摘要：分析論述了在生產(chǎn)中經(jīng)常使用的幾種蒸汽流量計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)，提出蒸汽流量測(cè)量應(yīng)注意的幾個(gè)問題，以利于流量計(jì)的合理設(shè)計(jì)和選型。文中所提到的蒸汽流量計(jì)的應(yīng)用分析主要來源于生產(chǎn)實(shí)際運(yùn)用，以貿(mào)易結(jié)算用流量計(jì)為主，結(jié)合各種流量計(jì)的設(shè)計(jì)特性以及計(jì)量中的優(yōu)點(diǎn)和局限性，提出合理的選型方法，應(yīng)充分掌握現(xiàn)場(chǎng)的工況參數(shù)，根據(jù)情況合理設(shè)計(jì)和提供技術(shù)參數(shù)，減少系統(tǒng)誤差。

在供熱企業(yè)中，蒸汽的計(jì)量是關(guān)系到整個(gè)企業(yè)生產(chǎn)成本的主要因素，特別是在貿(mào)易結(jié)算中的使用，更是關(guān)系到供需雙方經(jīng)濟(jì)利益的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。因此，在蒸汽計(jì)量中如何*大限度地保障計(jì)量的準(zhǔn)確性，正確設(shè)計(jì)和選用合理、合適的計(jì)量系統(tǒng)就是重中之重。

在經(jīng)過10余年的供汽生產(chǎn)，在蒸汽計(jì)量過程中，淄博熱力有限公司先后使用過孔、噴嘴等標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置、渦街流量計(jì)、彎管流量計(jì)、以及*近使用過的V形內(nèi)錐節(jié)流裝置。在此，根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)，談一下對(duì)這幾種流量計(jì)在實(shí)際應(yīng)用中的看法。

l、孔板流量計(jì)

在蒸汽測(cè)量中，孔板流量計(jì)已廣泛使用達(dá)幾十年之久。其優(yōu)勢(shì)是不言而喻的。孔板流量計(jì)的價(jià)格便宜。國外早有成熟的國際標(biāo)準(zhǔn)，我國也早已制定出標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的**標(biāo)準(zhǔn)，GB/T2624-93就是等效采用ISO5157-(1991)的國際標(biāo)準(zhǔn)。因此孔板流量計(jì)是國際公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)*全面、使用*廣泛的節(jié)流裝置，其具體原理與流量公式不再累述。但是在長期的使用過程中，孔板流量計(jì)的缺點(diǎn)也越來越明顯，主要為：

(1)孔板存在著不可避免的“銳角磨損”和“積污”問題，隨著使用時(shí)間的增加流量系數(shù)越來越大，儀表示值越來越小，流速較高的場(chǎng)合，這種變化更是驚人。

(2)孔板的量程比較小，在實(shí)際應(yīng)用中為4：1～5：1，存在線性差等缺點(diǎn)。在供汽、供熱計(jì)量中，由于用戶用量波動(dòng)很大，流量的上下限常常超過10：1，甚至達(dá)到20：1，這對(duì)孔板計(jì)量是非常困難的?？装辶髁坑?jì)其實(shí)際的流量系數(shù)是隨著被測(cè)流體的雷諾數(shù)Re的變化而變化，特別是在雷諾數(shù)為2x10³＜Re＜10^5內(nèi)，流量系數(shù)對(duì)Re的變化非常敏感。例如一個(gè)β=0.73的角接取壓孔板因流量減少導(dǎo)致Re由5×10³降到Re=10^4時(shí)，相當(dāng)于流量從額定工況下降到20％額定工況下工作，而這時(shí)的流出系數(shù)將不會(huì)保持設(shè)計(jì)的數(shù)值，其變化增大2.2％。

