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蒸汽流量的準確計量方法

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蒸汽流量的計量一直是蒸汽應用的重要內容之一,使用蒸汽流量計的主要目的包括: 1)監測能源的使用效率;2)改進工藝制程的控制;3)計量蒸汽用量,進行內部或外部的計費。
  目前,在國內關于蒸汽測量方面存在不少誤區,很多用戶往往認為購買了高品質的流量計就可以得到準確的計量結果。而蒸汽的計量不同于其它流體如水、空氣等介質,在實際測量中影響其精確測量的因素較多。因此經常會出現流量計本身檢定合格,而實際卻感覺計量“不準”的現象。
  影響
蒸汽流量計量的因素主要有以下幾方面:1)實際蒸汽流量低于流量計的可精確計量的最小流量(量程比不足);2)流量計上下游安裝的直管段不足(存在流動擾動);3)蒸汽的密度補償不正確(測溫測壓不準);4)蒸汽中含水(未作干度補償);5)現場存在振動和干擾(渦街流量計);6)差壓傳送誤差(差壓式流量計)等等。下面具體討論一下影響蒸汽計量的實際問題:
  1. 量程比不足
  量程比是指一個流量計能確保給定的精度和再現性的范圍內,所能測量的最大流量和最小流量之比。但涉及量程比時我們必須小心,因為量程比是基于實際的流速,蒸汽系統一般的最大允許速度為35m/s,更高的流動速度會引起系統的沖蝕和噪音。而不同的流量計允許的最低流速是不同的,一般渦街流量計所能測量的最低蒸汽流速為2.8m/s,對于量程比不足的情況,應采用大量程比的流量計(Gilflo ILVA流量計的最低允許流速為0.6m/s,最大量程比可達100:1)或選擇多個流量計并聯。
  2. 上下游直管段不足
  對于傳統的渦街或
孔板流量計,其前后安裝直管段要求分別約為20D和5D。如果上下游直管段不足,則會導致流體未充分發展,存在旋渦和流速分布剖面畸變。流速剖面畸變通常由管道局部阻礙(如閥門)或彎管所造成,而旋渦普遍是由兩個或兩個以上空間(立體)彎管所引起的。上下游直管段不足可以通過安裝流動調整器來調整。最簡單有效的辦法是采用對上下游直管段要求較低的流量計,如斯派莎克的ILVA流量計(上游6D,下游3D)。
  3. 蒸汽的密度補償不正確(測溫測壓不準)
  為了正確計量蒸汽的質量流量,必須考慮蒸汽壓力和溫度的變化,即蒸汽密度補償。不同類型的流量計受密度變化影響的方式不同。智能渦街流量計
的信號輸出只和流速有關,而和介質的密度、壓力和溫度無關,差壓式流量計其質量流量與流量計的幾何外型、差壓平方根和密度平方根有關。因此,渦街式流量計受密度變化的影響要大于差壓式流量計。
  a)補償精確度的差異
  采用溫度補償和壓力補償分別能得到多少補償精確度,不僅同溫度傳感器和壓力變送器的精度有關,而且同流量計類型、具體測量的工況和壓力變送器的量程選擇有關??傮w來說,測溫對補償精確度影響較大。如采用相同精度等級的溫度和壓力感應器,測溫誤差引起的密度差異要大于測壓誤差。壓力為7barg的飽和蒸汽,用A級鉑熱電阻測溫,其誤差限為±0.49C,據此查蒸汽密度表,流量補償不確定度為±0.56%R(差壓式)和±1.11%R(渦街式)。如選用0.2級的壓力變送器進行測量,誤差限為±2kPa,流量補償不確定度為±0.13%R(差壓式)和±0.25%R(渦街式)。
  b)壓力測量影響因素
