关于蒸汽流量测量的讨论
时间：2009-11-09 阅读：1889
供热行业中，蒸汽流量测不准是普遍问题，其中主要原因分析如下。 1．蒸汽的特点 蒸汽是比较特殊的介质，随着工况（如温度、压力）的变化，过热蒸汽经常会转变成为饱和蒸汽，形成汽液两相流介质。对于相流的经常变化的蒸汽，使用目前流量仪表测量气流量，肯定会存在测不准的问题。这个问题的解决方法是保持蒸汽的过热度，尽量减少蒸汽的含水量，例如加强蒸汽管道的保温措施，减少蒸汽的压力损失等，以提高测量的准确度。然而这些方法并不能*解决蒸汽流量测不准的问题，解决问题的根本办法是开发一种可测两相流动介质的流量仪表。 2．流量仪表的选型 至今为止，工业用流量仪表种类多达60余种，之所以这样，因为*还没有一种对任何流体、任何量程、任何流动状态以及任何使用条件都使用的流量仪表，每种流量仪表都有它特定的适用性，也有其局限性。如果流量仪表选择不当，流量肯定测量不准。但流量测量是一复杂的技术，而流量仪表种类繁多，即使针对某一确定的应用，选择一合适的流量仪表也就变成一项技术性很强的工作，需要在作出zui终选择之前仔细而深入地考虑和权衡许多与测量问题有关的因素。 在选择流量仪表时应考虑5个主要因素：被测流体特性、生产工艺情况、安装条件、维护需求以及流量仪表的特性。对蒸汽计量而言，同样要考虑以上5个因素。这里，着重讨论流量仪表的特性、安装条件、维护需求以及选用流量仪表应注意的几个问题。 目前，测量蒸汽流量的仪表主要有涡街流量计、差压式（孔板、均速管、V锥、弯管）流量计、分流旋翼式流量计、阿牛巴流量计,浮子式流量计等，这里主要讨论涡街流量计、孔板流量计、弯管流量计、和V锥流量计。 2.1 涡街流量计 涡街流量计是基于卡门涡街原理而研制成功的一种新型流量计，由于它具有其它流量计不可兼得的优点，70年代以来得到了迅速发展。据介绍，现在日本、欧美等发达国家使用涡街流量计的比例大幅度上升，已经广泛用于各个领域，将在未来流量仪表中占主导地位，是孔板流量计的理想替代产品。它具 有以下特点： ①结构简单牢固，无可动部件，长期运行十分可靠； ②维护十分方便，安装费用低； ③传感器不直接接触介质，性能稳定，寿命长； ④输出是与流量成正比的脉冲信号，无零点漂移，精度高，并方便与计算机联网； ⑤测量范围宽，量程比可达1：10 ⑥压力损失小，运行费用低，更具节能意义； ⑦在一定的雷诺数范围内，输出信号频率不受流体物理性质和组分变化影响，仪表系数仅与漩涡发生体的形状和尺寸有关，测量流体的体积流量无需补偿，调换配件后无需重新标定仪表的系数； ⑧应用范围广，气体、液体的流量均可测量； ⑨检定周期为2-4年。 同时涡街流量计也存在以下一定的局限性： ① 涡街流量计是一种速度式流量计，旋涡分离的稳定性受流速影响，故它对直管段有一定的要求，一般是*D、后5D； ② 测量液体时，上限流速受压损和气蚀现象限制，一般是0.5-8m/s； ③ 测量气体时，上限流速受介质可压缩性变化的限制，下限流速受雷诺数和传感器灵敏度的限制，蒸汽是8-25m/s； ④ 应力式涡街流量计对振动较为敏感，故在振动较大的管道安装流量计时，管道要有一定的减震措施； ⑤ 应力式涡街流量计采用压电晶体作为检测传感器，故其受温度的限制，一般为-40-+300℃。 2.2 孔板流量计 孔板流量计应用历史悠久，有标准，理论精度高，应用十分普遍，但经过几十年的应用，发现孔板流量计有以下不足： ① 应用中许多因素（设计参数与工况参数不符，上游直管段不足，孔板和管道不同心，孔板A面受污，锐角磨损等）对其测量精度有非常大的影响，使其测量误差增大； ② 安装较为麻烦，维护及拆洗的工作量较大； ③ 需配差压变送器使用，增加了维护的工作量，另需敷设导压管，且在冬季需对导压管进行保温，不可以安装在室外； ④ 流量量程比为1：3，局限性大； ⑤ 若安装不正确，容易发生蒸汽泄漏； ⑥ 压力损失较大，运行费用高。 2.3 弯管流量计 ① 结构简单，价格低廉。弯管传感器实际上是一个90度标准弯头，没有比它结构更简单的流量传感器了。随着机械加工工业的发展和行业标准化及规范化管理的不断完善，用作弯管传感器的标准机制弯头其质量越来越好，价格也越来越低； ② 无任何附加节流件或插入件，可大大降低流体在管道内输送的动力消耗，节约能源，尤其对那些大系统、大管径、低压头的测量对象好处更加明显。 下面举一个简单的例子予以说明。为维持一台安装在每小时数千吨流量供热管道的孔板流量计正常运行，一个采暖季节约需多耗电数万度，折合人民币数万元。这里仅考虑孔板流量计压力损失为几千帕，实际运行时远远超过这个值。即便是这几千帕的压力损失，它所造成的附加运行费用也是不可忽视的。表1给出的数据为目前热力管网用主管道流量范围在不同的压力损失时，孔板流量计引起的循环泵额外耗电量、电耗费用、折合标准煤量、购煤费用的单台孔板流量计在一个取暖季节运行费用的数据，其中运行天数按120天、电价按0.35元／度、标准煤价按200元/t计算。 