摘要:闡述了蒸(zheng)汽計量現狀以(yi)及标準節流裝(zhuāng)置的誤差來源(yuan)，分析了常用蒸(zheng)汽流量計 存在(zài)的檢定或校準(zhǔn)問題。在此基礎(chǔ)上提出了一種(zhǒng)鍋爐主蒸㊙️汽流(liú)量計的在線校(xiào)核方法，通過對(dui)工業⚽典型燃氣(qì)鍋爐系統的分(fen)析建立了水汽(qì)質量平衡方程(chéng)，探🌈讨了在線校(xiao)核方法的理論(lùn)可🥰行性。然後給(gěi)出了校核時的(de)鍋爐運行需滿(man)足的穩定工況(kuang)條件⭐以及在線(xiàn)校核的步驟，分(fèn)析了不确定度(du)分量的來源。該(gai)方法實現了以(yǐ)精度等級的水(shui)流量爲标準參(can)考量，在鍋爐運(yùn)行中在線校準(zhǔn)主蒸汽流量計(jì)示值💜，提🈲高飽和(he)蒸汽流量計測(ce)量精度。與實驗(yàn)室檢定或校準(zhun)相比，鍋爐主蒸(zheng)汽在線校🙇‍♀️核方(fāng)法具有方便快(kuai)捷、動态校準的(de)優點，在保證儀(yí)器性能、提🏃‍♂️高經(jing)濟效益方面可(ke)以發揮重要的(de)作🙇🏻用。
0引言
　　蒸汽(qi)作爲一種重要(yao)的二次能源，是(shì)熱能的重要載(zai)體，不僅可❓直接(jiē)參與生産過程(cheng)的化學反應，還(hái)可以♻️利用其熱(re)能産生能量或(huò)做功，具有清潔(jié)環保、能效高、可(ke)傳✔️輸等特☀️點，被(bèi)廣泛用于當今(jīn)的🏃🏻‍♂️工業生産當(dāng)中。蒸汽計量的(de)準确可靠不僅(jǐn)能準确反🌂映用(yòng)戶能耗、監控熱(re)能🈲系統的運行(hang)狀況，且能爲實(shí)現熱能的合理(li)分配，熱力系統(tǒng)的最佳運行，以(yǐ)及用汽設♊施的(de)節能降耗改造(zào)提供可靠的技(jì)術依據，而且也(ye)是保證蒸汽貿(mao)易結算公♉平公(gong)正的基礎。因此(cǐ)，如何确保蒸汽(qì)流量的準确計(ji)量越來越受到(dào)用能單位的重(zhòng)視，對蒸汽計量(liang)技術提出💛了更(geng)高的要求🚩。流量(liàng)儀表一直以來(lai)就是能源計量(liang)的重要基礎工(gōng)具，其使用狀況(kuang)直接影響着能(neng)源計✊量的有⭕效(xiào)性，如何對使用(yong)💚中的流量儀表(biǎo)進行計量性能(néng)評價，是當前能(neng)源計量工作中(zhōng)亟待解決的重(zhòng)要課題［1］。近幾年(nian)，在線校核的方(fang)法經過不斷的(de)研究和推廣，已(yi)經獲得了越來(lai)越多的企業和(hé)計量機構🐉認可(ke)［2－4］。而由于蒸🌈汽狀(zhuang)态複💘雜和其獨(dú)特的物理特性(xìng)使得蒸汽流量(liang)計🆚現階段很難(nan)開展在線檢定(ding)和校準的工作(zuo)，國内外普遍沒(mei)有可行的解決(jue)辦法。因此，如🌐何(hé)提高蒸汽計量(liàng)的精🌏度，快速獲(huò)取準确可靠的(de)測量數據，有效(xiào)加強蒸汽🧑🏾‍🤝‍🧑🏼計量(liàng)管理，需要計量(liàng)行業給予🔅更多(duo)的關注。
1蒸汽計(ji)量的現狀
