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由于蒸汽的特殊性．在計(jì)量方面存在諸多困難．長期以來一直是我公司計(jì)量工作中的老大難問題目前．我公司蒸汽流量測量主要采用的還是標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置（差壓式流量計(jì)）這一傳統(tǒng)的測量手段，常規(guī)差壓式流量計(jì)在蒸汽測量方面還有很多不足．主要體現(xiàn)在測量范圍小、壓損大，現(xiàn)場安裝、維護(hù)復(fù)雜、檢定周期短等方面尤其是測量范圍小的缺點(diǎn)．在熱負(fù)荷變化大的情況下將使計(jì)量誤差大大增加目前。通過現(xiàn)代技術(shù)手段．可以較好地解決這些問題。下面針對(duì)蒸汽流量計(jì)量存在的問題進(jìn)行分析．并提出一套合理的蒸汽流量計(jì)量器具配備方案。
一、蒸汽流量計(jì)量面臨的問題
1．寬量程問題
我們都知道．引起差壓式流量計(jì)誤差因素雖然很多．但諸如直管段條件、安裝條件等都可通過設(shè)計(jì)與施工予以保證但在蒸汽輸送過程中．實(shí)際流量范圍往往無法準(zhǔn)確確定，在熱負(fù)荷變化大的情況下．使流量計(jì)長時(shí)間工作在測量范圍以外．這樣就造成了很大的測量誤差。因此，在設(shè)計(jì)差壓式蒸汽流量計(jì)量系統(tǒng)時(shí)．應(yīng)考慮使用具有寬量程補(bǔ)償運(yùn)算功能的計(jì)量系統(tǒng)，對(duì)節(jié)流件流出系數(shù)C、可膨脹性系數(shù)等中間參數(shù)的實(shí)時(shí)計(jì)算是解決寬量程的關(guān)鍵
差壓式流量計(jì)流量計(jì)算公式為

式中：q——體積流量，m3/s；C——流出系數(shù)；ε——可膨脹性系數(shù)；d——節(jié)流件開孔直徑，m；；β——直徑比β=d／O，D為管道內(nèi)徑）；ρ1——被測流體密度，kg/m；△p——差壓，Pa。
其中：按GB／T2624—2006（（用安裝在圓形截面管道中的差壓裝置測量滿管流體流量》孔板流出系數(shù)C的計(jì)算式為

式中：k——等熵指數(shù)；P1、p2——節(jié)流件前后的壓力，Pa。
傳統(tǒng)的差壓式流量計(jì)是將流出系數(shù)C和可膨脹性系數(shù)ε視為定值（C和ε由專門的節(jié)流裝置設(shè)計(jì)計(jì)算軟件計(jì)算得到）．置人現(xiàn)場的流量積算儀。圖1是一臺(tái)孔板流出系數(shù)曲線：

時(shí)，其不確定度為1.5％，遠(yuǎn)不能滿足用于貿(mào)易結(jié)算的一級(jí)表對(duì)不確定度的要求。同樣，可膨脹性ε系數(shù)在超測量范圍情況下．所引起的測量不確定度更不容忽視，例如，一臺(tái)角接取壓孔板流量計(jì)（D=100mm，β=0．5）測量過熱蒸汽（壓力=4MPa，溫度=400℃，Re。在2.8x10～28x10（介質(zhì)流速：5.2m/s~52m/s）范圍內(nèi)，可膨脹ε系數(shù)占的不確定度為3.0％。因此，要實(shí)現(xiàn)寬量程測量．就必須對(duì)流出系數(shù)C和可膨脹性系數(shù)ε進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算

由式（2）可以看出流出系數(shù)C的計(jì)算很復(fù)雜。相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)給出了計(jì)算流出系數(shù)C的迭代方法．所以流量積算儀表必須具有高速、高精度的運(yùn)算功能和比較大的存貯空間．以完成這些復(fù)雜的中間參數(shù)的補(bǔ)償運(yùn)算。
智能化寬量程的差壓變送器和補(bǔ)償功能更為完善的流量計(jì)算機(jī)的問世．使我們能擁有寬量程的智能化差壓式流量計(jì)成為可能。歸納起來它應(yīng)具備以下條件：
