摘要(yao):由于蒸汽(qi)系統溫度(du)較高,飽和(hé)蒸汽又易(yi)變爲氣液(ye)兩相流,相(xiàng)比之下測(cè)量難度大(da),甚至無法(fǎ)測量,因此(cǐ)對蒸汽測(cè)量系統的(de)要求就要(yào)高于其他(tā)普通介質(zhi)測量,有些(xiē)計量器具(ju)滿足不了(le)要求。各廠(chang)級間的蒸(zheng)汽計量争(zhēng)議較大,從(cong)長遠來看(kan),蒸汽計量(liàng)工作迫切(qiē)需要提高(gāo)精度。本課(kè)題讨論多(duō)參數渦街(jiē)流量計
對(dui)蒸汽計量(liàng)的應用。
1前(qian)言
蒸汽作(zuò)爲重要的(de)二次能源(yuán)，在節能降(jiang)耗領域有(yǒu)着很重的(de)角色,承鋼(gang)的能源短(duan)缺，降成本(běn)是重中之(zhi)重要考慮(lü)的。進行節(jie)能降耗活(huó)動,首先想(xiang)到的應是(shi)計量,隻有(yǒu)準确的計(ji)量才有資(zi)格說節能(neng)了多少。随(suí)着公司蒸(zhēng)汽計量網(wang)絡的完善(shan)，各加熱爐(lu)都進行了(le)蒸汽回收(shōu)的計量。承(cheng)鋼在節能(néng)減排這.-塊(kuai)應重點想(xiang)到蒸汽的(de)利用,但怎(zen)麽衡量節(jie)能減排的(de)量,蒸汽計(ji)量就尤爲(wèi)顯的重要(yao)。
2蒸汽流量(liang)的測量的(de)知識
2.1.蒸汽(qì)流量測量(liang)不準确是(shi)的原因
2.1.1過(guò)熱蒸汽
蒸(zheng)汽是比較(jiao)特殊的介(jie)質，一般情(qing)況下所說(shuo)的蒸汽是(shì)指過熱蒸(zhēng)汽。過熱蒸(zhēng)汽是由飽(bao)和蒸汽加(jia)熱升溫獲(huò)得。其中絕(jué)不含液滴(di)或液霧，屬(shu)于實際氣(qì)體。過熱蒸(zheng)汽的溫度(du)與壓力參(cān)數是兩個(gè)獨立參數(shu)，其密度應(ying)由這兩個(gè)參數決定(dìng)。
過熱蒸汽(qì)在經過長(zhang)距離輸送(sòng)後,随着工(gong)況(如溫度(dù)、壓力)的變(bian)化,特别是(shì)在過熱度(dù)不高的情(qíng)況下，會因(yīn)爲熱量損(sun)失溫度降(jiang)低而使其(qi)從過狀态(tài)進入飽和(he)或過飽和(he)狀态，轉變(bian)成爲飽和(hé)蒸汽或帶(dài)有水滴的(de)過飽和蒸(zheng)汽。飽和蒸(zhēng)汽突然大(da)幅度減壓(ya)，液體出現(xian)絕熱膨脹(zhang)時也會轉(zhuan)變成爲過(guò)熱蒸汽,這(zhè)樣就形成(chéng)汽液兩相(xiàng)流介質。
2.1.2飽(bao)和蒸汽
未(wei)經過熱處(chù)理的蒸汽(qi)稱爲飽和(he)蒸汽。它是(shì)無色、無味(wei)不能燃燒(shao)又無[wiki]腐蝕(shi)[/wiki]性的氣體(ti)。飽和蒸汽(qi)中液滴或(huo)液霧的含(hán)量反映了(le)蒸汽的質(zhì)量,一般用(yòng)千度這一(yi)參數來表(biao)示。蒸汽的(de)幹度是指(zhǐ)單位體積(jī)飽和蒸汽(qì)中幹蒸汽(qì)所占的百(bai)分數，以“x”表(biǎo)示。
