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抗振型渦街流量計對飽和蒸汽流量進行測量實踐

摘要：通過使用新型的抗振型渦街流量計對飽和蒸汽流量進行測量的實踐，測量數據的結果表明達到試驗預期目的。蒸汽小流量的測量失真問題和渦街流量計的振動干擾問題得到了解決。
蒸汽已經伴隨機車和工業革命走過幾個世紀。迄今為止，蒸汽已成為現代技術不可或缺的一部分。它被廣泛應用于食品、紡織、化工、醫藥、電力和供熱等工業領域，為現代社會生產了豐富多彩的產品。
蒸汽的使用是如此廣泛，因此對蒸汽的流量測量成為使用各方的重要關注點之一。隨著蒸汽應用的發展，對蒸汽流量測量的研究工作也得到廣泛開展。
1、蒸汽及其流量測量
1.1蒸汽概述
蒸汽是吸收潛熱后帶有一定壓力的水。蒸汽按狀態可分為飽和蒸汽和過熱蒸汽。由鍋爐產生的水蒸氣為飽和蒸汽，飽和蒸汽加熱得到過熱蒸汽。圖1說明了各種狀態蒸汽在不同溫度及壓力下的轉換關系。
飽和蒸汽在蒸汽中占有相當大的比例，而濕蒸汽是飽和蒸汽實際存在的幾乎**形式。含有液滴或液霧的蒸汽稱為濕蒸汽。嚴格來說，飽和蒸汽或多或少都含有液滴或液霧的雙相流體，所以，不同狀態下不能用同一氣體狀態方程式來描述。飽和蒸汽中液滴或液霧的含量反映了蒸汽的質量，一般用干度這一參數來表示。多年來的研究普遍認為飽和蒸汽具有如下特點：
1)飽和蒸汽的溫度與壓力之間一一對應，二者之間只有一個獨立變量。
2)飽和蒸汽容易凝結，在傳輸過程中如有熱量損失，蒸汽中便有液滴或液霧形成，并導致溫度與壓力的降低。
3)準確計量飽和蒸汽流量比較困難。因為飽和蒸汽的干度難以保證，一般流量計都不能準確檢測雙相流體的流量，蒸汽壓力波動將引起蒸汽密度的變化，流量計示值產生附加誤差。
1.2蒸汽流量測量
對于蒸汽流量測量的研究和應用都指出，影響蒸汽流量準確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*小流量(即量程比不足)；
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。
由于蒸汽本身的物理特性，即在輸送過程中常常是以汽、水兩相流出現(即飽和蒸汽的干度小于100%)，如果在蒸汽計量中沒有對干度進行修正，測量的準確度必定大為下降。在蒸汽計量中，為實現準確的測量，研究的一個方向是設法保持測量點處的蒸汽干度以滿足要求，必要時還要采取其他補償措施。近年來還有人提出“以能量替代質量作為蒸汽的結算單位”。
2、蒸汽流量計選型
2.1蒸汽流量計的類型及其優缺點
目前在工業上使用的流量計的類型非常多，其中適合蒸汽流量測量的流量計既有其優點，也有使用上的缺點。為確保蒸汽流量計的性能和精度，*重要的是選用的流量計要符合所使用的工況。表1對各類蒸汽流量計的優缺點和應用情況進行了比較。
國內目前使用比較流行的蒸汽流量計有孔板流量計、渦街流量計等。表2對某廠1990年在用的流量計進行了初步統計，表明孔板流量計和渦街流量計的使用占有主流地位。
隨著技術的進步和交流的增加，孔板流量計在精度和穩定性上的缺陷逐步被行業人士所認識，近年來孔板流量計安裝量減少。而渦街流量計基于其原理上的固有優勢，70年代以來得到了迅速發展。
