流量計在蒸汽計量中的應用

介質的的概括

蒸汽是使用最為廣泛的載熱工質，是重要的二次能源，其廣泛應用于電力、冶煉、鋼鐵、汽車、紡織印染、化纖、食品、醫藥等領域。作為各行業的重要能源，蒸汽流量的準確測量對節省能源提高企業經濟效益等方面有著重要的意義。
    蒸汽受溫度和壓力變化影響分為飽和蒸汽和過熱蒸汽，其流量的測量受蒸汽密度影響比較大，故在測量蒸汽流量時需要進行溫度壓力補償（飽和蒸汽可對溫度或壓力進行單一補償）。
    目前，用于蒸汽流量測量的流量儀表主要有渦街流量計和差壓式流量計。由于差壓式流量計壓損大、維護量大、精度等級低等逐漸被用戶淘汰，相比較而言用渦街流量計測量蒸汽流量優勢明顯。

飽和蒸汽計量系統

    未經過熱處理的蒸汽稱為飽和蒸汽。它是無色、無味、不能燃燒又無腐蝕性的氣體。飽和蒸汽中液滴或液霧的含量反映了蒸汽的質量，一般用干度這一參數來表示。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。
飽和蒸汽計量系統有如下特點 ：

①飽和蒸汽的溫度與壓力之間一一對應，二者之間只有一個獨立變量。
②飽和蒸汽容易凝結，在傳輸過程中如有熱量損失，并導致溫度與壓力的降低。嚴格來說，飽和蒸汽或多或少都含有液滴或液霧的雙相流體，所以，不同狀態下不能用同一氣體狀態方程式來描述。
③準確計量飽和蒸汽流量比較困難，因為飽和蒸汽的干度難以保證，一般流量計都不能準確檢測雙相流體的流量，蒸汽壓力波動將引起蒸汽密度的變化，流量計示值產生附加誤差。所以在蒸汽計量中，必須設法保持測量點處蒸汽的干度以滿足要求，必要時還應采取補償措施，實現準確的測量。

飽和蒸汽計量系統安裝示意圖

飽和蒸汽計量系統安裝示意圖一（壓力溫度雙補償）

飽和蒸汽計量系統安裝示意圖一（壓力補償）

渦街流量計+溫度傳感器+壓力傳感器 現場安裝圖

過熱蒸汽計量系統

    過熱蒸汽是比較特殊的介質，一般情況下所說的蒸汽是指過熱蒸汽。過熱蒸汽是常見的動力能源，常用來帶動汽輪機旋轉，進而帶動發電機或離心式壓縮機工作。過熱蒸汽是由飽和蒸汽加熱升溫獲得，其中絕不含液滴或液霧，屬于實際氣體。過熱蒸汽的溫度與壓力參數是兩個獨立參數，其密度應由這兩個參數決定?？捎蛇^熱蒸汽密度表查得。過熱蒸汽在經過長距離輸送后，隨著工況(如溫度、壓力等)的變化，特別是在過熱度不高的情況下，會因為熱量損失溫度降低而使其從過熱狀態進入飽和或過飽和狀態，轉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，液體出現絕熱膨脹時也會轉變成為過熱蒸汽，這樣就形成汽液兩相流介質。

過熱蒸汽計量系統安裝示意圖

過熱蒸汽計量系統安裝示意圖一（孔板流量計+溫度壓力補償型）

過熱蒸汽計量系統安裝示意圖一（高溫渦街流量計+溫度壓力補償型）

測量的分析

     目前使用流量儀表測量蒸汽流量，測量介質都是指單相的過熱蒸汽或飽和蒸汽。對于相流經常變化的蒸汽，肯定會存在測量不準確的問題。這個問題的解決方法是保持蒸汽的過熱度，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，以提高蒸汽測量的準確度。然而這些方法并不能徹底解決蒸汽流量測量不準確的問題，解決這一問題的根本辦法是開發一種可測兩相流動介質的流量儀表。
   當蒸汽的工作狀態偏離設計狀態，流量示值將產生誤差。對流量測量也產生影響，所以蒸汽流量的測量需要采取補償措施，并且因蒸汽的狀態變化補償因素也比較復雜。過熱蒸汽的密度由蒸汽的溫度、壓力兩個參數決定，而且在參數的不同范圍內，密度的表達形式也不相同，無法用同一通式表示，所以不能獲得統一的密度計算公式，只能個別推導求得溫度、壓力補償公式。在溫度、壓力波動范圍較大的場合，除進行溫度、壓力補償外，還需要考慮對氣體膨脹系數的補償。
 無論采用何種流量計檢測飽和蒸汽的流量，在蒸汽壓力波動的條件下工作，必須采取壓力補償措施，這是因為在流量方程中，都含有蒸汽密度的因素，工作條件與設計條件不一致時，讀數會產生誤差，誤差的大小和工作壓力與設計壓力偏差的大小有關，P實>P設將出現負誤差，否則將出現正誤差。蒸汽的干度條件是關系到能否準確計量蒸汽流量的重要條件，目前正在研制在線蒸汽干度檢測儀表，待干度儀表應用于蒸汽流量計量與補償系統，必將進一步提高計量的準確性。目前應采取以下三項措施：

(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，在管道的最低處及儀表前的管道上應設置疏水器，及時排出冷凝水。

