蒸汽流量計(jì)量分析的優(yōu)秀論文
1蒸汽流量計(jì)量的特點(diǎn)
1.1飽和蒸汽流量計(jì)量中的“兩相流”
當(dāng)前，用戶基本上都使用飽和蒸汽，通常用干度(指飽和蒸汽中的含水量多少)來(lái)衡量飽和蒸汽的質(zhì)量好壞。最好的是干飽和蒸汽，一般稱為過(guò)熱飽和蒸汽，其含水量可忽略不計(jì)；干度差的稱濕飽和蒸汽，含水量最多可達(dá)30%，這就存在著飽和蒸汽的“兩相流”問(wèn)題。因?yàn)槿魏握羝?jì)量?jī)x表在計(jì)算飽和蒸汽流量時(shí)所用的設(shè)計(jì)壓力下的蒸汽密度值都采用其干度X=1時(shí)的數(shù)值，也就是干蒸汽的數(shù)值；同時(shí)，濕蒸汽因含有密度比干蒸汽大數(shù)百倍的液體水粒，在管道中流動(dòng)時(shí)其速度要比干蒸汽小，這樣所測(cè)得的差壓值就低了，反映在儀表讀數(shù)、記錄上就存在著密度和流速受干度影響所帶來(lái)的疊加性的雙重負(fù)誤差，并造成濕飽和蒸汽計(jì)量難度。
1.2蒸汽流量計(jì)量中的蒸汽密度補(bǔ)償
計(jì)量飽和蒸汽或過(guò)熱蒸汽常用質(zhì)量流量，單位為kg/h或t/h。質(zhì)量流量大小與蒸汽的密度有關(guān)，而蒸汽的密度又直接受蒸汽的壓力及溫度影響。在蒸汽計(jì)量過(guò)程中，隨著蒸汽壓力及溫度不斷變化，密度也隨著變化，使質(zhì)量流量也隨著變化。如果計(jì)量?jī)x表不能跟蹤這種變化，勢(shì)必造成計(jì)量誤差。在蒸汽計(jì)量過(guò)程中，一般都是通過(guò)壓力及溫度傳感器跟蹤蒸汽壓力及溫度變化來(lái)達(dá)到密度補(bǔ)償目的。飽和蒸汽的密度變化與其壓力或溫度成正比關(guān)系，因而單獨(dú)通過(guò)測(cè)壓力或測(cè)溫度都可以對(duì)飽和蒸汽進(jìn)行密度補(bǔ)償。過(guò)熱蒸汽的密度與其壓力、溫度成函數(shù)關(guān)系，而不是正比關(guān)系。過(guò)熱蒸汽的密度補(bǔ)償必須同時(shí)測(cè)其壓力和溫度�，F(xiàn)代蒸汽流量計(jì)都具有白動(dòng)密度補(bǔ)償。
1.3蒸汽流量計(jì)量中的高溫高壓?jiǎn)栴}
高溫高壓是蒸汽計(jì)量又一顯著特點(diǎn)，它造成大多數(shù)流量計(jì)量?jī)x表難以適應(yīng)，因而可供蒸汽計(jì)量的儀表種類不多。例如大型熱電廠輸送的過(guò)熱蒸汽，有的高達(dá)500℃以上，壓力高達(dá)10MPa以上。使用蒸汽計(jì)量?jī)x表首先要考慮耐高溫、高壓，而且要求有良好的穩(wěn)定性、可靠性、密封性。一般都請(qǐng)廠家專門設(shè)計(jì)制造，并留有相當(dāng)?shù)挠嗟�，以確保安全可靠運(yùn)行。
2影響蒸汽流量計(jì)量的主要問(wèn)題
當(dāng)前，在國(guó)內(nèi)關(guān)于蒸汽測(cè)量方面存在不少誤區(qū)，很多用戶往往認(rèn)為購(gòu)買了高品質(zhì)的流量計(jì)就可以得到準(zhǔn)確的計(jì)量結(jié)果。蒸汽的計(jì)量不同于其它流體如水、空氣等介質(zhì)，在實(shí)際測(cè)量中影響其精確測(cè)量的因素較多，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)流量計(jì)本身檢定合格，而實(shí)際卻感覺(jué)計(jì)量“不準(zhǔn)”的現(xiàn)象。影響蒸汽流量準(zhǔn)確計(jì)量的因素主要有以下六個(gè)方面。
