关于蒸汽流量的测量

　　1 过热蒸汽和饱和蒸汽

　　1.1 过热蒸汽

　　蒸汽是比较特殊的介质，一般情况下所说的蒸汽是指过热蒸汽。过热蒸汽是常见的动力能源，常用来带动汽轮机旋转，进而带动发电机或离心式压缩机工作。过热蒸汽是由饱和蒸汽加热升温获得，其中绝不含液滴或液雾，属于实际气体。过热蒸汽的温度与压力参数是两个独立参数，其密度应由这两个参数决定。可由过热蒸汽密度表查得。

　　过热蒸汽在经过长距离输送后，随着工况(如温度、压力等)的变化，特别是在过热度不高的情况下，会因为热量损失温度降低而使其从过热状态进入饱和或过饱和状态，转变成为饱和蒸汽或带有水滴的过饱和蒸汽。饱和蒸汽突然大幅度减压，液体出现绝热膨胀时也会转变成为过热蒸汽，这样就形成汽液两相流介质。

　　1.2 饱和蒸汽

　　未经过热处理的蒸汽称为饱和蒸汽。它是无色、无味、不能燃烧又无腐蚀性的气体。饱和蒸汽中液滴或液雾的含量反映了蒸汽的质量，一般用干度这一参数来表示。蒸汽的干度是指单位体积饱和蒸汽中干蒸汽所占的百分数。

　　饱和蒸汽具有如下特点：①饱和蒸汽的温度与压力之间一一对应，二者之间只有一个独立变量。②饱和蒸汽容易凝结，在传输过程中如有热量损失，并导致温度与压力的降低。严格来说，饱和蒸汽或多或少都含有液滴或液雾的双相流体，所以，不同状态下不能用同一气体状态方程式来描述。③准确计量饱和蒸汽流量比较困难，因为饱和蒸汽的干度难以保证，一般流量计都不能准确检测双相流体的流量，蒸汽压力波动将引起蒸汽密度的变化，流量计示值产生附加误差。所以在蒸汽计量中，必须设法保持测量点处蒸汽的干度以满足要求，必要时还应采取补偿措施，实现准确的测量。

　　2 测量的分析

　　目前使用流量仪表测量蒸汽流量，测量介质都是指单相的过热蒸汽或饱和蒸汽。对于相流经常变化的蒸汽，肯定会存在测量不准确的问题。这个问题的解决方法是保持蒸汽的过热度，尽量减少蒸汽的含水量，例如加强蒸汽管道的保温措施，减少蒸汽的压力损失等，以提高蒸汽测量的准确度。然而这些方法并不能彻底解决蒸汽流量测量不准确的问题，解决这一问题的根本办法是开发一种可测两相流动介质的流量仪表。

　　当蒸汽的工作状态偏离设计状态，流量示值将产生误差。对流量测量也产生影响，所以蒸汽流量的测量需要采取补偿措施，并且因蒸汽的状态变化补偿因素也比较复杂。过热蒸汽的密度由蒸汽的温度、压力两个参数决定，而且在参数的不同范围内，密度的表达形式也不相同，无法用同一通式表示，所以不能获得统一的密度计算公式，只能个别推导求得温度、压力补偿公式。在温度、压力波动范围较大的场合，除进行温度、压力补偿外，还需要考虑对气体膨胀系数的补偿。

　　无论采用何种流量计检测饱和蒸汽的流量，在蒸汽压力波动的条件下工作，必须采取压力补偿措施，这是因为在流量方程中，都含有蒸汽密度的因素，工作条件与设计条件不一致时，读数会产生误差，误差的大小和工作压力与设计压力偏差的大小有关，P实>P设将出现负误差，否则将出现正误差。蒸汽的干度条件是关系到能否准确计量蒸汽流量的重要条件，目前正在研制在线蒸汽干度检测仪表，待干度仪表应用于蒸汽流量计量与补偿系统，必将进一步提高计量的准确性。目前应采取以下三项措施：(1)输送蒸汽的管路必须有良好的保温措施防止热量损失。(2)在蒸汽管路上要逐段疏水，在管道的*低处及仪表前的管道上应设置疏水器，及时排出冷凝水。(3)锅炉操作中应避免出现汽包液位过高现象，尽量减少负荷出现大的波动。

　　3 流量仪表的选型

　　目前，工业用流量仪表种类多达60余种，主要有涡街流量计、差压式(孔板、均速管、弯管)流量计、分流旋翼式流量计、阿牛巴流量计、浮子式流量计等。而历史上还没有一种对任何流体、任何量程、任何流动状态以及任何使用条件都适用的流量仪表，任何流量仪表都有它特定的适用性，也有其局限性。如果流量仪表选择不当，流量肯定测量不准。但流量测量是一种复杂的技术，而流量仪表种类繁多，即使针对某一确定的应用，选择一款合适的流量仪表也就变成一项技术性很强的工作，需要在做出*终选择之前仔细而深入地考虑和权衡许多与测量问题有关的因素。因此，仪表的正确选型是仪表正常使用的关键，实际应用中，太多的故障是由于仪表的选型不合理造成的，详细了解现场应用的工况条件及介质参数，选择合适的压力，温度，防护，防爆等级及材质，结构方式，以保证仪表能运行在*佳状态。

