況下將其拆出清洗或更換。我司選用的均為插入式的渦街流量計，因此并未安裝旁路。插入式的渦街流量計安裝和維護都比較方便，能在不影響蒸汽用戶生產(chǎn)的情況下對其進行維護。
3.6接地
接地應(yīng)遵循一點接地原則，接地電阻應(yīng)小于10Ω，整體型和分離型的渦街流量計都應(yīng)在傳感器一側(cè)接地，轉(zhuǎn)換器外殼接地點也應(yīng)與傳感器同地。
4維護及應(yīng)用
4.1日常維護
（1）渦街流量計一般安裝于室外，條件允許的話可加裝鐵硼，或安裝不銹鋼保護箱來保護。
（2）一般檢查：檢查主管道上各法蘭、閥門、測壓孔、測溫孔及接頭應(yīng)無滲漏現(xiàn)象，管道的振動情況是否符合使用說明書的規(guī)定。
（3）如渦街流量計測量數(shù)值偏低，則應(yīng)首先檢查管路是否有漏汽或漏水的情況，再則輕敲流量計與管道的連接處，看流量數(shù)值是否有變化?；蛘邷y量探頭的電容，如果偏低，則應(yīng)更換探頭。
（4）如渦街流量計測量數(shù)值偏大，則應(yīng)首先檢查管路是否存在震動和屏蔽線是否接觸不佳。在沒有使用蒸汽的情況下仍有較大的流量數(shù)值，則需由相關(guān)部門對設(shè)備進行校驗。
4.2蒸汽測量的應(yīng)用
對于用戶數(shù)量不多且距離不算太遠的蒸汽用戶，我們可以使用無紙記錄儀，對每位蒸汽用戶的流量、累積流量、壓力、溫度等參數(shù)和掉電情況進行數(shù)據(jù)的記錄并保存，定期對無紙記錄儀中的數(shù)據(jù)進行拷貝和備份，以查看用戶的使用情況。
如果蒸汽用戶數(shù)量較多且距離較遠，則會不方便管理，為此我們利用流量積算儀的通訊功能（RS485）和專網(wǎng)無線傳輸技術(shù)，與上位計算機構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，將各測量點的計量數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)綗犭姽镜腄CS系統(tǒng)中進行監(jiān)控與儲存，可在主機中隨時查看到任何一個用戶的流量、累積流量、壓力、溫度等參數(shù)和掉電情況，從而實現(xiàn)了遠傳監(jiān)控管理，也成為企業(yè)信息化建設(shè)的一部分。
5結(jié)語
渦街流量計因其結(jié)構(gòu)簡單牢固、維護方便，輸出脈沖信號與流量成正比，無零點漂移，壓力損失較小等的優(yōu)點，發(fā)展較快，應(yīng)用不斷擴大。了解渦街流量計的工作原理，了解現(xiàn)場安裝及應(yīng)用的基本知識及相關(guān)經(jīng)驗，可發(fā)揮渦街流量計的優(yōu)勢，更好的服務(wù)于工業(yè)測量領(lǐng)域。