測(cè)量蒸汽經(jīng)常遇到的問(wèn)題及注意事項(xiàng)

 在供熱行業(yè)中，蒸汽流量測(cè)量不準(zhǔn)確是普遍存在的問(wèn)題，其中主要原因分析如下。
1.1 過(guò)熱蒸汽
   過(guò)熱蒸汽在經(jīng)過(guò)長(zhǎng)距離輸送后，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，會(huì)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，液體出現(xiàn)絕熱膨脹時(shí)也會(huì)
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，液體出現(xiàn)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)。

2 測(cè)量的分析

目前使用測(cè)量蒸汽流量，測(cè)量介質(zhì)都是指單相的過(guò)熱蒸汽或飽和蒸汽。對(duì)于相流經(jīng)常變化的蒸汽，肯定會(huì)存在測(cè)量不準(zhǔn)確的問(wèn)題。這個(gè)問(wèn)題的解決方法是保持蒸汽的過(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)量不準(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)種類很多，以速度式和容積流量計(jì)應(yīng)用zui普遍，它們的共同特點(diǎn)是只能連續(xù)測(cè)定工況下的體積流量，而體積流量又是狀態(tài)的函數(shù)，工作狀態(tài)下的體積流量不能確切的表示實(shí)際流量，工程上一般都以標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)體積流量或質(zhì)量流量表示。所謂標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)體積是0℃、1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的氣體體積或20℃、1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的體積。以質(zhì)量流量為計(jì)量單位的情況，目前應(yīng)用不多。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)下的體積流量折算為標(biāo)準(zhǔn)體積流量或質(zhì)量流量，其折算系數(shù)中含有氣體密度的因素，當(dāng)氣體介質(zhì)的工作狀態(tài)偏離設(shè)計(jì)狀態(tài)，流量示值將產(chǎn)生誤差。此外氣體介質(zhì)的組成、含量或溫度的變化，對(duì)流量測(cè)量也產(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)熱蒸汽的密度由蒸汽的溫度、壓力兩個(gè)參數(shù)決定，而且在參數(shù)的不同范圍內(nèi)，密度的表達(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)一的密度計(jì)算公式，只能個(gè)別推導(dǎo)求得溫度、壓力補(bǔ)償公式。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)氣體膨脹系數(shù)ε的補(bǔ)償。
   無(wú)論采用何種流量計(jì)檢測(cè)飽和蒸汽的流量，在蒸汽壓力波動(dòng)的條件下工作，必須采取壓力補(bǔ)償措施，這是因?yàn)樵诹髁糠匠讨?，都含有蒸汽密度的因素，工作條件與設(shè)計(jì)條件不一致時(shí)，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)，P實(shí)＞P設(shè)將出現(xiàn)負(fù)誤差，否則將出現(xiàn)正誤差。蒸汽的干度條件是關(guān)系到能否準(zhǔn)確計(jì)量蒸汽流量的重要條件，目前正在研制在線蒸汽干度檢測(cè)儀表，待干度儀表應(yīng)用于蒸汽流量計(jì)量與補(bǔ)償系統(tǒng)，必將進(jìn)一步提高計(jì)量的準(zhǔn)確性。目前應(yīng)采取以下三項(xiàng)措施：
（1）輸送蒸汽的管路必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低處及儀表前的管道上應(yīng)設(shè)置疏水器，及時(shí)排出冷凝水。
（3）鍋爐操作中應(yīng)避免出現(xiàn)汽包液位過(guò)高現(xiàn)象，盡量減少負(fù)荷出現(xiàn)大的波動(dòng)。
3 渦街流量計(jì)（蒸汽流量計(jì)選型）

  對(duì)于蒸汽計(jì)量在選擇流量?jī)x表時(shí)應(yīng)考慮5個(gè)主要因素：被測(cè)流體特性、生產(chǎn)工藝情況、安裝條件、維護(hù)需求以及流量?jī)x表的特性。這里，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。
3.1 渦街流量計(jì)
   渦街流量計(jì)是基于卡門渦街原理而研制成功的一種新型流量計(jì)，由于它具有其它流量計(jì)不可兼得的優(yōu)點(diǎn)，70年代以來(lái)得到了迅速發(fā)展。據(jù)介紹，現(xiàn)在日本、歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家使用渦街流量計(jì)的比例大幅度上升，已經(jīng)廣泛用于各個(gè)領(lǐng)域，將在未來(lái)流量?jī)x表中占主導(dǎo)地位，是孔板流量計(jì)的理想替代產(chǎn)品。它具有以下特點(diǎn)：
   ① 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單牢固，無(wú)可動(dòng)部件，*運(yùn)行十分可靠；
   ② 維護(hù)十分方便，安裝費(fèi)用低；
   ③ 傳感器不直接接觸介質(zhì)，性能穩(wěn)定，壽命長(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 測(cè)量范圍寬，量程比可達(dá)1：10；
   ⑥ 壓力損失小，運(yùn)行費(fèi)用低，更具節(jié)能意義；
  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)用范圍廣，氣體、液體的流量均可測(cè)量；
   ⑨ 檢定周期為2～4年。
  但該流量計(jì)也存在一定的局限性：
   ① 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，故它對(duì)直管段有一定的要求，一般是*D、后5D；
   ② 測(cè)量液體時(shí)，上限流速受壓損和氣蝕現(xiàn)象限制，一般是0.5～8m/s；
   ③ 測(cè)量氣體時(shí)，上限流速受介質(zhì)可壓縮性變化的限制，下限流速受雷諾數(shù)和傳感器靈敏度的限制，蒸汽是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，故其受溫度的限制，一般為-40～+300℃。
3.2 差壓式流量計(jì)
   以孔板流量計(jì)為代表的差壓式流量計(jì)應(yīng)用歷史悠久，有標(biāo)準(zhǔn)，理論精度高，應(yīng)用十分普遍。但經(jīng)過(guò)幾十年的應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)孔板流量計(jì)也存在不足：
   ① 應(yīng)用中許多因素（設(shè)計(jì)參數(shù)與工況參數(shù)不符，上游直管段不足，孔板和管道不同心，孔板A面受污，銳角磨損等）對(duì)其測(cè)量精度有非常大的影響，使其測(cè)量誤差增大；
   ②渦街流量計(jì)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，不可以安裝在室外；
    ④ 流量量程比為1：3，局限性大；
    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)用高。