  在蒸汽壓力的測量中,由于引壓管內冷凝水的重力作用會使壓力變送器測量到的壓力同蒸汽壓力之間出現一定的差值。測壓誤差如果不予以校正,則會影響蒸汽密度的計算,引起流量計量的誤差。一般對于上述現象,可在二次表(流量計算機內)進行零點遷移,既簡單又準確。
  c)溫度測量影響因素
  從流量計現場使用的情況來看,溫度測量誤差除了測溫元件的固有誤差之外,還同安裝的不規范有關。例如,測溫鉑熱電阻的插入深度不夠,鉑熱電阻的安裝保護套內未充入導熱油,鉑熱電阻未按規定側向安裝,安裝鉑熱電阻的管道上無保溫層等,都將導致測溫偏低。
  對于需要減壓使用的蒸汽,應將流量計安裝在減壓閥之前,此時蒸汽未經減壓,按飽和蒸汽補償方法處理,可保證測量精度。如果流量計只能安裝在減壓閥后面,則蒸汽有可能過熱,應同時進行溫度和壓力補償,以保證精度。
  4. 蒸汽干度的影響(飽和蒸汽)
  目前,用于測量蒸汽流量的流量計大部分為體積流量計,首先測得體積流量,然后通過蒸汽的密度計算質量流量,也就是假定蒸汽為完全干燥。但是,蒸汽并非完全干燥,如果不考慮蒸汽干度的影響,得出的數據會低于實際的流量。
  對于差壓式流量計,實際的蒸汽流量和假定干蒸汽(蒸汽干度=1)所測得的流量可以用以下公式近似表達:
  其中:  = 實際干度下的質量流量 kg/h   = 干飽和蒸汽下的流量 kg/h χ = 蒸汽干度
  因此流量計的二次儀表(流量計算機)應該具有設置飽和蒸汽干度的功能。但在實際工況確定蒸汽的干度也很困難。如果能夠改進
蒸汽流量計入口處的蒸汽品質,則能改進蒸汽流量計的測量精度。因此,我們建議在流量計的上游安裝汽水分離裝置,以提高測量準確性。
  5. 管道振動
  渦街流量計等對機械振動比較敏感,計量結果易受干擾,應對流量計前后管道作可靠的支撐設計。如管道振動不可避免,應采用抗干擾能力強的差壓式流量計,如斯派莎克ILVA流量計。
  6. 差壓傳送誤差(差壓式流量計)
  a)零點漂移
  差壓變送器安裝到現場投入時,往往發現零位輸出出廠校驗時的零位輸出不一致。這種零位輸出偏離稱為靜壓誤差。其調整方法是向正負壓室通入相同的靜壓,將三閥組的高低壓閥中一個打開,另一個關閉,將平衡閥打開,如果懷疑正負壓室內尚未充滿被測介質,則可通過正負壓室上的泄流閥排盡積氣(或積液),然后再檢查變送器的輸出。
  b)引壓管布置不合理
  引壓管線應保證合理的坡度使管內可能出現的氣泡較快地升到母管內,管內出現的雜質等較快地下沉到排污閥。引壓管線應定期檢查維護,確保無泄漏無堵塞。引壓管的內徑與被測流體的性質和引壓管總長度有關,對于蒸汽系統,引壓管的內徑一般在10mm左右。為了避免正負壓引壓管內介質溫度不一致,導致密度出現差異,引起傳送失真,正負引壓管應盡量靠近布置。當用于室外或嚴寒地區時,引壓管中的液體可能會結冰,因此需要伴熱保溫,但應避免將伴熱管直接繞在引壓管上,導致介質部分汽化,出現虛假誤差。
  總 結
  為了正確測量蒸汽的流量,用戶在實際應用必須充分注意:
  (1)蒸汽流量的變化,盡可能選擇流量量程比大的流量計,避免在小流量時測量不正確和流量“丟失”現象。
  (2)蒸汽系統壓力和溫度的變化,為避免壓力或溫度的波動引起的非測量性誤差,蒸汽流量計應具有自動蒸汽密度補償的功能。
  (3)飽和蒸汽干度的影響,應注意干度的修正,同時確保供給流量計高品質的蒸汽。
  (4)確保蒸汽流量正確計量,流量計良好的安裝非常關鍵。