準确計(jì)量飽和蒸(zhēng)汽流量比(bǐ)較困難，因(yin)爲飽和蒸(zhēng)汽的幹度(du)難以保證(zheng)，一般流量(liang)計都不能(neng)準确檢測(ce)雙相流體(tǐ)的流量，蒸(zhēng)汽壓力波(bō)動将引起(qǐ)蒸汽密.度(dù)的變化,流(liú)量計示值(zhí)産生附加(jiā)誤差。所以(yǐ)在蒸汽計(ji)量中，必須(xū)設法保持(chí)測量點處(chu)蒸汽的幹(gàn)度以滿足(zú)要求,必要(yao)時還應采(cǎi)取補償措(cuò)施,實現準(zhǔn)确的測量(liàng)。
2.2測量的分(fèn)析
目前使(shǐ)用流量儀(yí)表測量蒸(zhēng)汽流量，測(ce)量介質都(dou)是指單相(xiang)的過熱蒸(zheng)汽或飽和(he)蒸汽。對于(yú)相流經常(chang)變化的蒸(zheng)汽,肯定會(hui)存在測量(liàng)不正确的(de)問題。這個(ge)問題的解(jie)決方法是(shi)保持蒸汽(qì)的過熱度(dù)，盡量減少(shǎo)蒸汽的含(hán)水量,例如(rú)加強蒸汽(qì)管道的保(bao)溫措施,減(jiǎn)少蒸汽的(de)壓力損失(shī)等,以提高(gāo)測量的正(zheng)确率。然而(ér)這些方法(fǎ)并不能徹(chè)底解決蒸(zhēng)汽流量測(cè)量不正确(que)的問題，解(jiě)決這一問(wen)題的根本(ben)辦法是開(kai)發-種可測(cè)兩相流動(dong)介質的流(liu)量儀表。
用(yong)于檢測氣(qi)體流量的(de)流量計種(zhǒng)類很多，以(yǐ)速度式和(hé)容積流量(liang)計應用最(zuì)普遍，它們(men)的共同特(tè)點是隻能(neng)連續測定(dìng)工況下的(de)體積流量(liang)，而體積流(liú)量又是狀(zhuang)态的函數(shù)，工作狀态(tài)下的體積(jī)流量不能(neng)确切的表(biǎo)示實際流(liú)量，工程上(shàng)-般都以标(biāo)準狀态體(tǐ)積流量或(huo)質量流量(liàng)表示。所謂(wei)标準狀态(tài)體積是0℃、1個(ge)标準大氣(qi)壓下的氣(qì)體體積或(huo)20℃、1個标準大(da)氣壓下的(de)體積。以質(zhi)量流量爲(wèi)計量單位(wei)的情況,目(mù)前應用不(bu)多。采用刻(kè)度氣體流(liu)量計時,選(xuǎn)定氣體正(zheng)常溫度、壓(yā)力爲設計(ji)條件，将設(shè)計狀态下(xia)的體積流(liú)量折算爲(wei)标準體積(jī)流量或質(zhi)量流量，其(qí)折算系數(shù)中含有氣(qì)體密度的(de)因素，當氣(qì)體介質的(de)工作狀态(tai)偏離設計(ji)狀态,流量(liàng)示值将産(chan)生誤差。此(cǐ)外氣體介(jiè)質的組成(chéng)、含量或溫(wen)度的變化(hua),對流量測(ce)量也産生(shēng)影響，所以(yi)蒸汽流量(liang)的測量更(geng)需要采取(qǔ)補償措施(shī)，并且因蒸(zhēng)汽的狀态(tài)變化補償(cháng)因素也比(bi)較複雜。
過(guò)熱蒸汽的(de)密度由蒸(zhēng)汽的溫度(dù)、壓力兩個(gè)參數決定(dìng),而且在參(cān)數的不同(tóng)範圍内,密(mì)度的表達(da)形式也不(bú)相同,無法(fa)用同一通(tōng)式表示,所(suo)以不能獲(huò)得統一的(de)密度計算(suan)公式,隻能(neng)個别推導(dǎo)求得溫度(du)、壓力補償(cháng)公式。在溫(wen)度、壓力波(bō)動範圍較(jiào)大的場合(hé),除進行溫(wen)度、壓力補(bǔ)償外,還需(xu)要考慮對(duì)氣體膨脹(zhang)系數ε的補(bǔ)償。