1．智能化的寬量程差壓變送器（差壓范圍為100：1）：2．差壓變送器與流量計(jì)算機(jī)之間數(shù)字通信（如Hart協(xié)議）除能滿足全量程差壓信號(hào)傳遞的準(zhǔn)確性．而且能夠自動(dòng)遷移測量范圍：3．流量計(jì)算機(jī)可根據(jù)溫度、壓力等工況參數(shù)實(shí)時(shí)計(jì)算流出系數(shù)C、可膨脹性系數(shù)ε等，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)工況流量進(jìn)行修正。符合上述條件的寬量程智能化差壓式流量計(jì)．在滿足準(zhǔn)確度同時(shí)．流量測量范圍可真正達(dá)到10：1．必要時(shí)可采用具有自動(dòng)切換功能的雙差壓變送器系統(tǒng)．以克服低差壓信號(hào)所引起的誤差．并進(jìn)一步拓寬測量范圍差壓式流量計(jì)的這一飛躍是多項(xiàng)技術(shù)進(jìn)步的成果．它改變了人們對(duì)傳統(tǒng)差壓式流量計(jì)的認(rèn)識(shí)
2．蒸汽密度問題
對(duì)于蒸汽的流量測量．人們都知道要進(jìn)行壓力和溫度補(bǔ)償?shù)怯捎趯?duì)蒸汽性質(zhì)的復(fù)雜程度了解不夠，在整套測量系統(tǒng)中，往往只重視差壓、溫度、壓力信號(hào)的準(zhǔn)確與否．并盡量使用高精度的變送器．而忽略了密度在測量中的重要地位．從式（1）
中可以看出．密度與差壓在測量中是處于同等地位的。和一般通用氣體相比，在計(jì)算水蒸氣流量時(shí)有3個(gè)難點(diǎn)：
（1）密度的確定。水蒸氣的性質(zhì)與理想氣體大不相同，應(yīng)視為實(shí)際氣體。蒸汽的物理性質(zhì)較理想氣體要復(fù)雜得多．故不能用簡單的數(shù)學(xué)式子加以描述．在以往的工程計(jì)算中．凡涉及蒸汽的狀態(tài)參數(shù)數(shù)值。大都從蒸汽表中查出。把蒸汽參數(shù)表裝入儀表中．?dāng)?shù)據(jù)量很大。
（2）蒸汽在應(yīng)用過程中由于參數(shù)的變化，會(huì)發(fā)生狀態(tài)變化。如過熱蒸汽變?yōu)轱柡驼羝?，飽和蒸汽變?yōu)檫^熱蒸汽。所以必須先判別蒸汽的狀態(tài)（是飽和蒸汽還是過熱蒸汽）．再查不同的數(shù)表或用不同的公式計(jì)算
（3）欠飽和蒸汽含有飽和水，是兩相流。要準(zhǔn)確測量蒸汽流量還必須知道干度。而干度測量難度很大，國外已有一些研究成果．但未見普遍推廣應(yīng)用．國內(nèi)目前仍處于研究階段通常有以下兩種蒸汽密度的確定方法：①查表法：把蒸汽密度表裝入計(jì)算機(jī)中，根據(jù)工況的溫度、壓力，從表中查出相應(yīng)的密度值。目前，流量類二次顯示儀表（系統(tǒng)）中蒸汽流量密度的計(jì)算，有相當(dāng)數(shù)量的儀表采用的是簡單的數(shù)學(xué)表達(dá)式或單一對(duì)應(yīng)查表法（只根據(jù)溫度或壓力，缺乏狀態(tài)判斷），其準(zhǔn)確度往往不能滿足要求。
（3）欠飽和蒸汽含有飽和水，是兩相流。要準(zhǔn)確測量蒸汽流量還必須知道干度。而干度測量難度很大，國外已有一些研究成果．但未見普遍推廣應(yīng)用．國內(nèi)目前仍處于研究階段通常有以下兩種蒸汽密度的確定方法：
①查表法：把蒸汽密度表裝入計(jì)算機(jī)中，根據(jù)工況的溫度、壓力，從表中查出相應(yīng)的密度值。目前，流量類二次顯示儀表（系統(tǒng)）中蒸汽流量密度的計(jì)算，有相當(dāng)數(shù)量的儀表采用的是簡單的數(shù)學(xué)表達(dá)式或單一對(duì)應(yīng)查表法（只根據(jù)溫度或壓力，缺乏狀態(tài)判斷），其準(zhǔn)確度往往不能滿足要求。
②計(jì)算法：
a．自己擬合公式（或者出版物給出的公式）。
b．烏卡諾維奇公式
c．IFC1967公式
目前．我公司蒸汽計(jì)量中密度的確定方法是上述兩種情況并存：進(jìn)出公司及二級(jí)單位的蒸汽計(jì)量大多采用二次表查表法．而二級(jí)單位內(nèi)部蒸汽計(jì)量由于多數(shù)未使用二次表（大多在DCS上進(jìn)行密度補(bǔ)充），使用計(jì)算法較多，且采用的公式也未統(tǒng)一，計(jì)算出的密度的不確定度較大。