(3)鍋爐操作中應避免出現汽包液位過高現象，盡量減少負荷出現大的波動。

飽和蒸汽流量儀表的選型對比

    目前，工業用流量儀表種類多達60余種，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。而歷史上還沒有一種對任何流體、任何量程、任何流動狀態以及任何使用條件都適用的流量儀表，任何流量儀表都有它特定的適用性，也有其局限性。如果流量儀表選擇不當，流量肯定測量不準。但流量測量是一種復雜的技術，而流量儀表種類繁多，即使針對某一確定的應用，選擇一款合適的流量儀表也就變成一項技術性很強的工作，需要在做出最終選擇之前仔細而深入地考慮和權衡許多與測量問題有關的因素。因此，儀表的正確選型是儀表正常使用的關鍵，實際應用中，太多的故障是由于儀表的選型不合理造成的，詳細了解現場應用的工況條件及介質參數，選擇合適的壓力，溫度，防護，防爆等級及材質，結構方式，以保證儀表能運行在最佳狀態。

    蒸汽計量在選擇流量儀表時應考慮5個主要因素：測量方法、性能要求和儀表規范、被測流體特性、環境條件、經濟條件(購置費用、安裝費用、運行費用、校驗費用、維護費用)。在我們的實際工作中，無論工礦企業上是用于生產的集中供熱工作中，使用最多的是孔板式(噴嘴式)流量計和渦街流量計，在此以這兩種流量計為例加以比較說明：

差壓式流量計

差壓式流量計是由安裝于管道中的流量檢測件(即產生差壓裝置，簡稱一次儀表)產生的差壓，已知的流體條件和一次儀表與管道的幾何尺寸來計算流量的儀表，由差壓裝置、引壓管和差壓計三部分組成。這種以孔板流量計為代表的差壓式流量計應用歷史悠久、標準化程度高，應用十分普遍，可不必實流標定、差壓顯示儀表的標準化以及系列化和通用化程度高、理論精度高、應用范圍廣和適應性強、初始投資費用低。但經過實際應用，發現孔板流量計也存在不足：

①應用中許多因素(設計參數與工況參數不符，上游直管段長度不足，孔板和管道不同心，孔板A面受污，銳角磨損等)對其測量精度有非常大的影響，使其測量誤差增大，致使精確度降低。特別是要經常對差壓變松器進行校驗，以保證零點的準確，并經常對三通閥門進行檢查，防止發生堵塞而導致的計量失準。
 ②安裝工程量大，較為麻煩，且要求高，需經常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，另需敷設導壓管，且在冬季需對導壓管進行保溫，不可以安裝在室外。
 ④流量量程比為1∶3～1∶4范圍度低，對小流量的測量困難，流量范圍窄。
 ⑤壓力損失較大，刻度非線性，運行費用高。

LGK系列孔板流量計+P31系列差壓變送器+P21系列高溫型壓力變送器+XSR22中文型流量積算儀+鎧裝熱電阻(不用于積算，用于參考)
LGV系列V錐流量計+P31系列差壓變送器+P21系列高溫型壓力變送器+XSR22中文型流量積算儀+鎧裝熱電阻(不用于積算，用于參考

渦街流量計

渦街流量計是基于卡門渦街原理而研制成功的一種新型流量計。70至80年代是渦街流量計迅速發展時期，開發出眾多類型阻流體及檢測性的渦街流量計，并大量投放市場。我國渦街在發展高峰期，曾達到數十家，應該說，渦街流量計尚屬發展中的產品，但由于它具有其它流量計不可兼得的優點，使用渦街流量計的比例大幅度上升，已經廣泛用于各個領域，將在未來流量儀表中占主導地位，是孔板流量計的理想替代產品。

它具有以下特點：
 ①結構簡單牢固，測量部分無可動部件，長期運行十分可靠。
 ②維護量少且維護十分方便，安裝費用低。
 ③輸出與流量成正比的脈沖信號，無零點漂移，精度高，并方便與計算機聯網。
 ④應用范圍廣，適用于各種氣體、蒸汽和液體的流量測量。
 ⑤流量測量范圍寬，量程比可達1∶10。
 ⑥壓力損失小，運行費用低，更具節能意義。
 ⑦在一定的雷諾數范圍內，輸出信號頻率不受流體物理性質和組分變化影響，儀表系數僅與漩渦發生體的形狀和尺寸有關，測量流體的體積流量無需補償，調換配件后無需重新標定儀表的系數。
 但該流量計也存在一定的局限性
 ①渦街流量計是一種速度式流量計，漩渦分離的穩定性受流速影響，故它對直管段有一定的要求，一般是前10D、后5D。
 ②測量液體時，上限流速受壓損和氣蝕現象限制，一般是(0.5-8)m/s。
 ③測量氣體時，上限流速受介質可壓縮性變化的限制，下限流速受雷諾數和傳感器靈敏度的限制，蒸汽是(8-25)m/s。
 ④應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應力式渦街流量計采用壓電晶體作為檢測傳感器，故其受溫度的限制，一般為(-40-+350)℃，測量溫度不高于400℃，否則探頭極易因老化而失準。
 ⑥抗電磁干擾和射頻干擾差。
 ⑦當流體介質為兩相流或者脈動流時對測量有影響。

LUGB系列渦街流量計(250度以下)+P21系列高溫型壓力變送器+XSRSS中文型流量積算儀+鎧裝熱電阻(用于參考，不用于積算)