無論采(cai)用何種流(liú)量計檢測(cè)飽和蒸汽(qì)的流量，在(zai)蒸汽壓力(li)波動的條(tiáo)件下工作(zuo)，必須采取(qu)壓力補償(chang)措施,這是(shì)因爲在流(liu)量方程中(zhōng)，都含有蒸(zheng)汽密度的(de)因素,工作(zuo)條件與設(she)計條件不(bú)一緻時,讀(dú)數會産生(shēng)誤差，誤差(chà)的大小和(he)工作壓力(lì)與設計壓(ya)力偏差的(de)大小有關(guān),P實>P設将出(chu)現負誤差(cha),否則将出(chu)現正誤差(chà)。蒸汽的幹(gàn)度條件是(shì)關系到能(néng)否準确計(ji)量蒸汽流(liú)量的重要(yào)條件，目前(qian)正在研制(zhì)在線蒸汽(qì)幹度檢測(ce)儀表，待幹(gàn)度儀表應(ying)用于蒸汽(qi)流量計量(liàng)與補償系(xi)統,必将進(jin)一步提高(gao)計量的準(zhun)确性。目前(qian)應采取以(yǐ)下三項措(cuò)施:
(1)輸送蒸(zheng)汽的管路(lù)必須有良(liang)好的保溫(wēn)措施防止(zhǐ)熱量損失(shī)。
(2)在蒸汽管(guan)路上要逐(zhú)段疏水,在(zài)管道的最(zuì)
低處及儀(yi)表前的管(guan)道上應設(shè)置疏水器(qì)，及時排出(chū)冷凝水。
(3)鍋(guo)爐操作中(zhong)應避免出(chu)現汽包液(yè)位過高現(xiàn)象,盡量減(jiǎn)少負荷出(chū)現大的波(bō)動。
2.3流量儀(yi)表的選型(xíng)
對于蒸汽(qi)計量在選(xuan)擇流量儀(yí)表時應考(kǎo)慮5個主要(yao)因素:被測(cè)流體特性(xìng)、生産工藝(yì)情況、安裝(zhuang)條件、維護(hu)需求以及(jí)流量儀表(biǎo)的特性。這(zhè)裏,着重讨(tao)論流量儀(yí)表的特性(xing)、安裝條件(jian)，維護需求(qiú)以及選用(yong)流量儀表(biǎo)應注意的(de)幾個問題(ti)。目前,測量(liàng)蒸汽流量(liang)的儀表主(zhǔ)要有
渦街(jiē)流量計
、差(chà)壓式(
孔闆(pan)流量計
、均(jun)速管、彎管(guan))流量計、分(fen)流旋翼式(shì)流量計、
阿(a)牛巴流量(liang)計
、浮子式(shi)流量計等(děng)。
本課題讨(tǎo)論多參數(shù)渦街流量(liàng)計對蒸汽(qì)計量的應(yīng)用,是因爲(wèi)其測量幾(ji)乎不受流(liú)體參數(溫(wēn)度壓力密(mi)度黏度)變(bian)化的影響(xiǎng)。
3渦街流量(liang)計
渦街流(liú)量計是基(jī)于卡門渦(wō)街原理而(er)研制成功(gong)的一種新(xīn)型流量計(ji)，由于它具(ju)有其它流(liu)量計不可(ke)兼得的優(you)點,70年代以(yi)來得到了(le)迅速發展(zhǎn)。據介紹,現(xian)在日本、歐(ōu)美等發達(dá)國家使用(yong)渦街流量(liang)計的比例(lì)大幅度上(shàng)升,已經廣(guǎng)泛用于各(ge)個領域,将(jiāng)在未來流(liu)量儀表中(zhong)占主導地(di)位，是孔闆(pǎn)流量計的(de)理想替代(dai)産品。
3.1渦街(jiē)流量計的(de)特點
(1)結構(gou)簡單牢固(gu),無可動部(bu)件,長期運(yun)行十分可(ke)靠;
(2)維護十(shí)分方便,安(ān)裝費用低(di);