(1)量程比不足。量程比是指一個(gè)流量計(jì)能確保給定的精度和再現(xiàn)性的范圍內(nèi)，所能測(cè)量的最大流量和最小流量之比。但涉及量程比時(shí)我們必須小心，因?yàn)榱砍瘫仁腔趯?shí)際的流速，蒸汽系統(tǒng)一般的最大允許速度為35m/s，更高的流動(dòng)速度會(huì)引起系統(tǒng)的沖蝕和噪音。而不同的流量計(jì)允許的最低流速是不同的，一般渦街流量計(jì)所能測(cè)量的最低蒸汽流速為2.8m/s，對(duì)于量程比不足的情況，應(yīng)采用大量程比的`流量計(jì)（GilfloILVA流量計(jì)的最低允許流速為0.6m/s，最大量程比可達(dá)100：1）或選擇多個(gè)流量計(jì)并聯(lián)。
(2)上下游直管段不足。對(duì)于傳統(tǒng)的渦街或孔板流量計(jì)，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(huì)導(dǎo)致流體未充分發(fā)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(gè)或兩個(gè)以上空間（立體）彎管所引起的。上下游直管段不足可以通過(guò)安裝流動(dòng)調(diào)整器來(lái)調(diào)整，最簡(jiǎn)單有效的辦法是采用對(duì)上下游直管段要求較低的流量計(jì)。
(3)蒸汽的密度補(bǔ)償不正確。為了正確計(jì)量蒸汽的質(zhì)量流量，必須考慮蒸汽壓力和溫度的變化，即蒸汽密度補(bǔ)償。不同類型的流量計(jì)受密度變化影響的方式不同。渦街流量計(jì)的信號(hào)輸出只和流速有關(guān)，而和介質(zhì)的密度、壓力和溫度無(wú)關(guān)，差壓式流量計(jì)其質(zhì)量流量與流量計(jì)的幾何外型、差壓平方根和密度平方根有關(guān)。①補(bǔ)償精確度的差異。測(cè)溫對(duì)補(bǔ)償精確度影響較大。如采用相同精度等級(jí)的溫度和壓力感應(yīng)器，測(cè)溫誤差引起的密度差異要大于測(cè)壓誤差。②壓力測(cè)量影響因素。在蒸汽壓力的測(cè)量中，由于引壓管內(nèi)冷凝水的重力作用會(huì)使壓力變送器測(cè)量到的壓力同蒸汽壓力之間出現(xiàn)一定的差值。測(cè)壓誤差如果不予以校正，則會(huì)影響蒸汽密度的計(jì)算，引起流量計(jì)量的誤差。對(duì)于上述現(xiàn)象，可在二次表（流量計(jì)算機(jī)內(nèi)）進(jìn)行零點(diǎn)遷移，既簡(jiǎn)單又準(zhǔn)確。③溫度測(cè)量影響因素。從流量計(jì)現(xiàn)場(chǎng)使用的情況來(lái)看，溫度測(cè)量誤差除了測(cè)溫元件的固有誤差之外，還同安裝的不規(guī)范有關(guān)。
(4)蒸汽干度的影響。目前，用于測(cè)量蒸汽流量的流量計(jì)大部分為體積流量計(jì)，首先測(cè)得體積流量，然后通過(guò)蒸汽的密度計(jì)算質(zhì)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(shù)據(jù)會(huì)低于實(shí)際的流量。因此流量計(jì)的二次儀表（流量計(jì)算機(jī)）應(yīng)該具有設(shè)置飽和蒸汽干度的功能。但在實(shí)際工況確定蒸汽的干度也很困難。如果能夠改進(jìn)蒸汽流量計(jì)入口處的蒸汽品質(zhì)，則能改進(jìn)蒸汽流量計(jì)的測(cè)量精度。
(5)管道振動(dòng)。渦街流量計(jì)等對(duì)機(jī)械振動(dòng)比較敏感，計(jì)量結(jié)果易受干擾，應(yīng)對(duì)流量計(jì)前后管道作可靠的支撐設(shè)計(jì)。如管道振動(dòng)不可避免，應(yīng)采用抗干擾能力強(qiáng)的差壓式流量計(jì)，如斯派莎克ILVA流量計(jì)。