3．能量計(jì)量問題
我公司能源結(jié)構(gòu)復(fù)雜．能源分布縱橫交錯(cuò)。尤其是蒸汽．涉及多種能級(jí)．以往蒸汽流量測量采用間接式質(zhì)量測量法（單位：t/h）。但是蒸汽在其生產(chǎn)和輸送過程中，溫度、壓力狀態(tài)的變化是難以避免的，加上季節(jié)、天氣和用戶負(fù)荷變化的影響．其品質(zhì)即所含實(shí)際熱焓因輸送距離的長短而不同．這就使蒸汽計(jì)量容易失準(zhǔn)，尤其是對(duì)蒸汽的末端用戶影響較大。不同狀態(tài)下等質(zhì)量的蒸汽含有的熱能相差很大。例如：在壓力0．8MPa、溫度200oC條件下的過熱蒸汽，每公斤所含的熱能為2838．6千焦：在壓力0．8MPa、溫度220℃條件下的過熱蒸汽．每公斤所含的熱能為2884．2kJ．二者相差1．6％所以．以質(zhì)量為蒸汽的結(jié)算單位不能真實(shí)反映蒸汽的價(jià)值。因此．以能量作為蒸汽的結(jié)算單位．也得到了廣大蒸汽的生產(chǎn)和使用單位的響應(yīng)．呼吁國家出臺(tái)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)以進(jìn)一步科學(xué)地規(guī)范蒸汽計(jì)量然而。改動(dòng)貿(mào)易計(jì)量單位是一個(gè)十分復(fù)雜的問題．非短時(shí)間內(nèi)所能成就。但先在企業(yè)內(nèi)部推行蒸汽的能量計(jì)量在技術(shù)層面上是可行的．在管理層面將是一項(xiàng)十分有益的實(shí)踐。針對(duì)我公司蒸汽計(jì)量現(xiàn)狀，通過完善蒸汽計(jì)量系統(tǒng)的溫壓補(bǔ)償并更換計(jì)量系統(tǒng)（二次）累計(jì)單元，可實(shí)現(xiàn)蒸汽計(jì)量單位由質(zhì)量向能量的轉(zhuǎn)換，對(duì)我公司裝置能耗的考核也將更為科學(xué)、合理。
4．非標(biāo)準(zhǔn)差壓式流量計(jì)
為克服差壓式流量計(jì)的自身弱點(diǎn)．儀表研制者進(jìn)行了多種嘗試．制造出了各種非標(biāo)準(zhǔn)差壓式流量計(jì)．如阿牛巴、V錐、彎管流量計(jì)等，它們各具特點(diǎn)。但由于它們不能像標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流件一樣．有成熟且通行的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)支持．其流出系數(shù)、流束可膨脹性系數(shù)都必須通過實(shí)流標(biāo)定獲得（所謂實(shí)流標(biāo)定一般是指在沒有標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)定的情況下．被測介質(zhì)和實(shí)驗(yàn)介質(zhì)應(yīng)為同一介質(zhì)．即測量蒸汽的儀表應(yīng)使用蒸汽進(jìn)行標(biāo)定）．否則．容易產(chǎn)生貿(mào)易計(jì)量糾紛。我公司芳烴廠前幾年引進(jìn)了一些阿牛巴流量計(jì)測量蒸汽．在解決低差壓（小流量）輸出指示的同時(shí)。卻存在著在全量程測量方面還缺少足夠的手段驗(yàn)證問題．沒有從根本上解決計(jì)量糾紛。這也是非標(biāo)準(zhǔn)差壓式流量計(jì)發(fā)展、應(yīng)用過程中的一個(gè)縮影。
二、蒸汽流量計(jì)量儀表配備方案
1．一套合理、*的蒸汽計(jì)量系統(tǒng)應(yīng)該具有以下特征
（1）現(xiàn)場儀表符合準(zhǔn)確度要求、免維護(hù)、故障率低、穩(wěn)定性好、檢定周期長。
（2）補(bǔ)償功能完善且補(bǔ)償?shù)乃惴ǚ舷嚓P(guān)標(biāo)準(zhǔn)。
（3）具有較寬的測量范圍。
