摘要：蒸汽流量準(zhǔn)確計(jì)量,關(guān)系熱電企業(yè)、熱網(wǎng)用戶雙方的切身利益，體現(xiàn)著計(jì)量公平的原則。本文通過梅蘭熱電公司幾種蒸汽流量測(cè)量裝置的使用情況，提出未來蒸汽流量測(cè)量裝置選型方向，并對(duì)蒸汽流量測(cè)量裝置提出幾點(diǎn)注意事項(xiàng)。

1、引言

泰州梅蘭熱電有限公司現(xiàn)有二個(gè)熱電廠，*一熱電廠有5臺(tái)35噸/小時(shí)的鍋爐，*二熱電廠有3臺(tái)130噸/小時(shí)鍋爐，兩廠日產(chǎn)汽量13639噸，對(duì)外供熱量6843噸/日。供熱用戶達(dá)80家，如何準(zhǔn)確計(jì)量蒸汽流量，直接關(guān)系到全廠及熱網(wǎng)用戶經(jīng)濟(jì)效益。

2、主蒸汽流量測(cè)量裝置的選擇比較

*一熱電廠是1985年建設(shè)的熱電廠，現(xiàn)場蒸汽流量都采用噴嘴和孔板流量一次表。

標(biāo)準(zhǔn)孔板和噴嘴節(jié)流件**通用、并得到了國際標(biāo)準(zhǔn)組織認(rèn)可，無需實(shí)流校準(zhǔn)，即可投用。由于它們結(jié)構(gòu)簡單、牢固、性能穩(wěn)定可靠、價(jià)格低廉，所以應(yīng)用范圍廣，適合測(cè)量全部單相流體(液、氣、蒸汽)及部分混相流。其原理結(jié)構(gòu)如圖1、圖2、圖3。

目前我國蒸汽流量測(cè)量用表90%以上采用標(biāo)準(zhǔn)孔板節(jié)流裝置。但孔板流量計(jì)的缺點(diǎn)也是顯而易見，即入口直角銳利度在流體沖刷下易發(fā)生鈍化，國內(nèi)有關(guān)部門曾對(duì)新裝孔板進(jìn)行跟蹤校驗(yàn)，在孔板連續(xù)使用2-3個(gè)月時(shí)，鈍化引起流量系數(shù)偏差1-3%，個(gè)別嚴(yán)重的在4%以上，這已引起了業(yè)界高度重視。目前，解決標(biāo)準(zhǔn)孔板鈍化問題的*好方法是采用標(biāo)準(zhǔn)噴嘴，由于噴嘴的入口為光滑曲面，不易磨損，它的流量系數(shù)非常穩(wěn)定，所以JJG640-94規(guī)程規(guī)定ISA1932噴嘴的檢定周期為4年。再者，噴嘴在相同流量和相同β值條件下，阻力損失比孔板小得多(僅為孔板的50-60%)，長期運(yùn)行情況表明，由于噴嘴結(jié)構(gòu)上具有耐沖擊抗變形的優(yōu)點(diǎn)，適應(yīng)于高溫、高壓、高流速介質(zhì)。所以我公司*二熱電廠高壓高溫主蒸管道上都安裝噴嘴流量計(jì)，實(shí)踐表明，長期使用計(jì)量可靠穩(wěn)定。

3、供熱蒸汽流量測(cè)量裝置的選擇及流量計(jì)未來選型方向

由于孔板和噴嘴流量計(jì)在測(cè)量的重復(fù)性、精確度上，在眾多類型流量計(jì)中屬于中等水平，加之安裝問題，精確度難于提高。此外范圍度窄，由于流量系數(shù)與雷諾數(shù)有關(guān)，一般范圍度僅3:1，且有較長的直管段長度要求，對(duì)小熱用戶測(cè)量誤差大，特別是孔板流量計(jì)壓力損失大，造成對(duì)外供熱管損很大。

我廠對(duì)外供熱部分使用渦街流量計(jì)測(cè)量蒸汽流量。渦街流量計(jì)基于卡門渦街原理，原理如圖4。

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)**使用渦街流量計(jì)的比例大幅度上升，廣泛用于各個(gè)領(lǐng)域，未來是孔板流量計(jì)的理想替代產(chǎn)品。由于它具有其它流量計(jì)不可兼得的優(yōu)點(diǎn)：渦街流量計(jì)結(jié)構(gòu)簡單牢固，安裝維護(hù)方便，適用流體種類多，如液體、氣體、蒸汽和部分混相流體。整體式結(jié)構(gòu)精確度一般能達(dá)到測(cè)量值的(±1％～±2％)，而插入式結(jié)構(gòu)精度較低，此外范圍度較寬，量程比達(dá)到10∶1，壓損較小，約為孔板的1/4～1/2，渦街流量計(jì)輸出與流量成正比的脈沖信號(hào)，適用于總量計(jì)量。