(3)孔板的管路直管段長度及孔板安裝的規(guī)范性要求高，而管道上閥門、彎頭、縮徑、分管等往往是不可避免的?？装鍖?duì)直管段的要求大多數(shù)很難滿足要求，特別是國際標(biāo)準(zhǔn)化組織公布了新修訂的IS05167：2003(E)新標(biāo)準(zhǔn)后，提出了全新的和加長的要求。如：一個(gè)β=0.6的孔板安在單個(gè)9O度彎頭后，舊標(biāo)準(zhǔn)前直管段為18D而新標(biāo)準(zhǔn)為42D。

(4)在多年的使用中發(fā)現(xiàn)，往往孔板的機(jī)械幾何尺寸難以保證。按照國標(biāo)規(guī)定孔板的開孔邊緣圓弧半徑不大于0.0004d，這在加工中是難以保證的。

(5)在實(shí)際使用中，在設(shè)計(jì)時(shí)很難提供準(zhǔn)確的管道直徑參數(shù)，往往以公稱直徑代替管道直徑。這樣一來，與實(shí)際值相差越大帶來的誤差越大。

(6)孔板流量計(jì)的壓損過大，一個(gè)孔板的β=0.45～0.75，其壓力損失為*大差壓值的78％～47％，顯然這對(duì)終端壓力已非常低的用戶是不合適的。

雖然孔板流量計(jì)有以上許多缺點(diǎn)，但孔板流量計(jì)是所有節(jié)流式流量計(jì)中國內(nèi)外獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)*多的計(jì)量裝置，如何對(duì)付孔板孔口鈍化、流出系數(shù)不穩(wěn)定已取得了豐碩的成果。它是一種可以干校驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置，因此在實(shí)際使用中，如果流量較為穩(wěn)定，充分考慮磨損問題，及時(shí)對(duì)孔板進(jìn)行修正，在蒸汽計(jì)量中依然是十分可靠的。

2、渦街流量計(jì)

對(duì)于渦街流量計(jì)，在我公司的使用中經(jīng)歷了曲折的過程，受早期國內(nèi)渦街流量生產(chǎn)質(zhì)量和技術(shù)條件的影晌，渦街在蒸汽計(jì)量中未能得到普及和使用。隨著技術(shù)水平的提高，渦街流量計(jì)的優(yōu)越性也得到重視。

渦街流量計(jì)的優(yōu)點(diǎn)主要為結(jié)構(gòu)簡單，安裝維護(hù)方便；量程比較寬；在一定的雷諾數(shù)范圍內(nèi)輸出信號(hào)不受流體的物性(密度、粘度)影晌。因此可以在一種介質(zhì)中標(biāo)定系數(shù)而用于其他介質(zhì)；壓損小。

但是，渦街流量計(jì)的缺點(diǎn)也是非常明顯的，主要為：

(1)它不適用于低雷諾數(shù)測(cè)量，所以低流速蒸汽測(cè)量受限。

(2)測(cè)量蒸汽溫度不能高于300℃。

(3)不適合于測(cè)量不干凈的介質(zhì)。

(4)渦街流量計(jì)直管段要求較長，在實(shí)際使用中不能低于20D，在孔板流量計(jì)直管段要求加長的情況下，渦街流量計(jì)如何獲取更多的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)安裝前直管段的重要性更為突出。

(5)受現(xiàn)場(chǎng)震動(dòng)和電磁干擾影晌大，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況要求較嚴(yán)格。

(6)當(dāng)介質(zhì)流速過大，層流邊界層向湍流過渡，雷諾數(shù)超出測(cè)量范圍。系統(tǒng)無法建立，測(cè)量結(jié)果變小。

(7)至于渦街流量計(jì)的干校驗(yàn)?zāi)壳吧袩o統(tǒng)一**標(biāo)準(zhǔn)，因此各個(gè)廠家生產(chǎn)加工物理參數(shù)及標(biāo)定方式方法不能統(tǒng)一。