　　目前(qian)，蒸汽計量普遍(bian)使用标準節流(liu)裝置，如 孔闆流(liú)量計 或 渦街流(liú)量計 ，基本都能(neng)滿足蒸汽計量(liang)和檢測的要求(qiú)［5－7］。雖然蒸汽⭐計量(liàng)儀表都經過出(chu)廠檢驗合格，但(dan)安裝到管道上(shàng)使用一定時間(jiān)後，其計量準确(què)性往往發生偏(piān)離。主要原因是(shì)蒸汽流量計測(ce)量介質與校準(zhun)介質的物理性(xìng)質不一緻，且因(yīn)部件磨損、電磁(ci)信号幹擾或安(an)🔞裝偏差、蒸汽密(mi)度補償等🌈因素(su)影響，導緻運行(hang)工況條件下的(de)儀表系數與校(xiào)準給出的儀表(biao)系數不匹配，使(shǐ)得蒸汽流量計(jì)在現場測量出(chu)現一定的誤差(chà)［8－11］。雖💛然對于部分(fèn)測量誤差能夠(gòu)進行修正🏃‍♀️或估(gu)算，但偏離狀況(kuang)并不是容易掌(zhǎng)握的❌。而渦街流(liú)量計✉️，由于其儀(yí)表系數與旋❌渦(wo)發生體及管道(dao)的形🐕狀尺寸有(yǒu)👌關，設計及标定(ding)時的管道條件(jian)與現場管道往(wǎng)往不完全吻合(hé)，對儀表系數的(de)影響較大［12］。
　　目前(qián)我國已在煙台(tai)建立有國家蒸(zhēng)汽流量計量站(zhan)，主要從附近電(diàn)站引入蒸汽對(duì)蒸汽流量計進(jin)行校❌準，使用的(de)方法爲冷凝稱(chēng)🏒重法，但是這種(zhong)直接測量法也(yě)存在一定偏差(chà)。其使用的蒸汽(qi)與實際測量的(de)蒸汽介質溫度(dù)、壓力都有一定(ding)⭐的差異，譬如校(xiao)準介質壓力較(jiào)低，一般僅達0.3MPa，與(yu)大多數蒸汽流(liú)量計的實際工(gong)作壓力🍓存在差(cha)異;蒸汽流量計(ji)需要拆卸送檢(jian)，運輸路途較遠(yuan)，一方面影🐉響企(qǐ)業的正常生産(chan)，另一方面經過(guo)長途運輸的颠(dian)簸後很難保證(zhèng)🤩校準後的儀表(biǎo)性能不發生漂(piao)移。因此蒸⭐汽直(zhí)接校準法不具(ju)有很強的實際(ji)可操作性。
　　基于(yu)上述現狀，對蒸(zhēng)汽流量計進行(háng)在線校核成爲(wei)一種可行的選(xuǎn)項，特别是使用(yong)時間較長，或者(zhe)使用☔者一直對(dui)計量值存疑的(de)流量計更是如(rú)此。校核的目的(de)在于用某種可(ke)行的方式在線(xiàn)檢測實際流量(liàng)✊，提供一種參考(kao)，從而可以對在(zài)❤️用流量計的測(cè)量值進行對比(bǐ)分析。介紹了超(chāo)聲波流量計在(zài)線校核蒸汽流(liú)量計的方法，并(bìng)對一服裝👅洗染(rǎn)公司的威爾巴(bā)蒸汽流量計進(jìn)行🈲校核，其結果(guǒ)表明🏃‍♂️校核的示(shi)值誤差在儀表(biǎo)标明的精度(1.5%)範(fan)圍之内，不存在(zài)計量超差📐的問(wen)題。超聲波流量(liang)計🔅在線校核的(de)方法多用于液(ye)✊體流量，而對于(yu)物理性質✉️特殊(shū)的蒸汽而言僅(jin)對過熱蒸汽較(jiao)爲🔴有效，對飽和(he)🐉蒸汽或濕度較(jiao)大蒸汽時，便會(hui)因聲能在不同(tóng)介質傳遞中的(de)衰減而受到嚴(yán)重影響，甚至不(bu)能有效讀取數(shu)據🤞。因此這種方(fang)法應用範圍有(yǒu)限，且🌈需要滿足(zú)足夠長穩流段(duan)條件。