同樣，渦街流量計(jì)不適用于低雷諾數(shù)測(cè)量(雷諾數(shù)Re≥20000），故在高粘度、低流速、小口徑環(huán)境下使用受到限制。測(cè)量精度受到管道流速不均因素影響較大，插入式結(jié)構(gòu)精度更低，易受安裝對(duì)稱性及管道截面積不確定因素的影響。穩(wěn)定性差，且受多種因素干擾，準(zhǔn)確調(diào)定困難。由于采用頻率信號(hào)，受環(huán)境電磁干擾嚴(yán)重?？拐鹦阅懿?，不適用于高速?zèng)_擊和強(qiáng)震動(dòng)場所，例如：對(duì)蒸汽測(cè)量，當(dāng)流速超過40m/s時(shí)，管道產(chǎn)生的附加振動(dòng)會(huì)引起較大的測(cè)量誤差，而40～60m/s正是蒸汽的經(jīng)濟(jì)流速。直管段要求高，對(duì)測(cè)量臟污介質(zhì)適應(yīng)性差。耐溫性能差，理論上工作在300℃以下，實(shí)際一般建議在200℃以下使用，雖然有耐高溫型渦街，但檢測(cè)元件長期在高溫環(huán)境工作，使用壽命也會(huì)大打折扣。儀表系數(shù)較小，分辨率低，口徑越大越低，一般用于DN300以下的管徑。

考慮到蒸汽流量計(jì)的精度、穩(wěn)定性和管道壓力損失問題，未來我廠在供熱蒸汽流量測(cè)量上有如下兩款流量計(jì)選型，以替換渦街流量計(jì)：

(1)V錐流量計(jì)：V錐流量計(jì)(V-cone flowmeter)是美國富沃得公司在20世紀(jì)80年代開始研發(fā)的一種差壓流量計(jì)，它的開發(fā)成功是差壓式流量測(cè)量質(zhì)的飛躍。它利用V錐體在流場中產(chǎn)生的節(jié)流效應(yīng)，通過檢測(cè)上下游壓差來測(cè)量流量。與普通節(jié)流件相比，它改變了節(jié)流布局，從中心孔節(jié)流改為環(huán)狀節(jié)流，工作原理如圖5。

實(shí)踐證明，V錐流量計(jì)與其他流量儀表相比，具有長期精度高、穩(wěn)定性好、受安裝條件局限小、耐磨損、測(cè)量范圍寬、壓損小、適合臟污介質(zhì)等優(yōu)點(diǎn)。而且V錐體本身作為流場的整流器而成為一種具有獨(dú)特性能的優(yōu)異的新型流量計(jì)。由V錐傳感器和差壓變送器組合而成的V錐流量計(jì)，可精確測(cè)量寬雷諾數(shù)(8000≤Re≤5E+7)范圍內(nèi)各種介質(zhì)的流量。新型V錐流量計(jì)主要技術(shù)參數(shù)：精度等級(jí)，0.5級(jí)；重復(fù)性好，優(yōu)于0.1%；工作壓力，0～40MPa(有多個(gè)壓力等級(jí)可供選擇)；工作溫度，-40～850℃；安裝直管段要求，前0-3D直管道，后0-1D直管段；量程比寬，通常為10∶1，選擇合適的參數(shù)可達(dá)到50：1；壓損小，同樣的β值，壓損是孔板1/3～1/5。

(2)彎管流量計(jì)：彎管流量計(jì)實(shí)際上是一個(gè)90度標(biāo)準(zhǔn)彎頭(如圖6)，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)范化管理不斷完善，彎管傳感器的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)制彎頭性價(jià)比越來越高，它的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單價(jià)格低廉；彎管流量計(jì)傳感器耐磨損，對(duì)微量磨損不敏感；安裝簡單可采用直接焊接法進(jìn)行安裝，現(xiàn)場跑冒滴漏問題得到徹底的解決；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(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)。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5-70m/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(D為蒸汽管道內(nèi)徑)后2D即可，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其他流量測(cè)量裝置的要求，彎管流量計(jì)精度高、重現(xiàn)性好，測(cè)量精度可達(dá)1.0%；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*佳保證，彎管流量計(jì)的*突出特點(diǎn)是無任何附加節(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。在節(jié)能降耗的背景下，為優(yōu)選流量計(jì)產(chǎn)品。