(6)差壓傳送誤差（差壓式流量計(jì)）。一是零點(diǎn)漂移。差壓變送器安裝到現(xiàn)場(chǎng)投入時(shí)，往往發(fā)現(xiàn)零位輸出出廠校驗(yàn)時(shí)的零位輸出不一致。這種零位輸出偏離稱為靜壓誤差。其調(diào)整方法是向正負(fù)壓室通入相同的靜壓，將三閥組的高低壓閥中一個(gè)打開(kāi)，另一個(gè)關(guān)閉，將平衡閥打開(kāi)，如果懷疑正負(fù)壓室內(nèi)尚未充滿被測(cè)介質(zhì)，則可通過(guò)正負(fù)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。二是引壓管布置不合理。引壓管線應(yīng)保證合理的坡度使管內(nèi)可能出現(xiàn)的氣泡較快地升到母管內(nèi)，管內(nèi)出現(xiàn)的雜質(zhì)等較快地下沉到排污閥。引壓管線應(yīng)定期檢查維護(hù)，確保無(wú)泄漏無(wú)堵塞。引壓管的內(nèi)徑與被測(cè)流體的性質(zhì)和引壓管總長(zhǎng)度有關(guān)，對(duì)于蒸汽系統(tǒng)，引壓管的內(nèi)徑一般在10mm左右。為了避免正負(fù)壓引壓管內(nèi)介質(zhì)溫度不一致，導(dǎo)致密度出現(xiàn)差異，引起傳送失真，正負(fù)引壓管應(yīng)盡量靠近布置。當(dāng)用于室外或嚴(yán)寒地區(qū)時(shí)，引壓管中的液體可能會(huì)結(jié)冰，因此需要伴熱保溫，但應(yīng)避免將伴熱管直接繞在引壓管上，導(dǎo)致介質(zhì)部分汽化，出現(xiàn)虛假誤差。
3提高蒸汽流量計(jì)量準(zhǔn)確性的對(duì)策建議
3.1重視蒸汽流量計(jì)量?jī)x表的正確選型
選擇蒸汽流量計(jì)量?jī)x表，應(yīng)重點(diǎn)考慮兩個(gè)因素。一是量程問(wèn)題。蒸汽流量計(jì)量?jī)x表計(jì)量不正常，主要是由于選型時(shí)量程不正確造成的。用汽旺季用汽量相當(dāng)大，而用汽淡季用汽量又很小，用汽量相差過(guò)于懸殊，一般蒸汽計(jì)量?jī)x表的流量范圍就難以適應(yīng)。必須明確流量測(cè)量范圍，在此基礎(chǔ)上選擇符合相關(guān)運(yùn)行參數(shù)的蒸汽計(jì)量?jī)x表，使其能充分發(fā)揮作用。二是管道直徑問(wèn)題。在設(shè)計(jì)節(jié)流裝置時(shí)，基本上都采用工藝提供的公稱名義管徑值，其實(shí)公稱名義管徑值與實(shí)際管徑值還是有誤差的，特別是卷管，公稱名義管徑值與實(shí)際值有時(shí)差值還較大，造成計(jì)量誤差增大，測(cè)量的準(zhǔn)確度就難以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。國(guó)標(biāo)規(guī)定：用來(lái)計(jì)算節(jié)流件直徑比的管道直徑D值應(yīng)為上游取壓口的上游0.5D長(zhǎng)度范圍內(nèi)的內(nèi)徑平均值。該內(nèi)徑平均值應(yīng)是至少在垂直軸線的二個(gè)橫截面內(nèi)所測(cè)得內(nèi)徑的平均值，內(nèi)徑的數(shù)值(用于設(shè)計(jì)的管道內(nèi)徑)應(yīng)達(dá)到±0.3%。設(shè)計(jì)前最好實(shí)測(cè)管徑，以減少計(jì)算誤差。
3.2正確安裝蒸汽流量計(jì)量?jī)x表