　　鑒于國内(nèi)暫時沒有成熟(shu)的在線檢定或(huò)校準蒸汽流量(liang)計的🏒方法，探索(suo)在線校核蒸汽(qi)流量計的方法(fa)顯得尤爲必要(yào)。
2水汽質量平衡(heng)方程
　　一種鍋爐(lu)主蒸汽流量計(jì)的在線校核方(fang)法，基本思路是(shi)采🏃🏻‍♂️用水👉汽質量(liang)平衡法，提出以(yi)更高精度等級(jí)的水流量爲标(biao)💚準參💯考量，在鍋(guo)爐運行中在線(xian)校準主蒸汽🥵流(liú)量計示值，提高(gao)飽和蒸汽流量(liàng)計測量精度。
　　圖(tu)1爲工業常見的(de)燃氣鍋爐水汽(qi)系統示意圖，所(suo)有蒸汽鍋爐的(de)給水均來自一(yī)個給水水箱，使(shi)用電磁流量計(ji)計量。鍋爐排污(wu)水通過彙集後(hòu)由一電磁流量(liang)計計量，鍋爐蒸(zhēng)汽彙集後由主(zhu)蒸汽👄流量計計(ji)量。

　　該類型燃氣(qì)鍋爐爲貫流式(shì)，無汽包，給水從(cóng)下集箱進入，在(zai)上👄升管中受熱(rè)蒸發後蒸汽從(cóng)上集箱流出，其(qi)蒸發示意圖如(ru)圖🌍2所示。

　　将水冷(lěng)壁上升管中水(shuǐ)位線與管壁圍(wéi)成的介質區域(yu)作爲⁉️控制體!，控(kong)制體的進口介(jiè)質爲上升管給(gei)水Mj，出口介質爲(wei)産生的蒸汽Mq。并(bìng)作如下穩定工(gōng)況假設:在t時間(jian)内，鍋爐運行中(zhong)、汽水系統各管(guǎn)道中流體介質(zhì)連續流動;鍋爐(lu)水位線保持穩(wěn)定不變✉️;鍋爐上(shàng)集箱内壓力恒(heng)定;下集箱的給(gei)水壓力、給水溫(wen)度恒定。則根據(ju)控制體🔞汽水質(zhì)量變化💋可得如(ru)下關聯式:

　　式中(zhōng):Mj爲給水質量流(liú)量，kg/s;爲控制體!内(nèi)流體質量在t時(shí)間内的變化量(liang)，kg/s;Mq爲進入到水🔅位(wei)線上方，蒸汽出(chu)口管引出的帶(dài)有濕度的飽和(he)蒸🌈汽質⛱️量流量(liàng)，kg/s。
　　分析産汽過程(cheng)可知，鍋爐運行(háng)中，汽水系統流(liu)體介😍質連💚續‼️流(liu)動中，屬定壓飽(bao)和蒸汽過程，飽(bǎo)和蒸汽溫度與(yǔ)✊飽和水的溫度(dù)均不變。則t時間(jian)内，控制體!内生(sheng)産的蒸汽汽泡(pao)體積和汽泡密(mì)度不變，即汽泡(pào)質量不變。水位(wei)㊙️線不變時，控制(zhì)體下的總體積(jī)恒定，且控🌈制體(tǐ)!内的汽泡體積(jī)不變，則控制體(ti)!内液态水體積(ji)不變。又因給水(shui)壓力、給水溫度(dù)、蒸汽壓力恒定(ding)時，控制體!内液(yè)态水的密度是(shì)不變的，則💯控制(zhi)體!内的液态水(shui)質量恒定。即t時(shi)間内控制體!内(nei)的液态水質量(liang)🔞、汽泡質量均不(bu)變，即=0。則式(1)可變(bian)換爲:
　　式(2)反應出(chu)鍋爐在某一穩(wěn)定不變的給水(shui)壓力、給水溫度(dù)下，在水位線位(wei)置不變、蒸汽壓(yā)力恒定的鍋爐(lú)運行工況控制(zhi)體内，給水質量(liàng)流量與産生的(de)蒸汽質量流量(liang)相等。同理可🈲推(tui)斷，若👨‍❤️‍👨控制體💯擴(kuo)展爲包括下集(jí)箱、上升管和上(shang)集箱的控制體(ti)後，由式(2)可得:
V=G0－G1(3)
　　式(shi)中:G0爲給定時間(jiān)t内通過給水流(liú)量計的累計質(zhi)量流量🥵，kg;G1爲通📧過(guo)鍋爐排污水流(liu)量計的累計質(zhì)量流量，kg;V爲鍋爐(lu)主蒸汽的累計(ji)質量流量，kg。
　　式(3)表(biao)示在穩定工況(kuang)控制條件下，相(xiang)同時間裏，一個(ge)以下集箱給🏃🏻水(shuǐ)質量流量爲進(jìn)口，以上集箱蒸(zheng)汽質量流量和(hé)排污水量爲出(chū)口的閉式連續(xù)流動貫流式鍋(guō)爐汽水系統，系(xì)統輸送出❄️的蒸(zheng)汽🐉質量流量等(děng)‼️于進入該🌍系統(tong)的給水質量流(liú)量扣除流🈲出該(gāi)系統的排污水(shui)質量流量，這就(jiu)是穩定工況控(kòng)制條件下🔞的鍋(guō)爐水汽質量平(píng)衡方程。
3蒸汽在(zài)線校核方法
3.1在(zài)線校核可行性(xìng)
　　液态的水進入(rù)鍋爐後經過受(shou)熱蒸發變成汽(qì)态的蒸㊙️汽🚩，僅是(shi)水的兩種不同(tong)形态及不同狀(zhuang)态參數的✌️轉變(biàn)，這爲利用水汽(qi)質量平衡方程(chéng)測量鍋爐主蒸(zheng)汽流量計的質(zhi)量流量提供了(le)物質條件。因此(ci)，探讨🤞利用較高(gāo)精度等級的給(gěi)水流量和排污(wu)⭕流量在工業現(xian)場在線校準蒸(zheng)汽流💯量計示值(zhí)的方法，在理論(lùn)上是可行的。水(shuǐ)✉️流量測量技術(shu)成熟、操作方便(biàn)、測量精度有保(bao)證，可作爲校核(hé)蒸汽的标準參(cān)考。按照校準原(yuán)則，鍋爐給水流(liú)量計和排污流(liu)量計🌏的精度等(deng)級需要選⛷️擇較(jiào)高等級的流量(liàng)計。結合鍋爐現(xian)場，推薦0.5級的 電(dian)磁流量計 作爲(wèi)在線校核标準(zhun)表使用，即可滿(mǎn)足校核的需求(qiu)。
3.2在線校核條件(jiàn)
　　工業現場校核(he)時，爲了确保校(xiao)核的準确性，鍋(guō)爐運行需要💰滿(man)足以下條件［13］:
1)确(que)保鍋爐汽水系(xì)統是獨立系統(tong)，停止化學取樣(yàng)水、加藥水等操(cāo)作。鍋爐各閥門(men)嚴密無洩漏;
2)鍋(guo)爐工況參數基(ji)本穩定，避免較(jiào)大的波動，如燃(rán)氣供應穩定，以(yi)減少燃燒調整(zheng)的影響。不允許(xǔ)出現幹擾鍋爐(lú)工況的任何⛷️操(cao)作，如安全閥啓(qǐ)跳、鍋爐負荷調(diao)整等操作。通過(guò)控制👈系統聯動(dong)，當有📞排污水流(liú)出🌐變化時，相應(ying)提高給水流量(liàng)，确保上升管中(zhōng)汽液界面維持(chí)穩定。鍋爐主要(yào)熱力參數波動(dong)值不超過表⁉️1推(tui)薦的允許值。

3.3在(zài)線校核步驟