據了解，現在日本、歐美等發達**使用渦街流量計的比例大幅度上升，已經廣泛用于各個領域。渦街流量計在**儀表行業引起普遍重視，被公認為未來有發展前景的流量計之一。渦街流量計將在未來流量儀表中占主導地位，是孔板流量計的理想替代產品。國內在近幾年開始逐步使用渦街流量計測量蒸汽流量，取得了不錯的效果。
2.2熱帶廠蒸汽工藝條件與環境
熱帶廠目前使用的蒸汽主要由加熱爐爐內管道汽化產生，蒸汽過渡儲存在汽包中。設計要求汽包工作壓力為0.50～0.80MPa，正常工作壓力為0.70MPa左右。汽包產生的蒸汽流量為3.0t/h。蒸汽通過DN100的管道輸送，蒸汽終端用戶為食堂和浴室，蒸汽主要用于加熱。圖2對熱帶廠的蒸汽去向作了簡單的說明。
熱帶廠蒸汽使用量從一天的時間段來看，存在著用量大小變化大、短時間集中用汽、大部分時間用汽小而均勻的特點。按季節來看，冬季的用汽量要明顯大于夏季。表3對熱帶廠的蒸汽使用情況作了簡單分析。
表3表明，測量熱帶廠蒸汽流量還需解決一個小流量的問題。
2.3蒸汽流量測量方案
由于現場安裝流量計的條件限制，且蒸汽管道附近的振動源比較多，受到頻繁的機械振動影響，因此決定選用新型的抗振型渦街流量計。該型渦街流量計在強度達2g、5～110Hz的強大全向振動干擾下，所有滿管式氣體流量計依舊保持優于0.5%精度、插入式氣體流量計依舊保持優于1.0%的精度。它的所有指標能符合形式實驗要求，抗振性能良好，能解決渦街流量計由于振動引起誤差的不足。
經過對檢測的蒸汽現場數據測量和計算，發現該蒸汽處于熱水與蒸汽的臨界點，即發生溫度或者壓力的微弱變化時，蒸汽可能轉化為熱水，也可能由熱水轉化為蒸汽。
根據熱帶廠蒸汽使用情況、工藝條件及現場環境；對于可能出現的時為熱水、時為蒸汽的情形；制定了流量計的安裝方案，即在流量計安裝上游管道適當位置安裝一只用于減壓的閥門，使得通過管道的熱水因壓力的大幅度下降而變成蒸汽。該方案通過降低壓力保證管道內始終是單相蒸汽，為蒸汽渦街流量計創造檢測必須的條件。
3、效果分析
根據既定方案在現場安裝了抗振型渦街流量計，安裝后的效果見圖3。
流量計安裝后進行現場調試。小流量測試采取的辦法是完全關閉下游用戶的蒸汽閥門，使通過流量計的蒸汽逐步減小至零，同時觀察二次儀表顯示的數據變化。經過反復幾次的測試，均觀察到蒸汽流量數據逐步變小直至零流量的現象。這初步說明不存在小流量測量數據失真的情況。對各個時間蒸汽瞬間流量的記錄(表4.1)說明隨著終端用戶蒸汽用量的變化，流量計的測量數值能準確的、實時的做出反應。
對渦街流量計的抗振性能用簡單方法做了驗證。在大流量和小流量兩種情況下，分別對流量計兩側的蒸汽管道進行大力度的敲擊，經多次試驗觀察，未發現數據出現突然變化的現象。這說明抗振型渦街流量計能處理振動對流量測量的干擾，能有效解決渦街流量計因振動引起誤差的缺陷。
抗振型渦街蒸汽流量計使用一個月，對數據進行收集和統計，得到每天蒸汽用量(參見圖4)。
對圖4的進行分析可以得到下面的結論，蒸汽的每天流量比較均勻，變化不大，流量曲線比較平緩，基本在14～19t/h之間波動。對照表4的瞬間流量數據，說明流量計的測量數據是準確的，與試驗預期的蒸汽用量符合。
4、結語
渦街流量計在蒸汽和低壓氣體的流量測量方面得到了廣泛應用，但抗振性差、抗干擾能力弱的缺陷局限了它的應用。熱帶廠選用抗振型渦街流量計進行蒸汽流量測量，從使用效果上來看，能完全滿足小流量蒸汽在干擾信號強烈的環境下的測量使用。通過一段時間的觀察，流量計運行穩定，測量數據準確。抗振型渦街流量計本身所具有的優勢，使得它在流量測量方面得到更多的應用。