蒸汽流量?jī)x表測(cè)量誤差及解決辦法
2014/5/21 15:26:58
蒸汽流量測(cè)量難度較大，主要因?yàn)檎羝潜容^特殊的介質(zhì)，隨著工況（如溫度、壓力）的變化，過(guò)熱蒸汽經(jīng)常會(huì)轉(zhuǎn)變成為飽和蒸汽，形成汽液兩相流介質(zhì)。對(duì)于相流的經(jīng)常變化的蒸汽，使用目前流量?jī)x表測(cè)量氣流量，肯定會(huì)存在測(cè)不準(zhǔn)的問(wèn)題。這個(gè)問(wèn)題的解決方法是保持蒸汽的過(guò)熱度，盡量減少蒸汽的含水量，例如加強(qiáng)蒸汽管道的保溫措施，減少蒸汽的壓力損失等，以提高測(cè)量的準(zhǔn)確度。然而這些方法并不能徹底解決蒸汽流量測(cè)不準(zhǔn)的問(wèn)題，然而解決問(wèn)題的根本辦法是開發(fā)一種可測(cè)兩相流動(dòng)介質(zhì)的流量?jī)x表。
在選擇流量?jī)x表時(shí)應(yīng)考慮5個(gè)主要因素：被測(cè)流體特性、生產(chǎn)工藝情況、安裝條件、維護(hù)需求以及流量?jī)x表的特性。對(duì)蒸汽計(jì)量而言，同樣要考慮以上5個(gè)因素。這里，著重討論流量?jī)x表的特性、安裝條件、維護(hù)需求以及選用流量?jī)x表應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題。
目前，測(cè)量蒸汽流量的儀表主要有渦街流量計(jì)、差壓式流量計(jì)、分流旋翼式流量計(jì)、阿牛巴流量計(jì)、浮子式流量計(jì)等，這里主要討論渦街流量計(jì)、孔板流量計(jì)和彎管流量計(jì)。
渦街流量計(jì)
渦街流量計(jì)是基于卡門渦街原理而研制成功的一種新型流量計(jì)，70年代以來(lái)得到了迅速發(fā)展。是孔板流量計(jì)的替代產(chǎn)品之一。具有以下特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單牢固，無(wú)可動(dòng)部件；維護(hù)十分方便，安裝費(fèi)用低；測(cè)量范圍寬，量程比可達(dá)1：10；壓力損失較小，運(yùn)行費(fèi)用低；應(yīng)用范圍廣，氣體、液體的流量均可測(cè)量。
但渦街流量計(jì)存在一定的局限性：渦街流量計(jì)是一種速度式流量計(jì)，旋渦分離的穩(wěn)定性受流速影響，故它對(duì)直管段有一定的要求，一般是前10D、后5D；測(cè)量液體時(shí)，上限流速受壓損和氣蝕現(xiàn)象限制，一般是0.5～8m/s；測(cè)量氣體是，上限流速受介質(zhì)可壓縮性變化的限制，下限流速受雷諾數(shù)和傳感器靈敏度的限制，蒸汽是8～25m/s；應(yīng)力式渦街流量計(jì)對(duì)振動(dòng)較為敏感，故在振動(dòng)較大的管道安裝流量計(jì)時(shí)，管道要有一定的減震措施；應(yīng)力式渦街流量計(jì)采用壓電晶體作為檢測(cè)傳感器，故其受溫度的限制，一般為-40～+300℃。
孔板流量計(jì)
孔板流量計(jì)應(yīng)用歷史悠久，有國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，理論精度高，應(yīng)用十分普遍，但經(jīng)過(guò)幾十年的應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)孔板流量計(jì)有以下不足：應(yīng)用中許多因素（設(shè)計(jì)參數(shù)與工況參數(shù)不符、上游直管段不足、孔板和管道不同心、孔板A面受污、銳角磨損等）對(duì)其測(cè)量精度有非常大的影響，使其測(cè)量誤差增大；安裝較為麻煩，維護(hù)及拆洗的工作量較大；流量量程比為1：3，局限性大；若安裝不正確，容易發(fā)生蒸汽泄漏；壓力損失較大，運(yùn)行費(fèi)用高。
彎管流量計(jì)
彎管流量計(jì)特點(diǎn)：
1、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低。彎管傳感器實(shí)際上是一個(gè)90度標(biāo)準(zhǔn)彎頭，沒(méi)有比它結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單的流量傳感器了，隨著機(jī)械加工工業(yè)的發(fā)展和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化及規(guī)范化管理的不斷完善，用作彎管傳感器的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)制彎頭其質(zhì)量越來(lái)越好，價(jià)格也越來(lái)越低。
