摘要:由标(biao)準節流裝(zhuang)置組成的(de) 差壓式流(liu)量計 在蒸(zheng)汽計量上(shàng)廣泛使用(yòng),根據标準(zhǔn)節流裝置(zhi) 測量流體(ti)流量一般(bān)原理,分析(xi)了蒸汽密(mi)度對蒸汽(qì)計量的影(yǐng)響🧡,比較了(le)蒸汽密度(du)求取的兩(liǎng)種方法,提(ti)出了一種(zhǒng)寬量程比(bi)蒸汽計量(liàng)的方案,并(bing)闡述了噴(pen)嘴在蒸汽(qì)計量上的(de)應用優勢(shi)。
0前言
　　蒸汽(qì)是工業生(sheng)産中重要(yào)的工藝介(jiè)質和二次(ci)能源,也是(shi)👄城鎮市政(zhèng)供熱中主(zhǔ)要的供熱(rè)介質。随着(zhe)工業化和(hé)城鎮化的(de)飛速發展(zhǎn),蒸汽用量(liang)與日俱增(zēng),蒸汽消耗(hào)量成爲生(sheng)産運行經(jīng)濟考核的(de)重要指标(biao),蒸汽的準(zhǔn)确計量尤(yóu)爲重要,在(zai)廣泛使用(yòng)的蒸汽計(ji)量器📧具中(zhong),由标準節(jiē)流裝置組(zǔ)成的差壓(yā)流量計和(he)渦街☂️流量(liàng)計是蒸汽(qì)計量器具(ju)的主流選(xuan)擇。
　　節流裝(zhuāng)置具有結(jie)構簡單、制(zhi)造容易、維(wéi)護方便、成(cheng)本👌較低、可(kě)靠性高等(děng)優點,按照(zhao)标準GB/T2624－2006設計(jì)、制造的标(biao)準節流裝(zhuāng)置,無需進(jìn)行實流标(biāo)定就能得(de)到較高的(de)測量精度(dù),節流裝置(zhì)也存在測(ce)量範圍小(xiǎo)、壓力損失(shi)大、檢定周(zhōu)期短等不(bu)足。 渦街流(liú)量計 受工(gong)作原理、敏(mǐn)感元件和(he)結構的局(jú)限,在被測(ce)流體在溫(wēn)度、壓☂️力高(gao)于一定數(shù)值時,管道(dào)或環境振(zhen)動較大時(shí),使用渦街(jie)流量計測(ce)量存在困(kun)難［1］;渦街流(liú)量計的檢(jiǎn)定,要放在(zài)流量标♊準(zhǔn)裝置上進(jìn)行,不僅拆(chāi)裝、搬運、送(sòng)檢費✊事,而(ér)且要将流(liú)量計停用(yòng)較長💞時間(jiān),檢定🚶成本(ben)和時間💚成(chéng)本較高;渦(wō)街流量計(jì)的㊙️成本,在(zài)儀表口徑(jing)增大時上(shang)升明顯,尤(you)其是🍉在流(liú)體溫度較(jiao)高(T＞300℃)時,價格(gé)劣勢尤爲(wèi)明顯。
　　因此(cǐ)渦街流量(liang)計在上世(shì)紀70年代投(tóu)入工業應(ying)用至❓今,雖(sui)然占領🥵了(le)标準節流(liú)裝置的部(bù)分市場,但(dàn)在高溫、高(gāo)🔞壓流🙇🏻體,管(guǎn)💰徑較大的(de)測量對象(xiàng)和環境振(zhèn)動較大的(de)場合,标準(zhun)節流裝置(zhì)仍是不可(kě)替☔代的,尤(yóu)其是熱電(diàn)等行業仍(reng)然普遍使(shi)用标✨準節(jiē)流裝🌈置。
1蒸(zheng)汽密度
1.1标(biāo)準節流裝(zhuang)置測量流(liu)體流量一(yī)般原理
标(biao)準節流裝(zhuang)置測量流(liu)體流量一(yi)般原理表(biao)達式爲［2］:

　　式(shì)中:qm爲質量(liang)流量,kg/s;C爲流(liú)出系數;ε1爲(wei)可膨脹系(xì)數;d爲節⛱️流(liu)🔴件💋的開孔(kǒng)直徑;ΔP爲差(chà)壓;ρ1爲被測(cè)流體密度(du);β爲直徑✂️比(bi),β=d/D,D爲🈲管道内(nèi)徑。
　　在式(1)中(zhong),β和d爲常數(shu),C和ε1在一定(ding)的流量範(fan)圍之内也(yě)可🙇‍♀️看作常(chang)數,因此式(shi)(2)可簡化爲(wei):

　　從式(2)可清(qing)楚看出,儀(yí)表示值同(tong)ρ1密切相關(guān)。而蒸汽工(gōng)況✂️(溫度t,壓(ya)力P)的變化(hua),必然使ρ1産(chǎn)生相應的(de)變化。因此(cǐ),标準節流(liu)裝置必須(xu)與用以求(qiu)取蒸汽密(mì)度的工況(kuang)測量儀表(biǎo)配合👅,并同(tóng)計💚算部分(fen)一起組成(chéng)蒸汽質量(liàng)流量計,才(cai)能保證測(ce)😘量精度。
1.2蒸(zheng)汽密度求(qiu)取方法
　　水(shui)蒸汽的物(wù)理性質與(yu)理想氣體(tǐ)大不相同(tong),不能采用(yòng)理想氣體(tǐ)狀态方程(chéng)進行密度(dù)補償,需先(xiān)求取蒸汽(qì)密度再做(zuo)密✍️度補🙇🏻償(chang)。蒸汽密度(dù)的求取方(fang)法歸納起(qi)來主要是(shì)采用數學(xué)模型法🔞和(hé)計算機查(chá)表法兩類(lei)［3］。
(1)數學模型(xíng)法
①一次函(han)數法。這種(zhǒng)方法的顯(xian)著特點是(shì)簡單,适用(yòng)飽和蒸汽(qi),其表達式(shì)爲:
ρ=AP+B(3)
　　式中:ρ爲(wèi)蒸汽密度(dù),kg/m3;P爲蒸汽絕(jue)對壓力,MPa;A、B爲(wèi)系數和常(cháng)數。
　　式(3)不足(zú)之處是僅(jin)在較小的(de)壓力範圍(wéi)内變化适(shi)用,壓力變(bian)化範圍較(jiào)大時,由于(yu)誤差太大(dà),就不适用(yong)了🧑🏽‍🤝‍🧑🏻。因爲對(duì)于飽和蒸(zhēng)汽💘來說,ρ=f(P)是(shi)一條曲線(xian),用一條直(zhí)線拟合它(tā),範圍越大(dà),當然誤差(chà)越🈲大。
　　解決(jué)這個矛盾(dùn)的方法是(shi)分段拟合(hé),即在不同(tóng)的壓🤞力🔅段(duan)采用不同(tóng)的系數和(he)常數。表1所(suǒ)示爲不同(tong)壓力段對(duì)❓應的不同(tóng)密度計算(suàn)式［4］。

②用指數(shu)函數拟合(he)密度曲線(xiàn)。使用較多(duo)的是:

