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一、引言

    蒸汽作為一種十分特殊的介質(zhì)，在流量計(jì)量過程中會(huì)表現(xiàn)出特殊的現(xiàn)象和問題。其中zui關(guān)鍵的問題是蒸汽密度值偏離設(shè)計(jì)值過多，給測(cè)量結(jié)果帶來的顯著的測(cè)量誤差，而目前階段技術(shù)成熟的密度檢測(cè)儀表尚未成功應(yīng)用，給蒸汽流量測(cè)量帶來一定的困難。蒸汽在電力、鋼鐵、石化、紡織、城市供熱等生產(chǎn)、生活領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，準(zhǔn)確地測(cè)量蒸汽流量對(duì)生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制、計(jì)劃管理、商務(wù)結(jié)算以及節(jié)約能源、提高經(jīng)濟(jì)效益等方面都有重要意義。蒸汽是汽輪機(jī)的工質(zhì)，在能量轉(zhuǎn)換過程中準(zhǔn)確測(cè)量計(jì)算出實(shí)際蒸汽的消耗量是分析評(píng)價(jià)工業(yè)汽輪機(jī)裝置效率的重要前提。目前蒸汽流量的測(cè)量通常采用渦街作為一次元件，其制造、安裝方便，成本低廉。在設(shè)計(jì)蒸汽參數(shù)條件下，蒸汽通過渦街傳感器后產(chǎn)生的旋窩頻率與蒸汽流量之間有準(zhǔn)確的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

但在實(shí)際測(cè)量過程中，由于蒸汽溫度、壓力等參數(shù)是處于變化和波動(dòng)中的，甚至遠(yuǎn)離渦街的設(shè)計(jì)工況參數(shù)。在正常參數(shù)波動(dòng)范圍內(nèi)，工業(yè)汽輪機(jī)是按照無(wú)運(yùn)行限制要求設(shè)計(jì)的，但對(duì)蒸汽流量測(cè)量，如果不對(duì)這種參數(shù)波動(dòng)加以補(bǔ)償修正，根據(jù)測(cè)量計(jì)算得出的結(jié)果會(huì)與實(shí)際流量有很大的差異。由于對(duì)這種補(bǔ)償修正計(jì)算并沒有統(tǒng)一的方法和標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)踐中常為采用何種補(bǔ)償方法所困擾。而提出一種合適的蒸汽參數(shù)波動(dòng)補(bǔ)償計(jì)算方法，并在后續(xù)的編程系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)其補(bǔ)償計(jì)算，對(duì)實(shí)現(xiàn)蒸汽流量的正確測(cè)量又是至關(guān)重要的。

    二、在線密度補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)方法

    隨著微電子技術(shù)在儀表中的廣泛應(yīng)用。儀表的計(jì)算功能、補(bǔ)償修正功能、累計(jì)功能、歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能、數(shù)字濾波功能、輸出功能、數(shù)字通訊功能等等都能夠容易地實(shí)現(xiàn)。因此，在線密度補(bǔ)償己經(jīng)成為蒸汽計(jì)量?jī)x表一種*的基本功能而被廣泛的使用。

    1、飽和蒸汽在線密度補(bǔ)償。

    飽和蒸汽的溫度與壓力之間有著嚴(yán)格的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。飽和蒸汽的密度可以是其溫度或者是其壓力的單一函數(shù)。根據(jù)飽和蒸汽的溫度值或者是壓力值的大小，通過查表法或公式計(jì)算法（IFC1967或IAPW-1997）可得到實(shí)時(shí)密度值。

    在流量測(cè)量中，可選擇溫度補(bǔ)償或壓力補(bǔ)償型渦街流量計(jì)實(shí)現(xiàn)。至選擇帶有溫度補(bǔ)償功能的渦街流量計(jì)即可。開啟流量計(jì)溫度傳感器，實(shí)時(shí)檢測(cè)所測(cè)蒸汽溫度，從而得到對(duì)應(yīng)密度值。

    2、過熱蒸汽在線密度補(bǔ)償

    過熱蒸汽是將飽和蒸汽進(jìn)行再加熱后獲得的一種具有特殊品質(zhì)的蒸汽。它打破了飽和蒸汽所固有的溫度與壓力嚴(yán)格一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。在流量測(cè)量過程中可以將過熱蒸汽作為單一介質(zhì)看待。過熱蒸汽的密度是其溫度和壓力的綜合函數(shù)。在渦街流量計(jì)訂購(gòu)時(shí)要選擇溫度、壓力補(bǔ)償型。在實(shí)際使用時(shí)，同時(shí)開啟溫度、壓力傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量蒸汽溫度、壓力值，密度值可以根據(jù)過熱蒸汽密度表或密度計(jì)算公式準(zhǔn)確計(jì)算獲得。

   三、一次性補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)方法

    首先確定蒸汽的工作參數(shù)—溫度和壓力，根據(jù)工作參數(shù)確定蒸汽工作狀態(tài)下的密度，將該密度作為將來流量測(cè)量過程中蒸汽的*密度進(jìn)行孔板計(jì)算。在工作中不再對(duì)蒸汽的實(shí)際變化進(jìn)行補(bǔ)償或修正，這就是所謂的一次性計(jì)算補(bǔ)償法。

    如果在運(yùn)行中，蒸汽的工作參數(shù)與設(shè)計(jì)時(shí)的設(shè)定值保持一致，蒸汽流量測(cè)量的準(zhǔn)確性是可以得到保證的。如果實(shí)際工作條件下參數(shù)有所偏離，甚至偏離很大，則測(cè)量結(jié)果的偏差就可能很大。