表一压力损失千帕 流量 m3•h-1 耗电量 kw•h 电费万元 煤量 t 煤费万元 运行费用万元 30 2000 48000 1.68 5.90 0.118 1.562 4000 96000 3.36 11.79 0.2358 3.1242 8000 192000 6.72 23.58 0.4616 6.2584 10000 240000 8.40 29.48 0.5896 7.8104 20 2000 32000 1.12 3.93 0.0786 1.0414 4000 64000 2.24 7.86 0.1572 2.0828 8000 128000 4.48 15.72 0.3144 4.1656 10000 160000 5.60 19.65 0.3930 5.207 10 2000 16000 0.56 1.965 0.0393 0.5207 4000 32000 1.12 3.93 0.0786 1.0414 8000 64000 2.24 7.86 0.1572 2.0828 10000 80000 2.80 9.825 1.1965 2.6035 由表1可见，一个流量为4000m3/h的中型热网，当孔板压力损失为30千帕时，仅一台孔板流量计就多耗9.6万度电，运行费用为3.12万元，对于流量为10000m3/h的大型热网，额外耗电量达24万度，运行费用7.8万元。而弯管流量计是没有附加阻力损失的，如果用弯管流量计替代孔板流量计进行计量，就可大大地减少运行费用，获得可观的经济效益； ③ 弯管流量计传感器耐磨损，对微量磨损不敏感； ④ 可采用直接焊接法进行安装，使现场跑冒滴漏的麻烦得到*的解决； ⑤ 适应性强，量程范围宽，直管段要求不严。只要是可以用孔板、涡街、均速管流量计来测量的管道内流体流量都可以用弯管流量计进行测量，而且在耐高温、耐高压、耐冲击、耐振动、耐潮湿、耐粉尘等方面，弯管流量计远优于其它流量计。 如高温、高压、冲击、振动，对于涡街流量计来说其使用性是十分有限的，这与其测量原理有关，实测测量结果产生较大的附加误差影响了测量精度，造成测量不准。所有这些问题对弯管流量计来说都不存在。 弯管流量计的量程比可达1：10，对于蒸汽，它的适用范围为0-70m/s，可以较好地满足蒸汽流量测量的要求。弯管流量计由于其特殊的测量原理，使其在实际应用时对直管段的要求不严格，一般只要求前5D、后2D即可，远远低于其他流量测量装置的要求； ⑥弯管流量计精度高，重现性好，测量精度可达1.14％，重现性精度可达0.2％，一次安装后，不再需要重复拆装，因此，其安装精度也能得到*保证。 ⑦弯管流量计的标定比较麻烦，弯头的制作没有国家标准，很难控制其加工精度，另外计算方式是独立的，其通用性较差，从而影响了其普遍应用推广。 2.4 塔形（V型锥）流量计 以孔板、喷嘴和文丘里管为代表的差压式流量计（统称标准节流装置）已统领流量领域近百年，其优点是已经标准化、结构简单牢固、易于加工制造、价格低廉、通用性强。近百年来人们从未间断过对它们的研究和改善工作，但是由于先天结构上的缺陷，其本身固有的一些缺点，至今仍然没能得到很好的解决。如：流出系数不稳定、线性差、重复性不高从而影响到准确度也不高。孔板入口锐角这个关键部位易磨损、前部易积污、量程比小、压力损失大，特别是十分苛刻的直管段要求在实际使用中很难满足等。 为了克服上述这些不足，人们曾研制出1/4圆孔板、锥形入口孔板、圆缺孔板、偏心孔板、楔形孔板、可更换孔板、弯管等诸多的非标准节流件，试图解决这些问题。但是这些节流件同标准孔板一样，大都没有突破“流体中心突然收缩”这个模式，只是或多或少改善了局部某一个问题，并没有从根本上*解决所有问题, 这种改进工作到了80年代中期才有了突破性的发展：塔形流量计出现打破了沿袭近百年的模式结构，使得节流式差压仪表发生了“质的飞跃”。 塔形流量计的重大突破在于：变流体在管道中心收缩为管道边璧逐渐收缩，即利用同轴安装在管道中的塔形体（节流件），迫使流体逐渐从中心收缩到管道内边壁而流过塔形体，通过测量塔形体前后的压差来得到流体的流量。正是这个边璧收缩的结构，使得塔形流量计具有了一系列其他差压仪表无法相比的优点，*克服了以孔板为代表的传统差压仪表的诸多缺点。经过国内外10多年的应用和多次测试，已充分证明它能在极短的直管段条件下，以更宽的量程比对各种流体（包括脏污、低流速）进行更准确更有效的测量。从此揭开了差压式流量仪表划时代的崭新一页。可以预言，随着人们对它逐渐认识、了解、熟悉和掌握，V 形内锥节流装置由一种非标准节流装置晋升为标准节流装置，即随着国家关于V 形内锥节流装置的标准的出台，它必将逐渐和*取代以孔板为代表的传统差压仪表。 塔形流量计的国家标准还没有出台，目前国内一些专家对于塔形流量计的应用还有质疑，并且标定取证也很麻烦，在目前情况下，用于贸易结算的表须逐台标定，手续烦琐，费用高，影响推广使用。 综上所述，蒸汽流量仪表的选用是非常重要的，准确测量蒸汽流量是生产部门都需要和普遍关心的问题。随着经济的发展，提高测量水平，减少能耗指标的呼声越来越高。因此，应针对生产实际情况，做一些细致的技术工作，切实探索出一条蒸汽流量测量的成功之路，乃是当务之急！