　　蒸汽计量在选择流量仪表时应考虑5个主要因素：测量方法、性能要求和仪表规范、被测流体特性、环境条件、经济条件(购置费用、安装费用、运行费用、校验费用、维护费用)。在我们的实际工作中，无论工矿企业上是用于生产还是石家庄市的集中供热工作中，使用*多的是孔板式(喷嘴式)流量计和涡街流量计，在此以这两种流量计为例加以比较说明：

　　3.1 差压式流量计

　　差压式流量计是由安装于管道中的流量检测件(即产生差压装置，简称一次仪表)产生的差压，已知的流体条件和一次仪表与管道的几何尺寸来计算流量的仪表，由差压装置、引压管和差压计三部分组成。这种以孔板流量计为代表的差压式流量计应用历史悠久、标准化程度高，应用十分普遍，可不必实流标定、差压显示仪表的标准化以及系列化和通用化程度高、理论精度高、应用范围广和适应性强、初始投资费用低。但经过实际应用，发现孔板流量计也存在不足：

　　①应用中许多因素(设计参数与工况参数不符，上游直管段长度不足，孔板和管道不同心，孔板A面受污，锐角磨损等)对其测量精度有非常大的影响，使其测量误差增大，致使**度降低。特别是要经常对差压变送器进行校验，以保证零点的准确，并经常对三通阀门进行检查，防止发生堵塞而导致的计量失准。

　　②安装工程量大，较为麻烦，且要求高，需经常维护及拆洗的工作量较大。

　　③需配差压变送器使用，增加了维护的工作量，另需敷设导压管，且在冬季需对导压管进行保温，不可以安装在室外。

　　④流量量程比为1∶3～1∶4范围度低，对小流量的测量困难，流量范围窄。

　　⑤压力损失较大，刻度非线性，运行费用高。

　　3.2 涡街流量计

　　涡街流量计是基于卡门涡街原理而研制成功的一种新型流量计。70至80年代是涡街流量计迅速发展时期，开发出众多类型阻流体及检测性的涡街流量计，并大量投放市场。我国涡街在发展高峰期，曾达到数十家，应该说，涡街流量计尚属发展中的产品，但由于它具有其它流量计不可兼得的优点，使用涡街流量计的比例大幅度上升，已经广泛用于各个领域，将在未来流量仪表中占主导地位，是孔板流量计的理想替代产品。它具有以下特点：

　　①结构简单牢固，测量部分无可动部件，长期运行十分可靠。

　　②维护量少且维护十分方便，安装费用低。

　　③输出与流量成正比的脉冲信号，无零点漂移，精度高，并方便与计算机联网。

　　④应用范围广，适用于各种气体、蒸汽和液体的流量测量。

　　⑤流量测量范围宽，量程比可达1∶10。

　　⑥压力损失小，运行费用低，更具节能意义。

　　⑦在一定的雷诺数范围内，输出信号频率不受流体物理性质和组分变化影响，仪表系数仅与漩涡发生体的形状和尺寸有关，测量流体的体积流量无需补偿，调换配件后无需重新标定仪表的系数。

　　但该流量计也存在一定的局限性：

　　①涡街流量计是一种速度式流量计，漩涡分离的稳定性受流速影响，故它对直管段有一定的要求，一般是前10D、后5D。

　　②测量液体时，上限流速受压损和气蚀现象限制，一般是(0.5～8)m/s。

　　③测量气体时，上限流速受介质可压缩性变化的限制，下限流速受雷诺数和传感器灵敏度的限制，蒸汽是(8～25)m/s。

　　④应力式涡街流量计对振动较为敏感，故在振动较大的管道安装流量计时，管道要有一定的减震措施。

　　⑤应力式涡街流量计采用压电晶体作为检测传感器，故其受温度的限制，一般为(-40～+300)℃，测量温度不高于400℃，否则探头极易因老化而失准。

　　⑥抗电磁干扰和射频干扰差。

　　⑦当流体介质为两相流或者脉动流时对测量有影响。

　　⑧历史较短，日常工作常遇到许多理论无法解释的困难，实际经验不足。

　　4 结束语

　　综上所述，在能源越来越成为全人类共同关心的问题时，蒸汽计量工作的重要性已日益显现，用热单位与供热企业之间的蒸汽计量的准确与否，直接关系到双方的经济利益，我市用于贸易结算的蒸汽流量计强检率达98%以上，大大减少双方的贸易纠纷。而企业内部的蒸汽结算同样也关系到企业整体的经济效益。准确、可靠的计量是加强管理的前提，如何实现管理目标，节约能源，提高能源利用效率，促进能源管理工作的深入开展，是我们搞好计量工作的目的。因此，蒸汽流量仪表的选用是非常重要的，是准确测量蒸汽流量的前提条件。