3.3 彎管流量計(jì)

彎管流量計(jì)實(shí)際上是一個(gè)90度標(biāo)準(zhǔn)彎頭，沒(méi)有比它結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單的流量傳感器了。隨著機(jī)械加工工業(yè)的發(fā)展和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化及規(guī)范化管理的不斷完善，用作彎管傳感器的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)制彎頭性價(jià)比越來(lái)越高。它的特點(diǎn)是：
 ① 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉。
 ② 彎管流量計(jì)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，使現(xiàn)場(chǎng)跑冒滴漏的麻煩得到*的解決。
④ 適應(yīng)性強(qiáng)，量程范圍寬，直管段要求不嚴(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，而且在耐高溫、耐高壓、耐沖擊、耐振動(dòng)、耐潮濕、耐粉塵等方面，彎管流量計(jì)遠(yuǎn)優(yōu)于其它流量計(jì)。
⑤ 彎管流量計(jì)的量程比可達(dá)1：10，對(duì)于蒸汽，它的適用范圍為0～70m/s，可以較好地滿足蒸汽流量測(cè)量的要求。
⑥ 彎管流量計(jì)由于其特殊的測(cè)量原理，使其在實(shí)際應(yīng)用時(shí)對(duì)直管段的要求不嚴(yán)格，一般只要求前5D、后2D即可，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其他流量測(cè)量裝置的要求。
⑦彎管流量計(jì)精度高，重現(xiàn)性好，測(cè)量精度可達(dá)1.14%，重現(xiàn)性精度可達(dá)0.2%，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彎管流量計(jì)的zui突出特點(diǎn)是無(wú)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、低壓頭的測(cè)量對(duì)象好處更加明顯。
   舉例說(shuō)明：為維持一臺(tái)安裝在每小時(shí)數(shù)千噸流量供熱管道的正常運(yùn)行，一個(gè)采暖季節(jié)約需多耗電數(shù)萬(wàn)度，折合人民幣數(shù)萬(wàn)元。這里僅考慮孔板流量計(jì)壓力損失為幾千帕，實(shí)際運(yùn)行時(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)這個(gè)值。即便是這幾千帕的壓力損失，它所造成的附加運(yùn)行費(fèi)用也是不可忽視的。表1給出的數(shù)據(jù)為目前熱力管網(wǎng)用主管道流量范圍在不同的壓力損失時(shí)，孔板流量計(jì)引起的循環(huán)泵額外耗電量、電耗費(fèi)用、折合標(biāo)準(zhǔn)煤量、購(gòu)煤費(fèi)用的單臺(tái)孔板流量計(jì)在一個(gè)取暖季節(jié)運(yùn)行費(fèi)用的數(shù)據(jù)，其中運(yùn)行天數(shù)按120天、電價(jià)按0.35元/度、標(biāo)準(zhǔn)煤價(jià)按200元/t計(jì)算。
    由此可見(jiàn)，一個(gè)流量為4000m3/h的中型熱網(wǎng)，當(dāng)孔板壓力損失為30千帕?xí)r，僅一臺(tái)孔板流量計(jì)就多耗9.6萬(wàn)度電，運(yùn)行費(fèi)用為3.12萬(wàn)元，對(duì)于流量為10000m3/h的大型熱網(wǎng)，額外耗電量達(dá)24萬(wàn)度，運(yùn)行費(fèi)用7.8萬(wàn)元。而彎管流量計(jì)進(jìn)行測(cè)量附加阻力損失就會(huì)小得多，如果用彎管流量計(jì)替代孔板流量計(jì)進(jìn)行計(jì)量，可大大地減少運(yùn)行費(fèi)用，獲得可觀的經(jīng)濟(jì)效益。
    綜上所述，蒸汽流量?jī)x表的選用是非常重要的，準(zhǔn)確測(cè)量蒸汽流量不但要了解蒸汽的基本特性還要知道蒸汽流量?jī)x表的選用安裝維護(hù)等

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