綜上所述，在蒸汽計(jì)量中，對(duì)于渦街流量計(jì)應(yīng)慎重使用，合理選型，充分考慮現(xiàn)場(chǎng)條件、雷諾數(shù)、流量波動(dòng)范圍等因素，對(duì)于每一臺(tái)渦街流量計(jì)必須實(shí)流標(biāo)定。在充分積累實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的情況下盡早建立干校驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。

3、彎管流量計(jì)

彎管流量計(jì)雖然距今已有9O多年的歷史，但是只是近十余年來在我國才有了實(shí)際應(yīng)用，在我公司使用已有7、8年的歷史。

彎管流量計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是：無壓力損失，在蒸汽測(cè)量中節(jié)流件無可動(dòng)部件，堅(jiān)固結(jié)實(shí)，耐壓耐溫也較高。

對(duì)于彎管流量計(jì)在實(shí)際中的測(cè)量準(zhǔn)確度及可用性，提出幾點(diǎn)看法：

(1)在國際國內(nèi)所有的著書立學(xué)中，認(rèn)為彎管流量計(jì)測(cè)量精度較低，在《流量測(cè)量節(jié)流裝置設(shè)計(jì)手冊(cè)》中明確指出：在R/D≥1.25，Re＞10^4時(shí)，彎管流量計(jì)的流出系數(shù)相對(duì)不確定度為±4％，因此精度并不高。

(2)彎管在測(cè)量蒸汽時(shí)要求蒸汽流速不能低于7m/s，否則會(huì)引起較大誤差。這表明彎管流量計(jì)只能工作在高雷諾數(shù)區(qū)域內(nèi)，流量下限的測(cè)量是比較困難的。

(3)彎管流量計(jì)在對(duì)其測(cè)量原理的分析中，把流體在管道中流動(dòng)認(rèn)定是均速流動(dòng)的。在實(shí)際中，流體在管道中流動(dòng)的速度是沿著管半徑方向開形成一定的梯度的；管中心的流速*快，越接近管壁速度越慢，把不是平均流速的流體當(dāng)成平均流速的流體來對(duì)待，對(duì)流量計(jì)的測(cè)量精度肯定要帶來一定的影晌。

(4)彎管流量計(jì)的差壓值較低，這樣對(duì)變送器就提出較高的要求，增大了投資成本。

(5)無法實(shí)現(xiàn)節(jié)流裝置的干校驗(yàn)，必須每臺(tái)表實(shí)流標(biāo)定。

因此，基于以上考慮，我個(gè)人認(rèn)為彎管流量計(jì)在貿(mào)易結(jié)算中的使用還需實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的支持和時(shí)間的考驗(yàn)。

4、V形內(nèi)錐流量計(jì)

V形內(nèi)錐流量計(jì)的英文名為V-CONE，它是近幾年發(fā)展起來的新型流量計(jì)，它確實(shí)有許多其它流量計(jì)達(dá)不到的優(yōu)點(diǎn)。主要有：

①測(cè)量穩(wěn)定性好；

②對(duì)被測(cè)介質(zhì)適應(yīng)能力強(qiáng)；

③測(cè)量范圍寬；

④適用雷諾數(shù)范圍寬；

⑤對(duì)直管段要求短；

⑥壓力損失??；

⑦差壓大。這些都是我們采用V形內(nèi)錐流量計(jì)原因。

但V形內(nèi)錐節(jié)流裝置目前仍是一種非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置，它目前無法替代孔板，主要有以下幾個(gè)問題：

(1)V形內(nèi)錐節(jié)流裝置迄今為止，國內(nèi)外資料都只有V形內(nèi)錐節(jié)流裝置的一些照片、簡圖，沒有結(jié)構(gòu)形式和技術(shù)要求的詳細(xì)資料。目前，國內(nèi)各生產(chǎn)廠仿制皆是自行設(shè)計(jì)、制造。顯然結(jié)構(gòu)形式和技術(shù)要求不統(tǒng)一。無法進(jìn)行各廠產(chǎn)品性能的相互比較和評(píng)價(jià)。