　　鍋(guo)爐穩定運行一(yī)段時間後，同時(shí)測量給水流量(liang)、排污水流量和(he)🆚蒸汽流量，得到(dào)一定參數下的(de)給水流🐪量與排(pai)污水流⭐量之差(chà)(G0－G1)與蒸汽流量V之(zhi)間的比例系㊙️數(shu)f，以獲得蒸汽🌍流(liú)量計的修正值(zhi)V'。如此👉通過較高(gao)精度等級的給(gěi)水流量傳遞到(dao)蒸汽流量計示(shi)值，達到❗在線校(xiao)核目的，校核量(liàng)值傳遞示意圖(tú)見圖3。

鍋爐主蒸(zhēng)汽流量計在線(xiàn)校核可分爲以(yi)下三個步驟完(wan)成:
1)根據主蒸汽(qì)流量計的量程(chéng)或常用計量範(fàn)圍，選取多🧡個流(liu)量校核點i。每個(ge)流量點讀取數(shu)據不少于3次，取(qu)平均值得到每(mei)個🈲流量點的(G0－G1)和(hé)V;
2)計算各流量點(diǎn)i的比例系數fi:
fi=(G0i－G1i)/Vi(4)
3)修(xiu)正蒸汽流量示(shi)值。用流量比例(li)系數fi拟合修正(zheng)蒸汽流量計示(shì)🔞值。若各流量點(dian)的比例系數fi接(jie)近線性時可按(àn)權☎️重求一個共(gong)同的流量比例(lì)系數f，修正蒸汽(qi)流量計示值。
3.4不(bú)确定度來源分(fèn)析
　　考慮到工況(kuang)參數壓力、溫度(du)的波動引起介(jie)質密度、流👈速的(de)變🚶‍♀️化帶來的不(bú)确定度分量，已(yi)包含在介質質(zhi)量流量的重複(fú)性條件下所得(dé)測量列中，則主(zhu)要不确定度分(fèn)量來源如💃🏻下:
1)标(biao)準表本身精度(dù)等級帶來的不(bú)确定度分量ubzb;
2)鍋(guo)爐汽水系統不(bú)明洩漏帶來的(de)不确定度分量(liàng)uxl;
3)儀表的測量重(zhong)複性帶來的不(bú)确定度分量ucfx;
4)上(shang)升管中水位計(ji)讀數帶來的不(bu)确定度分量uswj;
5)水(shuǐ)位波動引起的(de)液态水與蒸汽(qì)之間變化的不(bu)确定度🧡分量uswb。
　　示(shi)值誤差的各項(xiang)不确定分量通(tong)過查資料或計(jì)算可得，各不确(què)定度分量彼此(cǐ)不相關，則可得(de)相對合✊成标準(zhǔn)不👣确定度爲:

擴(kuò)展因子k=2時的相(xiàng)對擴展不确定(ding)度:
Ur=2ur(5)
4結論
　　針對工(gong)業燃氣鍋爐主(zhu)蒸汽流量計現(xian)場無成熟的檢(jiǎn)定💃或校準方法(fǎ)，而實驗室校準(zhǔn)需要停産拆卸(xie)送檢，企業普遍(bian)對蒸汽流量計(jì)計量準确性存(cún)疑的現象，提出(chū)了一種針對鍋(guō)爐主蒸汽流量(liàng)計在線校核🙇🏻的(de)方法。此方法是(shì)基于穩定工況(kuàng)控制條♌件下鍋(guo)爐水汽質量平(píng)衡方程，采用精(jīng)度等級較高的(de)給水流量和排(pái)污水流量動态(tai)在線校準主蒸(zhēng)汽流量計示值(zhí)。鍋爐主🌈蒸汽流(liú)量計示值的在(zai)線校核可以快(kuai)速判斷工業現(xian)場蒸汽計量的(de)正确率，免去了(le)拆卸送⭐檢的麻(má)煩🔱，在保證儀器(qi)性能、提💃🏻高經濟(jì)效益方面可以(yǐ)發揮重要的作(zuo)用。

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