（4）具有歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、事件報(bào)警等管理功能。
（5）便于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化。
（6）具有能量計(jì)量的功能。
2．一次儀表配備方案
標(biāo)準(zhǔn)孔板的一個(gè)缺點(diǎn)是入口直角銳利度在流體沖刷下易發(fā)生鈍化．在孔板連續(xù)使用2～3個(gè)月時(shí)，鈍化引起流出系數(shù)偏度在1％3％．個(gè)別嚴(yán)重的在4％以上目前．解決標(biāo)準(zhǔn)孔板鈍化問題的方法是采用標(biāo)準(zhǔn)噴嘴．同樣是按標(biāo)準(zhǔn)（1S05167—2003E、GB/T2624—2006）設(shè)計(jì)、制造，無需實(shí)流標(biāo)定，由于噴嘴的入口為光滑曲面．不易磨損（見圖2）。它的流出系數(shù)非常穩(wěn)定．檢定周期長達(dá)4年（孔板檢定周期是1年）。
我公司蒸汽外管網(wǎng)流量計(jì)經(jīng)過20多年的時(shí)間的長期運(yùn)行．孔板老化磨損嚴(yán)重．影響了蒸汽計(jì)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確率．給公司蒸汽平衡帶來很大困難。2010年利用公司全面停車大修契機(jī)，對(duì)電廠蒸汽流量計(jì)全面改造，外管網(wǎng)中壓蒸汽2#、低壓蒸汽4#、5#、6#、7#、8#、10#蒸汽流量計(jì)量一次儀表均由原來的孔板更換成了一體化噴嘴流量計(jì)．并配套溫度、壓力變送器進(jìn)行溫度、壓力補(bǔ)償．有效提高了計(jì)量系統(tǒng)的{貝4量準(zhǔn)確度。
公司大修后電廠外供蒸汽管網(wǎng)甜、5#、6#、7#、8#（串聯(lián)使用）計(jì)量數(shù)據(jù)由6月份的92751t上升至9月份的190953t．考慮季節(jié)因素引起的工藝生產(chǎn)用汽量變化．噴嘴在相同流量和相同值條件下，阻力損失明顯比孔板減?。▋H為孔板的50％～60％），減小能耗，避免了供汽損失長期運(yùn)行情況表明．由于噴嘴在結(jié)構(gòu)上的優(yōu)勢(shì)具有耐沖擊抗變形的優(yōu)點(diǎn)，適應(yīng)于高溫、高壓、高流速介質(zhì)。

差壓式流量計(jì)的系統(tǒng)構(gòu)成比較復(fù)雜．有較長的引壓管，容易阻塞。冬季運(yùn)行還需對(duì)引壓管、冷凝系統(tǒng)進(jìn)行保溫、伴熱，稍有不慎便造成故障，且儀表的維護(hù)工作量大，噴嘴流量計(jì)也不例外。一體化噴嘴很好地解決了上述問題．它將節(jié)流件和差壓變送器做成一體．并裝有防凍隔離器．不僅縮短了引壓管線．還省去了冷凝和排污系統(tǒng)，使系統(tǒng)構(gòu)成簡單，無需保溫供熱，在減少維護(hù)量的同時(shí)，也節(jié)省了能源。
3．一體化噴嘴的特點(diǎn)
（1）采用標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流件，測量準(zhǔn)確度有依據(jù)。
（2）采用防凍隔離技術(shù)，冬季運(yùn)行無須伴熱，維護(hù)量少
（3）噴嘴節(jié)流件阻力損失?。ㄍ瑯恿髁肯聻橄嗤悼装宓?O％左右）。
（4）沒有孔121鈍化的問題，耐沖擊不易變形。系數(shù)穩(wěn)定，檢定周期長（2年）。
（5）配置智能型差壓變送器，流量測量范圍度可達(dá)10：1或更寬：雖然量程范圍仍不及渦街流量計(jì)．但其抗振性和耐高溫上限均優(yōu)于渦街流量計(jì)
（6）安裝簡便
由于具有上述優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)．一體化噴嘴流量計(jì)在蒸汽汁量中占有越來越重要的地位據(jù)統(tǒng)計(jì)。我公司蒸汽計(jì)量用表有80％以上的仍采用標(biāo)準(zhǔn)孔板節(jié)流裝置，建議公司今后逐步將標(biāo)準(zhǔn)孔板更換成一體化噴嘴流量計(jì)
