蒸汽流量計(jì)的選型分析
發(fā)布時(shí)間：2023-02-21 09:39:56來源：hseauto.cn來源：..
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供熱行業(yè)中，蒸汽流量測不準(zhǔn)是普遍問題，其中主要原因分析如下。
1、蒸汽的特點(diǎn)
蒸汽是比較特殊的介質(zhì)，隨著工況（如溫度、壓力）的變化，過熱蒸汽經(jīng)常會(huì)轉(zhuǎn)變成為飽和蒸汽，形成汽液兩相流介質(zhì)。對于相流的經(jīng)常變化的蒸汽，使用目前流量儀表測量氣流量，肯定會(huì)存在測不準(zhǔn)的問題。這個(gè)問題的解決方法是保持蒸汽的過熱度，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，以提高測量的準(zhǔn)確度。然而這些方法并不能徹底解決蒸汽流量測不準(zhǔn)的問題，解決問題的根本辦法是開發(fā)一種可測兩相流動(dòng)介質(zhì)的流量儀表。
2、流量儀表的選型
至今為止，工業(yè)用流量儀表種類多達(dá)60余種，之所以這樣，因?yàn)槭飞线€沒有一種對任何流體、任何量程、任何流動(dòng)狀態(tài)以及任何使用條件都使用的流量儀表，每種流量儀表都有它特定的適用性，也有其局限性。如果流量儀表選擇不當(dāng)，流量肯定測量不準(zhǔn)。但流量測量是一種復(fù)雜的技術(shù)，而流量儀表種類繁多，即使針對某一確定的應(yīng)用，選擇一種合適的流量儀表也就成為一項(xiàng)技術(shù)性很強(qiáng)的工作，需要在作出最終選擇之前仔細(xì)而深入地考慮和權(quán)衡許多與測量問題有關(guān)的因素。在選擇流量儀表時(shí)應(yīng)考慮5個(gè)主要因素：被測流體特性、生產(chǎn)工藝情況、安裝條件維護(hù)需求以及流量儀表的特性。對蒸汽計(jì)量而言，同樣要考慮以上5個(gè)因素。這里，著重討論流量儀表的特性、安裝條件、維護(hù)需求以及選用流量儀表應(yīng)注意的幾個(gè)問題目前，測量蒸汽流量的儀表主要有渦街流量計(jì)、差壓式（孔板、均速管、V錐、彎管）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)、彎管流量計(jì)和V錐流量計(jì)。
2.1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)，由于它具有其它流量計(jì)不可兼得的優(yōu)點(diǎn)，70年代以來得到了迅速發(fā)展。據(jù)介紹，現(xiàn)在日本、歐美等發(fā)達(dá)國家使用渦街流量計(jì)的比例大幅度上升，已經(jīng)廣泛用于各個(gè)領(lǐng)域，將在未來流量儀表中占主導(dǎo)地位，是孔板流量計(jì)的理想替代產(chǎn)品。它具有以下特點(diǎn)：
①結(jié)構(gòu)簡單牢固，無可動(dòng)部件，長期運(yùn)行十分可靠；
②維護(hù)十分方便，安裝費(fèi)用低：
③傳感器不直接接觸介質(zhì)，性能穩(wěn)定，壽命長：
④輸出是與流量成正比的脈沖信號，無零點(diǎn)漂移，精度高，并方便與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)：
⑤測量范圍寬，量程比可達(dá)1：10：
⑥壓力損失小，運(yùn)行費(fèi)用低，更具節(jié)能意義；
⑦在一定的雷諾數(shù)范圍內(nèi)，輸出信號頻率不受流體物理性質(zhì)和組分變化影響，儀表系數(shù)僅與漩渦發(fā)生體的形狀和尺寸有關(guān)，測量流體的體積流量無需補(bǔ)償，調(diào)換配件后無需重新標(biāo)定儀表的系數(shù)：
⑧應(yīng)用范圍廣，氣體、液體的流量均可測量：
⑨檢定周期為2-4年。
同時(shí)渦街流量計(jì)也存在以下一定的局限性：
①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，故它對直管段有一定的要求，一般是前10D、后5D：
②測量液體時(shí)，上限流速受壓損和氣蝕現(xiàn)象限制，一般是0.5-8m/s：
③測量氣體是，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：
④應(yīng)力式渦街流量計(jì)對振動(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：
⑤應(yīng)力式渦街流量計(jì)采用壓電晶體作為檢測傳感器，故其受溫度的限制，一般為-40-+300℃
2.2孔板流量計(jì)
孔板流量計(jì)應(yīng)用歷史悠久，有國際標(biāo)準(zhǔn)，理論精度高，應(yīng)用十分普遍，但經(jīng)過幾十年的應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)孔板流量計(jì)有以下不足：
①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）對其測量精度有非常大的影響，使其測量誤差增大：
②安裝較為麻煩，維護(hù)及拆洗的工作量較大：
③需配差壓變送器使用，增加了維護(hù)的工作量，另需敷設(shè)導(dǎo)壓管，且在冬季需對導(dǎo)壓管進(jìn)行保溫，不可以安裝在室外：
④流量量程比為1：3，局限性大：
⑤若安裝不正確，容易發(fā)生蒸汽泄漏；
⑥壓力損失較大，運(yùn)行費(fèi)用高。
2.3彎管流量計(jì)
①結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格低廉。彎管傳感器實(shí)際上是一個(gè)90度標(biāo)準(zhǔn)彎頭，沒有比它結(jié)構(gòu)更簡單的流量傳感器了。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)量越來越好，價(jià)格也越來越低：