任何蒸汽計(jì)量?jī)x表都必須安裝正確，否則就不可能正常的工作。例如在鍋爐出汽口附近安裝蒸汽計(jì)量?jī)x表，在截止閥或管道彎頭附近及管道的最低處安裝蒸汽計(jì)量?jī)x表都屬于不正確的安裝。正確安裝蒸汽流量計(jì)量?jī)x表，要做到五點(diǎn)。①在所安裝儀表前后必須留有足夠長(zhǎng)的直管段。②蒸汽計(jì)量?jī)x表不能安裝在整套管路最低處。③必須高度重視冷凝器的安裝。兩個(gè)冷凝器亦須處于同一水平上，兩個(gè)冷凝器的作用是使導(dǎo)壓管中被測(cè)蒸汽冷凝并使正、負(fù)導(dǎo)壓管中冷凝液面有相等高度及保持長(zhǎng)期穩(wěn)定；為不使冷凝液面波動(dòng)對(duì)測(cè)量產(chǎn)生誤差，冷凝器的有效容積應(yīng)大于所使用的差壓變送器工作空間的最大容積變化的3倍，在水平方向的橫截面積不得小于差壓變送器的工作面積，系統(tǒng)確保密封良好，嚴(yán)禁泄漏；要充分考慮維護(hù)、拆換、吹掃便利。④導(dǎo)壓管長(zhǎng)度最好在16m內(nèi)，內(nèi)徑最好選用Φ10-16mm以防堵塞為好。導(dǎo)壓管全程保溫并確保正、負(fù)管處于同等溫度以免密度變化引起誤差。⑤裝測(cè)溫元件地方最好在節(jié)流件下游側(cè)10D以外處，在管道或正壓管上取壓時(shí)，如壓力變送器裝在節(jié)流裝置下方，必須對(duì)壓力變送器的管路液柱值進(jìn)行修正，以提高計(jì)量準(zhǔn)確度。
3.3嚴(yán)格規(guī)范蒸汽流量計(jì)的操作
(1)儀表投運(yùn)。蒸汽流量計(jì)投運(yùn)操作時(shí)，首先關(guān)閉差壓變送器的正、負(fù)閥，稍開(kāi)一次閥，檢查各閥門、導(dǎo)壓管等有無(wú)泄露，如無(wú)泄露將一次閥全開(kāi)。打開(kāi)排污閥排污并讓蒸汽排出后關(guān)閉排污閥，等一段時(shí)間讓冷凝器及導(dǎo)壓管內(nèi)充滿冷凝水后才能開(kāi)始正常投運(yùn)。步驟如下：①開(kāi)啟平衡閥；②緩慢開(kāi)啟負(fù)壓閥門；③隨即開(kāi)啟正壓閥門；④稍停片刻后同時(shí)關(guān)閉正、負(fù)閥門；差壓變送器調(diào)整靜壓誤差在第④步后進(jìn)行，同時(shí)必須待冷凝器內(nèi)液面一致平衡時(shí)才可進(jìn)行，否則將帶來(lái)液柱靜壓誤差；⑤再開(kāi)啟正、負(fù)閥門；⑥關(guān)閉平衡閥，儀表啟動(dòng)。注意在向差壓變送器的正、負(fù)容室充灌液體時(shí)，應(yīng)先旋開(kāi)容器上的排氣螺釘，使氣體排出后再進(jìn)行充灌。
(2)儀表的運(yùn)行。在長(zhǎng)期運(yùn)行后，無(wú)論管道還是節(jié)流裝置都會(huì)發(fā)生變化，如結(jié)垢、磨損、腐蝕等。節(jié)流件是依靠結(jié)構(gòu)形狀及尺寸保持信號(hào)的準(zhǔn)確度，任何幾何形狀尺寸的變化都會(huì)給測(cè)量帶來(lái)誤差。而測(cè)量誤差的變化并不能從信號(hào)中覺(jué)察到，因此對(duì)節(jié)流件定期檢查是必須的。由于企業(yè)的連續(xù)生產(chǎn)性質(zhì)，一般是與檢修同步進(jìn)行。如果幾何尺寸變化不大仍可繼續(xù)使用，但應(yīng)根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，以保證測(cè)量的準(zhǔn)確。
(3)儀表的維護(hù)。由于儀表長(zhǎng)期處在高溫、高壓的水蒸汽環(huán)境中，很容易造成表件損壞、銹蝕、雜質(zhì)阻塞等，因此需要經(jīng)常維護(hù)和定期檢修。如LFIX分流旋翼式蒸汽流量計(jì)在長(zhǎng)期運(yùn)行中，石墨軸承被磨損引起轉(zhuǎn)軸上跳；不注意防凍，使阻尼水結(jié)冰，凍壞表件等。孔板差壓式蒸汽流量計(jì)特別要檢查孔板開(kāi)口的圓面是否銹蝕，有沒(méi)有附著臟物，要定期清洗，對(duì)銹蝕嚴(yán)重的孔板要更換。渦街流量傳感器在使用中要注意檢查三角柱縫隙是否有雜物阻塞、檢測(cè)元件是否失靈，等等。
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