(3)傳感器不(bú)直接接觸(chu)介質，性能(néng)穩定,壽命(mìng)長;
(4)輸出是(shi)與流量成(cheng)正比的脈(mo)沖信号,無(wu)零點漂移(yí),精度高,并(bìng)方便與計(jì)算機聯網(wǎng);
(5)測量範圍(wéi)寬,量程比(bǐ)可達1:10;
(6)壓力(li)損失小,運(yùn)行費用低(dī),更具節能(néng)意義;
(7)在一(yī)定的雷諾(nuò)數範圍内(nei),輸出信号(hao)頻率不受(shòu)流體物理(li)性質和組(zu)分變化影(ying)響，儀表系(xì)數僅與漩(xuán)渦發生體(tǐ)的形狀和(he)尺寸有關(guān)，測量流體(tǐ)的體積流(liú)量無需補(bǔ)償，調換配(pèi)件後無需(xu)重新标定(ding)儀表.的系(xi)數;
(8)應用範(fàn)圍廣,氣體(ti)、液體的流(liú)量均可測(ce)量;
(9)檢定周(zhou)期爲2-4年。
3.2渦(wō)街流量計(jì)的局限性(xing)
(1)渦街流量(liang)計是一種(zhǒng)速度式流(liu)量計,旋渦(wo)分離的穩(wen)定性受流(liu)速影響，故(gù)它對直管(guǎn)段有一定(ding).的要求,一(yī)般是前10D、後(hòu)5D;
(2)測量液體(tǐ)時,上限流(liu)速受壓損(sun)和氣蝕現(xiàn)象限制,一(yī)般是0.5--8m/s;
(3)測量(liang)氣體是,上(shàng)限流速受(shou)介質可壓(yā)縮性.變化(hua)的限制，下(xia)限流速受(shòu)雷諾數和(hé)傳感器靈(ling)敏度的限(xiàn)制,蒸汽是(shì)8-25m/s;
(4)應力式渦(wo)街流量計(ji)對振動較(jiao)爲敏感,故(gù)在振動較(jiao)大的管道(dào)安裝流量(liàng)計時，管道(dào)要有一定(ding)的減震措(cuò)施;
(5)應力式(shì)渦街流量(liang)計采用壓(yā)電晶體作(zuò)爲檢測傳(chuán)感器，故其(qí)受溫度的(de)限制，-般爲(wei)-40-+300℃。
4渦街流量(liàng)計的安裝(zhuāng)規範
(1)傳感(gan)器上遊應(yīng)盡量避免(mian)安裝調節(jiē)閥或半開(kāi)閥門，調節(jie)閥或半開(kāi)閥門安裝(zhuāng)在傳感器(qi)的下遊8DN(通(tōng)徑的八倍(bei))之後。
(2)渦街(jiē)流量傳感(gǎn)器的上遊(you)側和下遊(you)側應有較(jiao)長的直管(guan)段。其上、下(xià)遊直管段(duan)長度根據(ju)管道狀況(kuang)不同而不(bu)同，直管段(duàn)的具體安(ān)裝長度和(hé)要求見下(xià)圖3。
(3)安裝傳(chuan)感器的直(zhi)管段應盡(jin)可能的與(yǔ)傳感器通(tōng)徑(DN)-緻。若無(wú)法一緻時(shi),應采用比(bi)傳感器通(tong)徑略大的(de)管徑，誤差(chà)要≤3%并不超(chāo)過5mm。
(4)被測介(jiè)質含有較(jiào)多雜質時(shí),應在傳感(gan)器上遊直(zhi)管段要求(qiu)的長度以(yi)外加裝過(guò)濾器。
(5)傳感(gǎn)器應避免(miǎn)安裝在有(yǒu)機械振動(dong)的管道上(shang)，并盡量避(bì)開強電磁(cí)場幹擾。當(dang)振動不能(néng)避免時，應(yīng)考慮在傳(chuan)感器前後(hòu)約2DN處的直(zhí)管段上加(jia)固定支架(jia)。
5安裝步驟(zhou).