②無任何附加節(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，尤其對那些大系統(tǒng)、大管徑、低壓頭的測量對象好處更加明顯
下面舉一個(gè)簡單的例子予以說明。為維持一臺安裝在每小時(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)萬度，折合人民幣數(shù)萬元。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、購煤費(fèi)用的單臺孔板流量計(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/L計(jì)算。
由表1可見，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，僅一臺孔板流量計(jì)就多耗9.6萬度電，運(yùn)行費(fèi)用為3.12萬元，對于流量為10000m3/h的大型熱網(wǎng)，額外耗電量達(dá)24萬度，運(yùn)行費(fèi)用7.8萬元。而彎管流量計(jì)是沒有附加阻力損失的，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)來測量的管道內(nèi)流體流量都可以用彎管流量計(jì)進(jìn)行測量，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)，對于渦街流量計(jì)來說其使用性是十分有限的，這與其測量原理有關(guān)，實(shí)測測量結(jié)果產(chǎn)生較大的附加誤差影響了測量精度，造成測量不準(zhǔn)。所有這些問題對彎管流量計(jì)來說都不存在。彎管流量計(jì)的量程比可達(dá)1：10，對于蒸汽，它的適用范圍為0-70m/s，可以較好地滿足蒸汽流量測量的要求。彎管流量計(jì)由于其特殊的測量原理，使其在實(shí)際應(yīng)用時(shí)對直管段的要求不嚴(yán)格，一般只要求前5D、后2D即可，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其他流量測量裝置的要求；
⑥彎管流量計(jì)精度高，重現(xiàn)性好，測量精度可達(dá)1.14%，重現(xiàn)性精度可達(dá)0.2%，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
2.4塔形（V型錐）流量計(jì)
以孔板、噴嘴和文丘里管為代表的差壓式流量計(jì)（統(tǒng)稱標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置）已統(tǒng)領(lǐng)流量領(lǐng)域近百年，其優(yōu)點(diǎn)是已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化、結(jié)構(gòu)簡單牢固、易于加工制造、價(jià)格低廉、通用性強(qiáng)。近百年來人們從未間斷過對它們的研究和改善工作，但是由于先天結(jié)構(gòu)上的缺陷，其本身固有的一些缺點(diǎn)，至今仍然沒能得到很好的解決如：流出系數(shù)不穩(wěn)定、線性差、重復(fù)性不高從而影響到準(zhǔn)確度也不高。孔板入口銳角這個(gè)關(guān)鍵部位易磨損、前部易積污、量程比小、壓力損失大，特別是十分苛刻的直管段要求在實(shí)際使用中很難滿足等。
為了克服上述這些不足，人們曾研制出1/4圓孔板、錐形入口孔板、圓缺孔板、偏心孔板、楔形孔板、可更換孔板、彎管等諸多的非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流件，試圖解決這些問題。但是這些節(jié)流件同標(biāo)準(zhǔn)孔板一樣，大都沒有突破“流體中心突然收縮”這個(gè)模式，只是或多或少改善了局部某一個(gè)問題，并沒有從根本上徹底解決所有問題，這種改進(jìn)工作到了80年代中期才有了突破性的發(fā)展：塔形流量計(jì)出現(xiàn)打破了沿襲近百年的模式結(jié)構(gòu)，使得節(jié)流式差壓儀表發(fā)生了“質(zhì)的飛躍”。
塔形流量計(jì)的重大突破在于：變流體在管道中心收縮為管道邊璧逐漸收縮，即利用同軸安裝在管道中的塔形體（節(jié)流件），迫使流體逐漸從中心收縮到管道內(nèi)邊壁而流過塔形體，通過測量塔形體前后的壓差來得到流體的流量。正是這個(gè)邊璧收縮的結(jié)構(gòu)，使得塔形流量計(jì)具有了一系列其他差壓儀表無法相比的優(yōu)點(diǎn)，徹底克服了以孔板為代表的傳統(tǒng)差壓儀表的諸多缺點(diǎn)。經(jīng)過國內(nèi)外10多年的應(yīng)用和多次測試，已充分證明它能在極短的直管段條件下，以更寬的量程比對各種流體（包括臟污、低流行更準(zhǔn)確更有效的測量。從此揭開了差壓式流量儀表劃時(shí)代的嶄新一頁。可以預(yù)言，隨著人們對它逐漸認(rèn)識、了解、熟悉和掌握，V形內(nèi)錐節(jié)流裝置由一種非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置晉升為標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置，即隨著國家關(guān)于V形內(nèi)錐節(jié)流裝置的標(biāo)準(zhǔn)的出臺，它必將逐漸和完全取代以孔板為代表的傳統(tǒng)差壓儀表。
綜上所述，蒸汽流量儀表的選用是非常重要的，準(zhǔn)確測量蒸汽流量是生產(chǎn)部門都需要和普遍關(guān)心的問題。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，提高測量水平的呼聲越來越高。因此，應(yīng)針對生產(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量的成功之路。
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