4．二次儀表配備方案
如前文所述．由于蒸汽自身的特點(diǎn)和其測量過程的復(fù)雜性．蒸汽計(jì)量系統(tǒng)二次儀表配備應(yīng)*流量計(jì)算機(jī)式二次儀表流量計(jì)算機(jī)應(yīng)具有以下功能：
（1）依據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與建議、國家與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)．針對(duì)不同介質(zhì)和流量計(jì)類型建立了多種數(shù)學(xué)模型和相應(yīng)計(jì)算軟件．可以計(jì)算蒸汽質(zhì)量流量和能量流量。
（2）對(duì)節(jié)流式流量計(jì)的流出系數(shù)C、可膨脹性系數(shù)ε等參數(shù)作為動(dòng)態(tài)量進(jìn)行實(shí)時(shí)逐點(diǎn)運(yùn)算以實(shí)現(xiàn)寬量程。
（3）具有歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、報(bào)警記錄、儀表斷電、修改參數(shù)設(shè)置等審計(jì)記錄功能．即使網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)發(fā)生故障．流量計(jì)量數(shù)據(jù)也會(huì)存儲(chǔ)在其中不至于丟失。
（4）品牌的流量計(jì)算機(jī)所使用的流量計(jì)算軟件已通過國家部門認(rèn)證
（5）流量計(jì)算機(jī)具有強(qiáng)大的通訊功能，對(duì)現(xiàn)場儀表除可適配（4～20）mA信號(hào)、脈沖信號(hào)外。還可以適配,HART、Modbus等數(shù)字信號(hào)；對(duì)上位機(jī)可采用包括程控網(wǎng)、以太網(wǎng)等方式構(gòu)成計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)．實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)督管理和建立集散式計(jì)量管理系統(tǒng)。
目前．我公司蒸汽流量計(jì)量尚有很多點(diǎn)位采用DCS公式計(jì)算或定點(diǎn)補(bǔ)償，對(duì)照前文，缺點(diǎn)無需贅述：但在貿(mào)易交接的計(jì)量點(diǎn)上．已基本采用流量計(jì)算機(jī)進(jìn)行補(bǔ)償，優(yōu)勢(shì)也已體現(xiàn)。需要指出的是，公司內(nèi)部部分B、C級(jí)計(jì)量點(diǎn)位采用的簡配流量計(jì)算機(jī)不具備對(duì)流量計(jì)的流出系數(shù)C、流束可膨脹系數(shù)、壓縮系數(shù)Z等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)逐點(diǎn)運(yùn)算的能力．甚至部分流量計(jì)算機(jī)所使用的流量計(jì)算軟件也沒有通過國家部門認(rèn)證，更不用說具備能量換算的功能。建議在公司進(jìn)行蒸汽計(jì)量交接單位轉(zhuǎn)換為能量的過程中一并予以解決
四、結(jié)束語
用一體化噴嘴取代標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)．二次儀表采用流量計(jì)算機(jī)補(bǔ)償．可以克服傳統(tǒng)孔板流量計(jì)計(jì)量系統(tǒng)量程小、阻力損失大、容易變形、檢定周期短、系統(tǒng)安裝及維護(hù)復(fù)雜等缺點(diǎn)：輔以完善溫度、壓力補(bǔ)償?shù)拇胧€能實(shí)現(xiàn)蒸汽計(jì)量交接由質(zhì)量向能量的轉(zhuǎn)換，將使裝置能耗考核更為科學(xué)合理一些同行已在此方面做了有益的探索．我公司蒸汽外管網(wǎng)的實(shí)踐同樣表明該措施在蒸汽流量計(jì)量方面已日趨成熟．值得在我公司推廣應(yīng)用