(2)目前V形內(nèi)錐節(jié)流出系數(shù)尚未見提出流出系數(shù)公式。在某些廠家中有可膨脹性系數(shù)公式，但是在結(jié)構(gòu)形式和技術(shù)要求尚未標(biāo)準(zhǔn)化時(shí)，可膨脹性系數(shù)公式只是代表該廠家試驗(yàn)的結(jié)構(gòu)形狀的結(jié)果，現(xiàn)在采用它作為通用的一個(gè)公式是沒有試驗(yàn)的根據(jù)的，它只能作為一個(gè)參考的公式使用。

(3)節(jié)流式差壓流量計(jì)現(xiàn)場(chǎng)影響量主要為二種流動(dòng)特性的干擾，即非充分發(fā)展管流和非定常流的干擾。節(jié)流裝置國際標(biāo)準(zhǔn)1505167(1980年版)經(jīng)典文丘里管的直管段長度要求是很短的，其數(shù)據(jù)如下：

90°單彎頭β=0.3～0.75時(shí)，L=0.5D～4.5D(L一節(jié)流件上游直管段長度)；在同一平面上9O°雙彎頭β=0.3～0.75時(shí)，L=1.5D～4.5D；在不同平面上9O°雙彎頭β=0.3～0.75時(shí)，L=0.5D～29.5D。

新修訂標(biāo)準(zhǔn)ISO5167：2003(E)的數(shù)據(jù)如下：

90°單彎頭β=0.3～0.75時(shí)，L=8D～16D；在同一平面或不同平面上 90°雙彎頭β=0.3～0.75時(shí)，L=8D～22D。

在FLOMEK02004會(huì)議上，英國流量專家Reader-Harris介紹關(guān)于ISO5167：2003(E)制訂的演講中特別提到近年對(duì)經(jīng)典文丘里管的研究試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)ISO5167(1980年版)規(guī)定的直管段是太短了，并且發(fā)現(xiàn)在不同介質(zhì)的試驗(yàn)中經(jīng)典文丘里管的特性不大一樣，干氣體的C值甚至比水高3％，說明試驗(yàn)應(yīng)在更廣泛的范圍內(nèi)進(jìn)行，才能得出正確的結(jié)論。所以按此例，V形內(nèi)錐節(jié)流裝置現(xiàn)場(chǎng)安裝條件的研究試驗(yàn)應(yīng)該繼續(xù)進(jìn)行，才能得出可靠的結(jié)論。

(4)壓損問題

標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置(孔板、噴嘴和文丘里管)和V形內(nèi)錐節(jié)流裝置的壓損如下：

它是某一結(jié)構(gòu)形式產(chǎn)品的壓損。比較上述節(jié)流裝置的壓損，可見孔板、V形內(nèi)錐、噴嘴屬于高壓損節(jié)流件，V形內(nèi)錐處于孔板與噴嘴之間。文丘里管為低壓損節(jié)流件。

總之，V形內(nèi)錐流量計(jì)為我們蒸汽計(jì)量提供了一種新的方法和思路，但它是一種非標(biāo)準(zhǔn)的節(jié)流裝置，在使用中亦應(yīng)要求其實(shí)流標(biāo)定，嚴(yán)格安裝條件，在可能的情況下盡量加大直管段，減少現(xiàn)場(chǎng)影響量。

以上是我公司在使用中遇到的幾種用于蒸汽計(jì)量的流量計(jì)。蒸汽計(jì)量是一個(gè)難題，每一種計(jì)量裝置都有其優(yōu)缺點(diǎn)，筆者分析其優(yōu)劣點(diǎn)在于在實(shí)際使用中根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的使用條件應(yīng)合理設(shè)計(jì)和選型，靈活使用流量計(jì)，不可拘泥于一格，努力保證計(jì)量的準(zhǔn)確性。