4、關(guān)于蒸汽流量測(cè)量裝置使用的幾個(gè)問題

1.蒸汽密度問題。目前對(duì)蒸汽流量測(cè)量使用的質(zhì)量流量，測(cè)量介質(zhì)都是指單相的過熱蒸汽或飽和蒸汽，對(duì)于混相蒸汽肯定存在測(cè)量不準(zhǔn)確的問題。

對(duì)于蒸汽的流量測(cè)量，一般都要進(jìn)行壓力和溫度補(bǔ)償，只重視差壓、溫度、壓力信號(hào)的準(zhǔn)確是不夠的，不能忽略密度在測(cè)量中的重要地位，因?yàn)橘|(zhì)量流量與密度有關(guān)，蒸汽流動(dòng)產(chǎn)生的差壓與密度在測(cè)量中是處于同等地位的，然而在實(shí)際使用中由于忽視了密度對(duì)流量測(cè)量的影響，蒸汽流量密度的計(jì)算，大多數(shù)采用的是簡單的數(shù)學(xué)表達(dá)式或查表法，造成蒸汽流量計(jì)量不準(zhǔn)確。

2.差壓信號(hào)傳送失真及引入的誤差。在差壓式流量計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中，對(duì)導(dǎo)壓管的敷設(shè)和儀表的安裝一般只簡單地提到一句，即差壓信號(hào)不應(yīng)有傳送失真。實(shí)際上要真正做到差壓信號(hào)的不失真?zhèn)魉褪欠浅２蝗菀椎?。例如流過流量計(jì)的流量已降到零了，但從流量計(jì)讀數(shù)來看，真正示值零的并不多。其中零點(diǎn)漂移的主要原因多半為差壓傳送過程中的失真。差壓信號(hào)的傳送失真使得差壓變送器上接收倒的差壓信號(hào)與節(jié)流裝置所產(chǎn)生的差壓信號(hào)不相等，從而引起附加誤差。差壓信號(hào)傳送失真包括穩(wěn)態(tài)值失真和動(dòng)態(tài)失真。在穩(wěn)定流條件下只存在穩(wěn)態(tài)值失真，在脈動(dòng)流條件下，既可能存在穩(wěn)態(tài)值失真又會(huì)有動(dòng)態(tài)失真。影響差壓信號(hào)傳送失真的因素主要有以下五個(gè)方面: 

①導(dǎo)壓管引向不合理和切斷閥設(shè)置不當(dāng)引起的誤差。差壓式蒸汽流量計(jì)中導(dǎo)壓管引向不合理和切斷閥設(shè)置不當(dāng)引入的誤差已在前面論述。

②冷凝器高度不相等引起的誤差。正負(fù)壓管上兩只冷凝器結(jié)構(gòu)應(yīng)對(duì)稱，安裝高度應(yīng)相等，從而有可能使得兩只冷凝器內(nèi)液位高度相等，因?yàn)橐何桓叨认嗖頻mm就會(huì)引入10Pa的差壓失真。

③隔離液液位高度不相等引起的誤差。

④引壓管線引起的傳送失真。保證導(dǎo)壓管線合理的坡度是為了使管內(nèi)可能出現(xiàn)的氣泡較快地升到氣體收集器內(nèi)或母管內(nèi)，使管內(nèi)可能出現(xiàn)的凝液較快地下沉到沉降器、排污閥或母管內(nèi)。

⑤三閥組可能引入的傳送失真。三閥組的通徑很小，在測(cè)量干燥氣體、蒸汽和液體時(shí)，一般不會(huì)有大問題，但在測(cè)量有可能析出凝液的低壓氣體時(shí)，往往會(huì)因一滴冷凝液堵在水平放置的三閥組流路中，引起很大誤差。解決此問題的簡單方法是改變差壓變送器的安裝方向，將三閥組的流路從水平改為垂直，并將差壓變送器安裝在高處等。

5、結(jié)束語

綜上所述，在選擇蒸汽流量測(cè)量裝置時(shí)，應(yīng)按測(cè)量的介質(zhì)、環(huán)境選用合適的測(cè)量裝置。隨著技術(shù)的發(fā)展，V錐流量計(jì)和彎管流量計(jì)將在更廣領(lǐng)域得到更大的應(yīng)用發(fā)展。