2、無(wú)任何附加節(jié)流件或插入件，可大大降低流體在管道內(nèi)輸送的動(dòng)力消耗，節(jié)約能源，尤其對(duì)那些大系統(tǒng)、大管徑、低壓頭的測(cè)量對(duì)象好處更加明顯。
下面舉一個(gè)簡(jiǎn)單的例子予以說(shuō)明。為維持一臺(tái)安裝在每小時(shí)數(shù)千噸流量供熱管道的孔板流量計(jì)正常運(yùn)行，一個(gè)采暖季節(jié)約需多耗電數(shù)萬(wàn)度，折合人民幣數(shù)萬(wàn)元。這里僅考慮孔板流量計(jì)壓力損失為幾千帕，實(shí)際運(yùn)行時(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)這個(gè)值。即便是這幾千帕的壓力損失，它所造成的附加運(yùn)行費(fèi)用也是不可忽視的。表1給出的數(shù)據(jù)為目前熱力管網(wǎng)用主管道流量范圍在不同的壓力損失時(shí)，孔板流量計(jì)引起的循環(huán)泵額外耗電量、電耗費(fèi)用、折合標(biāo)準(zhǔn)煤量、購(gòu)煤費(fèi)用的單臺(tái)孔板流量計(jì)在一個(gè)取暖季節(jié)運(yùn)行費(fèi)用的數(shù)據(jù)，其中運(yùn)行天數(shù)按120天、電價(jià)按0.35元／度、標(biāo)準(zhǔn)煤價(jià)按200元/t計(jì)算。
一個(gè)流量為4000m3/h的中型熱網(wǎng)，當(dāng)孔板壓力損失為30千帕?xí)r，僅一臺(tái)孔板流量計(jì)就多耗9.6萬(wàn)度電，運(yùn)行費(fèi)用為3.12萬(wàn)元，對(duì)于流量為10000m3/h的大型熱網(wǎng)，額外耗電量達(dá)24萬(wàn)度，運(yùn)行費(fèi)用7.8萬(wàn)元。而彎管流量計(jì)是沒(méi)有附加阻力損失的，如果用彎管流量計(jì)替代孔板流量計(jì)進(jìn)行計(jì)量，就可大大地減少運(yùn)行費(fèi)用，獲得可觀的經(jīng)濟(jì)效益；
3、彎管流量計(jì)傳感器耐磨損，對(duì)微量磨損不敏感。
4、可采用直接焊接法進(jìn)行安裝，使現(xiàn)場(chǎng)跑冒滴漏的麻煩得到徹底的解決。
5、適應(yīng)性強(qiáng)，量程范圍寬，直管段要求不嚴(yán)。只要是可以用孔板、渦街、均速管流量計(jì)來(lái)測(cè)量的管道內(nèi)流體流量都可以用彎管流量計(jì)進(jìn)行測(cè)量，而且在耐高溫、耐高壓、耐沖擊、耐振動(dòng)、耐潮濕、耐粉塵等方面，彎管流量計(jì)遠(yuǎn)優(yōu)于其它流量計(jì)。
如高溫、高壓、沖擊、振動(dòng)，對(duì)于渦街流量計(jì)來(lái)說(shuō)其使用性是十分有限的，這與其測(cè)量原理有關(guān)，實(shí)測(cè)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生較大的附加誤差影響了測(cè)量精度，造成測(cè)量不準(zhǔn)。所有這些問(wèn)題對(duì)彎管流量計(jì)來(lái)說(shuō)都不存在。
彎管流量計(jì)的量程比可達(dá)1：10，對(duì)于蒸汽，它的適用范圍為0～70m/s，可以較好地滿足蒸汽流量測(cè)量的要求。彎管流量計(jì)由于其特殊的測(cè)量原理，使其在實(shí)際應(yīng)用時(shí)對(duì)直管段的要求不嚴(yán)格，一般只要求前5D、后2D即可，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其他流量測(cè)量裝置的要求；
6、彎管流量計(jì)精度高，重現(xiàn)性好，測(cè)量精度可達(dá)1％，重現(xiàn)性精度可達(dá)0.02％，一次安裝后，不再需要重復(fù)拆裝，因此，其安裝精度也能得到最佳保證。