    一次性補(bǔ)償方法，在自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)發(fā)展初期所采用的計(jì)量方式，測(cè)量結(jié)果誤差大，可作為粗略計(jì)量使用。這樣的設(shè)計(jì)手段在目前廣泛流行的流量節(jié)流裝置設(shè)計(jì)手冊(cè)中仍然在使用。

    四、渦街流量計(jì)實(shí)際應(yīng)用的中的密度補(bǔ)償

    1、渦街流量計(jì)測(cè)量原理

    渦街流量計(jì)是應(yīng)用流體振蕩原理來測(cè)量流量的，流體在管道中經(jīng)過渦街流量傳感器時(shí)，在三角柱的漩渦發(fā)生體后上下交替產(chǎn)生正比于流速的兩列旋渦，旋渦的釋放頻率與流過漩渦發(fā)生體的流體平均速度及漩渦發(fā)生體特征寬度有關(guān)，可用下式表示：f=St?v/d

    式中：f—旋渦釋放頻率，??????

    ν—流過漩渦發(fā)生體的流體平均速度，m/s；

    d—旋渦發(fā)生體特征寬度，m

    St—為斯特羅哈數(shù)，無(wú)量綱。

    St的數(shù)值范圍為0.14-0.27。St是雷諾數(shù)的函數(shù)，St=f（1/Re）。當(dāng)雷諾數(shù)Re在20000一7000000范圍內(nèi)，St值約為0.2，因此，在測(cè)量中，要盡量滿足流體的雷諾數(shù)在20000-7000000，旋渦頻率f=0.2v/d。

    由此可知，通過測(cè)量旋渦頻率就可以計(jì)算出流過漩渦發(fā)生體的流體平均速度v，再由公式QV=vA可以求得流量QV，其中，A為流體流過漩渦發(fā)生體的截面積，zui終得到體積流量公式：

    QV=πD²df/4Sr

    當(dāng)旋渦在發(fā)生體兩側(cè)產(chǎn)生時(shí)，利用壓電傳感器測(cè)處于流體流向垂直的交變升力變化，將升力的變化轉(zhuǎn)換為電的頻率信號(hào)，再將頻率信號(hào)進(jìn)行放大和整形，輸出體積流量值到二次儀表，進(jìn)行累積并顯示。

    2、渦街流量計(jì)密度補(bǔ)償方法。

    渦街流量計(jì)要實(shí)現(xiàn)在線密度補(bǔ)償，有兩種方式可實(shí)現(xiàn)。

    一種是通過分別安裝溫度、壓力儀表和智能積算儀與渦街流量計(jì)組合實(shí)現(xiàn)流量在線溫壓補(bǔ)償，第二種是通過溫壓補(bǔ)償型渦街流量計(jì)來實(shí)現(xiàn)。

    （1）渦街流量計(jì)集成溫度、壓力、頻率傳感器，以實(shí)現(xiàn)溫度、壓力、頻率實(shí)時(shí)檢測(cè)。溫度、壓力、頻率信號(hào)通過自身轉(zhuǎn)換器進(jìn)行信號(hào)處理、補(bǔ)償運(yùn)算，來減小測(cè)量誤差。在孔板流量計(jì)測(cè)量蒸汽流量時(shí)，通常采用分別安裝溫度、和壓力儀表來進(jìn)行溫度壓力補(bǔ)償可解決上述問題。但在渦街流量計(jì)應(yīng)用于蒸汽計(jì)量中，不必那么麻煩，可通過選購(gòu)集溫度、壓力補(bǔ)償功能于一體的渦街流量計(jì)完成溫壓補(bǔ)償要求，輸出的流量便是度更高的補(bǔ)償后的質(zhì)量流量值。

    （2）軟件功能修正。渦街流量計(jì)一旦出廠后，體積流量只與測(cè)量頻率有關(guān)，但實(shí)際蒸汽計(jì)量中要求記錄質(zhì)量流量，根據(jù)公式QM=QV?ρOP

    可知，實(shí)際測(cè)量應(yīng)用中，必須知道實(shí)時(shí)密度方可實(shí)現(xiàn)質(zhì)量測(cè)量。可見，實(shí)時(shí)密度檢測(cè)是關(guān)鍵。渦街流量計(jì)軟件中做有兩種模型密度修正辦法：

    飽和蒸汽：溫度查密度表；

    過熱蒸汽：溫度、壓力查密度表；

    兩種模型是針對(duì)測(cè)量蒸汽用，它是將蒸汽密度表格直接做到軟件中，只要知道介質(zhì)溫度、壓力，就進(jìn)行密度查詢，并結(jié)合測(cè)體積流量進(jìn)行自動(dòng)計(jì)算，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量流量檢測(cè)。

    五、結(jié)束語(yǔ)

    在實(shí)際蒸汽計(jì)量應(yīng)用中，蒸汽的計(jì)量大多采用渦街和孔板流量計(jì)兩種計(jì)量?jī)x表，但要做到計(jì)量，必須進(jìn)行在線密度補(bǔ)償。飽和蒸汽采用溫度或壓力補(bǔ)償，溫度補(bǔ)償較壓力補(bǔ)償更節(jié)省投資，過熱蒸汽則采用溫度、壓力同時(shí)參與補(bǔ)償。選用合適的補(bǔ)償方式，可使計(jì)量誤差消除或降到很小。