　　式(4)描(miao)述的是一(yī)條曲線,用(yong)它來拟合(hé)飽和蒸汽(qì)ρ=f(P)曲線能得(dé)到🏃🏻更高🌈的(de)精度,但是(shì)在壓力變(biàn)化範圍較(jiao)大的情況(kuàng)下,仍有千(qian)分之㊙️幾的(de)誤差。
③狀态(tài)方程法。狀(zhuàng)态方程法(fa)用于計算(suan)過熱蒸汽(qì)密度,其中(zhōng)著名的有(yǒu)烏卡諾維(wéi)奇狀态方(fang)程和莫裏(lǐ)爾狀态方(fang)程,狀⭐态方(fāng)程的計算(suan)公式較爲(wei)複雜,在儀(yi)表常💞用數(shù)據手冊及(ji)其他相關(guān)書籍資料(liào)中📱均有描(miáo)述,這裏不(bu)做贅述。
(2)計(jì)算機查表(biao)法現在國(guó)際上通用(yong)的蒸汽密(mì)度表是根(gēn)據“工業用(yong)1697年IFC公式”計(jì)算出來的(de)。根據現有(yǒu)的過熱蒸(zhēng)汽密度表(biao),查取與🈲溫(wēn)度、壓力相(xiang)對應的過(guò)熱蒸汽密(mi)度,對于蒸(zhēng)汽密度表(biǎo)中兩點之(zhī)間的數據(jù),采用數學(xue)内插法處(chù)理确定🈲。
表(biǎo)2的過熱蒸(zheng)汽密度表(biao)中,将壓力(lì)以0.1MPa爲間距(ju)劃分5個🔞區(qū)間,将溫度(du)以10℃爲間距(jù)劃分爲7個(ge)區間,在壓(yā)力、溫度區(qū)間内可采(cǎi)用線性✔️内(nèi)插法計算(suan)求取蒸汽(qì)密度。例🈲:過(guò)熱蒸汽實(shí)測🔴壓力爲(wèi)2.82MPa,實測溫度(du)爲282℃,求取過(guò)熱蒸汽密(mì)度。