綜上所述，蒸汽流量?jī)x表的選用是非常重要的，準(zhǔn)確測(cè)量蒸汽流量是生產(chǎn)部門都需要和普遍關(guān)心的問(wèn)題。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，提高測(cè)量水平的呼聲越來(lái)越高。因此，應(yīng)針對(duì)生產(chǎn)實(shí)際情況，做一些細(xì)致的技術(shù)工作，切實(shí)探索出一條蒸汽流量測(cè)量的成功之路。
在選擇流量?jī)x表時(shí)應(yīng)考慮5個(gè)主要因素：被測(cè)流體特性、生產(chǎn)工藝情況、安裝條件、維護(hù)需求以及流量?jī)x表的特性。對(duì)蒸汽計(jì)量而言，同樣要考慮以上5個(gè)因素。這里，著重討論流量?jī)x表的特性、安裝條件、維護(hù)需求以及選用流量?jī)x表應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題。
目前，測(cè)量蒸汽流量的儀表主要有渦街流量計(jì)、差壓式流量計(jì)、分流旋翼式流量計(jì)、阿牛巴流量計(jì)、浮子式流量計(jì)等，這里主要討論渦街流量計(jì)、孔板流量計(jì)和彎管流量計(jì)。
渦街流量計(jì)
渦街流量計(jì)是基于卡門渦街原理而研制成功的一種新型流量計(jì)，70年代以來(lái)得到了迅速發(fā)展。是孔板流量計(jì)的替代產(chǎn)品之一。具有以下特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單牢固，無(wú)可動(dòng)部件；維護(hù)十分方便，安裝費(fèi)用低；測(cè)量范圍寬，量程比可達(dá)1：10；壓力損失較小，運(yùn)行費(fèi)用低；應(yīng)用范圍廣，氣體、液體的流量均可測(cè)量。
但渦街流量計(jì)存在一定的局限性：渦街流量計(jì)是一種速度式流量計(jì)，旋渦分離的穩(wěn)定性受流速影響，故它對(duì)直管段有一定的要求，一般是前10D、后5D；測(cè)量液體時(shí)，上限流速受壓損和氣蝕現(xiàn)象限制，一般是0.5～8m/s；測(cè)量氣體是，上限流速受介質(zhì)可壓縮性變化的限制，下限流速受雷諾數(shù)和傳感器靈敏度的限制，蒸汽是8～25m/s；應(yīng)力式渦街流量計(jì)對(duì)振動(dòng)較為敏感，故在振動(dòng)較大的管道安裝流量計(jì)時(shí)，管道要有一定的減震措施；應(yīng)力式渦街流量計(jì)采用壓電晶體作為檢測(cè)傳感器，故其受溫度的限制，一般為-40～+300℃。
孔板流量計(jì)
孔板流量計(jì)應(yīng)用歷史悠久，有國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，理論精度高，應(yīng)用十分普遍，但經(jīng)過(guò)幾十年的應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)孔板流量計(jì)有以下不足：應(yīng)用中許多因素（設(shè)計(jì)參數(shù)與工況參數(shù)不符、上游直管段不足、孔板和管道不同心、孔板A面受污、銳角磨損等）對(duì)其測(cè)量精度有非常大的影響，使其測(cè)量誤差增大；安裝較為麻煩，維護(hù)及拆洗的工作量較大；流量量程比為1：3，局限性大；若安裝不正確，容易發(fā)生蒸汽泄漏；壓力損失較大，運(yùn)行費(fèi)用高。
彎管流量計(jì)
彎管流量計(jì)特點(diǎn)：
1、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低。彎管傳感器實(shí)際上是一個(gè)90度標(biāo)準(zhǔn)彎頭，沒(méi)有比它結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單的流量傳感器了，隨著機(jī)械加工工業(yè)的發(fā)展和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化及規(guī)范化管理的不斷完善，用作彎管傳感器的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)制彎頭其質(zhì)量越來(lái)越好，價(jià)格也越來(lái)越低。
2、無(wú)任何附加節(jié)流件或插入件，可大大降低流體在管道內(nèi)輸送的動(dòng)力消耗，節(jié)約能源，尤其對(duì)那些大系統(tǒng)、大管徑、低壓頭的測(cè)量對(duì)象好處更加明顯。