(1)将配備的(de)專用法蘭(lán)分别焊接(jie)到上遊和(hé)下遊直管(guǎn)段上，應使(shi)專用法蘭(lán)與直管段(duàn)的内徑嚴(yan)格保持垂(chuí)直和同心(xīn)。
(2)将傳感器(qi)夾裝在焊(hàn)有專用法(fa)蘭的上、下(xia)遊直管段(duan).上,并用螺(luó)栓緊固。應(yīng)使上遊和(hé)下遊直管(guǎn)段與傳感(gǎn)器保持同(tong)心。
(3)應注意(yì)傳感器的(de)流向标志(zhì)要與管道(dào)内流體的(de)流向一緻(zhì)。
6防爆型傳(chuan)感器的安(an)裝要求
防(fang)爆型傳感(gǎn)器必須與(yǔ)合适的關(guān)聯設備安(ān)全栅組成(chéng)本質安全(quán)型防爆系(xì)統(見圖4),通(tōng)過電源.信(xin)号安全栅(shān)再連接到(dào)流量顯示(shì)儀表上。
(1)安(an)裝前應在(zài)安全場所(suǒ)将傳感器(qi)與防爆安(ān)全栅通電(diàn)檢查,無異(yì)常後再進(jìn)行安裝。在(zài)易爆場所(suo)安裝傳感(gǎn)器,應避免(miǎn)傳感器由(you)高處墜落(luò),不允許用(yong)重物敲擊(jī)傳感器和(hé)管道。
(2)傳感(gan)器必須與(yǔ)指定的安(ān)全栅組成(chéng)防爆系統(tong)方可有效(xiào)。與其它設(shè)備組成系(xì)統時,防爆(bào)性能.消失(shi)。絕對不允(yǔn)許将安全(quán)栅安裝在(zai)危險場所(suǒ)。傳感.器與(yǔ)安全栅之(zhi)間連接屏(ping)蔽電纜的(de)分布電容(rong)和電感必(bì)須符合防(fáng)爆銘牌上(shàng)的規定值(zhí)。.
7安裝渦街(jiē)流計時應(yīng)特别注意(yi)
(1)專用法蘭(lán)與直管段(duan)焊接時,應(yīng)卸下傳感(gan)器,一定不(bú)能帶着傳(chuan)感器焊接(jiē)法蘭。
(2)傳感(gǎn)器安裝前(qián),法蘭凹槽(cáo)内必須放(fàng)好密
封圈(quan)。
(3)取壓點和(hé)測溫點，應(ying)分别在傳(chuan)感器的下(xià)遊3-5DN處和6~8DN處(chù)見圖5。
(4)高溫(wēn)管道進行(háng)保溫處理(li)時,不要将(jiāng)傳感器包(bāo)起來,以免(miǎn)導緻損壞(huai)。
(5)連接渦街(jie)流量計的(de)電纜走向(xiàng),應盡可能(neng)遠離強電(dian)磁場的幹(gan)擾場合。絕(jué)對不允許(xu)與高壓電(dian)纜一起敷(fū)設。屏蔽電(dian)纜應盡量(liàng)縮短,最大(da)長度不超(chāo)，過500米,且不(bu)得盤卷,以(yǐ)減少分布(bu)電感。
8結束(shù)語
蒸汽流(liu)量測量還(hái)有很多問(wen)題亟待解(jie)決，在開發(fā)新的測量(liàng)技術的同(tóng)時，我們更(gèng)應注重運(yùn)用現代科(ke)學手段,進(jin)行應用技(ji)術深層次(ci)的開發,切(qie)實有效地(dì)解決一些(xie)實際問題(ti)。
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