　　通用流(liú)量演算器(qi)可将蒸汽(qi)密度表裝(zhuang)入其内存(cun)中,在CPU的控(kòng)制下🌈,模拟(nǐ)人工查表(biǎo)的方法,采(cǎi)用計算機(ji)查⚽表與線(xiàn)性内插相(xiang)結合的⭐技(ji)術,能得到(dào)人工查表(biǎo)相同的精(jīng)度。
2寬量程(chéng)比計量方(fang)案
　　蒸汽消(xiao)耗受熱負(fù)荷變化制(zhi)約,流量變(biàn)化範圍廣(guǎng),有時甚至(zhì)隻有滿量(liang)程的百分(fèn)之幾,如果(guǒ)要保證差(cha)壓式流量(liàng)計在蒸汽(qi)計量全量(liang)程範圍内(nèi)的測量精(jīng)度,必須想(xiang)辦法擴大(dà)差壓式流(liú)量💃計的量(liàng)程比。
　　标準(zhun)節流裝置(zhì)測量範圍(wéi)不理想,這(zhe)主要是由(yóu)其測量原(yuan)理🏃🏻‍♂️決定的(de),由式(8)可知(zhī),對流量測(cè)量範圍度(du)影響最大(da)的因素是(shì)🌏差壓測量(liang)不确定度(dù),其表達式(shì)爲
量測量(liang)不确定度(du)的影響爲(wei)1%。即爲了獲(huò)得±1%的流量(liàng)測量精度(du),如果選用(yong)的是0.075精度(dù)等級的差(chà)壓變送器(qì),隻有當差(chà)壓大于3.75%,即(jí)流量小于(yu)19.36%FS時,才能保(bao)證精度。
　　差(cha)壓變送器(qì) ,其差壓低(dī)端的示值(zhi)誤差無法(fǎ)進一步減(jian)小的原因(yīn)⁉️是其精度(du)并㊙️非可以(yi)任意确定(ding),而且受膜(mo)盒面積、環(huán)🚩境溫度以(yǐ)及長期漂(piao)移等因素(sù)制約,爲了(le)提高相對(duì)流量較小(xiao)時的差壓(ya)測量精度(du),另外增💃設(she)一台低量(liàng)程差壓變(bian)送器是一(yi)個行之有(yǒu)效的方法(fǎ)。
例如,有一(yī)蒸汽流量(liàng)測量對象(xiang),最大流量(liàng)100t/h,最小流量(liang)3t/h,常用❓壓力(li)📱1.1MPa,常用溫度(dù)250℃,公稱通徑(jìng)DN500,高量程差(chà)壓變送器(qi)測量範圍(wei)😄:0～100kPa,低量程差(cha)壓變送器(qì)測量範圍(wei):0～3.75kPa。兩台0.075級精(jing)度等級的(de)差壓變送(sòng)器,在雙量(liang)程流量演(yǎn)算器的配(pei)合下,選定(ding)合适的高(gao)低量程切(qiē)🤩換點,在流(liú)量量程3～100%範(fan)圍内,qmqm爲1.25%。
　　上(shàng)述寬量程(chéng)比計量方(fāng)案中,流量(liàng)測量不确(que)定度會受(shòu)标準節流(liú)裝置流出(chu)系數C非線(xiàn)性和可膨(péng)脹系數ε1偏(pian)離的制約(yue)［5］,采用通🍓用(yòng)流量演算(suàn)器實時計(ji)算流出❤️系(xi)數C和可膨(peng)脹系數ε1,對(dui)⛱️其影響♻️進(jìn)行在線修(xiu)正。
3噴嘴
　　目(mù)前蒸汽計(jì)量應用中(zhong)普遍使用(yòng)的标準節(jiē)流裝置是(shi)标準✂️孔闆(pǎn),标準孔闆(pǎn)的入口直(zhi)角銳利度(du)在流體沖(chong)刷下易發(fa)生鈍化,國(guo)内有關部(bù)門曾對新(xīn)裝标準孔(kong)闆進行跟(gēn)蹤校驗,在(zài)标準孔👅闆(pan)連續使用(yòng)2－3個月時,鈍(dùn)化引起的(de)流出系數(shù)偏度在1－3%,個(ge)别嚴重的(de)在4%以上👄,測(ce)量誤差明(míng)顯增大。
　　解(jie)決标準孔(kǒng)闆鈍化問(wèn)題的最好(hǎo)方法是采(cai)用ISA1932噴嘴,如(rú)圖1所📞示,ISA1932噴(pēn)嘴的入口(kou)爲光華曲(qǔ)面,不易磨(mó)損,流出💚系(xi)數非常穩(wen)定,JJG640－2016檢定規(gui)程規定ISA1932噴(pen)嘴的檢定(ding)周期爲4年(nian),而标準孔(kǒng)闆💛檢定周(zhou)🌈期爲2年［6］。再(zài)者,噴🔆嘴在(zài)相同流🐇量(liang)和相同β值(zhí)條件下,永(yǒng)久壓力損(sun)失比孔闆(pan)小得多,僅(jin)爲孔闆的(de)50～60%,有利于減(jian)小能耗。長(zhang)期運行情(qíng)況表明,由(yóu)于噴嘴在(zai)結構上的(de)優勢具有(you)耐沖擊抗(kàng)變形的優(you)點,适用于(yú)高溫、高壓(yā)、高流速的(de)蒸汽介質(zhi)。

4結語
　　由标(biāo)準節流裝(zhuāng)置組成的(de)差壓式流(liu)量計,在蒸(zheng)汽計量應(yīng)用🔱中需将(jiāng)經典技術(shù)與現代技(jì)術相結合(hé),合理地選(xuan)用流量計(ji)算機和ISA1932噴(pēn)嘴,實現蒸(zheng)汽工況密(mì)度實🏃🏻時計(jì)算和在線(xian)補償功👉能(neng),克服傳統(tong)節🥰流裝置(zhì)量程比小(xiǎo)、阻力⚽損失(shi)大、容易變(biàn)形、檢定周(zhou)期短等缺(que)點,以滿足(zu)蒸汽計量(liang)寬量程、精(jing)度和低能(neng)耗的新要(yào)求。上述計(jì)量器具配(pèi)備方案在(zai)蒸汽計量(liang)應用中已(yi)日趨🐅成熟(shú),并在石化(huà)、化工、熱電(dian)、冶金以及(jí)🐅城市供熱(rè)等行業中(zhōng)得到了廣(guang)泛應用。

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