下面舉一個(gè)簡(jiǎn)單的例子予以說(shuō)明。為維持一臺(tái)安裝在每小時(shí)數(shù)千噸流量供熱管道的孔板流量計(jì)正常運(yùn)行，一個(gè)采暖季節(jié)約需多耗電數(shù)萬(wàn)度，折合人民幣數(shù)萬(wàn)元。這里僅考慮孔板流量計(jì)壓力損失為幾千帕，實(shí)際運(yùn)行時(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)這個(gè)值。即便是這幾千帕的壓力損失，它所造成的附加運(yùn)行費(fèi)用也是不可忽視的。表1給出的數(shù)據(jù)為目前熱力管網(wǎng)用主管道流量范圍在不同的壓力損失時(shí)，孔板流量計(jì)引起的循環(huán)泵額外耗電量、電耗費(fèi)用、折合標(biāo)準(zhǔn)煤量、購(gòu)煤費(fèi)用的單臺(tái)孔板流量計(jì)在一個(gè)取暖季節(jié)運(yùn)行費(fèi)用的數(shù)據(jù)，其中運(yùn)行天數(shù)按120天、電價(jià)按0.35元／度、標(biāo)準(zhǔn)煤價(jià)按200元/t計(jì)算。
一個(gè)流量為4000m3/h的中型熱網(wǎng)，當(dāng)孔板壓力損失為30千帕?xí)r，僅一臺(tái)孔板流量計(jì)就多耗9.6萬(wàn)度電，運(yùn)行費(fèi)用為3.12萬(wàn)元，對(duì)于流量為10000m3/h的大型熱網(wǎng)，額外耗電量達(dá)24萬(wàn)度，運(yùn)行費(fèi)用7.8萬(wàn)元。而彎管流量計(jì)是沒(méi)有附加阻力損失的，如果用彎管流量計(jì)替代孔板流量計(jì)進(jìn)行計(jì)量，就可大大地減少運(yùn)行費(fèi)用，獲得可觀的經(jīng)濟(jì)效益；
3、彎管流量計(jì)傳感器耐磨損，對(duì)微量磨損不敏感。
4、可采用直接焊接法進(jìn)行安裝，使現(xiàn)場(chǎng)跑冒滴漏的麻煩得到徹底的解決。
5、適應(yīng)性強(qiáng)，量程范圍寬，直管段要求不嚴(yán)。只要是可以用孔板、渦街、均速管流量計(jì)來(lái)測(cè)量的管道內(nèi)流體流量都可以用彎管流量計(jì)進(jìn)行測(cè)量，而且在耐高溫、耐高壓、耐沖擊、耐振動(dòng)、耐潮濕、耐粉塵等方面，彎管流量計(jì)遠(yuǎn)優(yōu)于其它流量計(jì)。
如高溫、高壓、沖擊、振動(dòng)，對(duì)于渦街流量計(jì)來(lái)說(shuō)其使用性是十分有限的，這與其測(cè)量原理有關(guān)，實(shí)測(cè)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生較大的附加誤差影響了測(cè)量精度，造成測(cè)量不準(zhǔn)。所有這些問(wèn)題對(duì)彎管流量計(jì)來(lái)說(shuō)都不存在。
彎管流量計(jì)的量程比可達(dá)1：10，對(duì)于蒸汽，它的適用范圍為0～70m/s，可以較好地滿足蒸汽流量測(cè)量的要求。彎管流量計(jì)由于其特殊的測(cè)量原理，使其在實(shí)際應(yīng)用時(shí)對(duì)直管段的要求不嚴(yán)格，一般只要求前5D、后2D即可，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其他流量測(cè)量裝置的要求；
6、彎管流量計(jì)精度高，重現(xiàn)性好，測(cè)量精度可達(dá)1％，重現(xiàn)性精度可達(dá)0.02％，一次安裝后，不再需要重復(fù)拆裝，因此，其安裝精度也能得到最佳保證。
綜上所述，蒸汽流量?jī)x表的選用是非常重要的，準(zhǔn)確測(cè)量蒸汽流量是生產(chǎn)部門都需要和普遍關(guān)心的問(wèn)題。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，提高測(cè)量水平的呼聲越來(lái)越高。因此，應(yīng)針對(duì)生產(chǎn)實(shí)際情況，做一些細(xì)致的技術(shù)工作，切實(shí)探索出一條蒸汽流量測(cè)量的成功之路。
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