摘要：蒸汽流量準(zhǔn)確計量,關(guān)系熱電企業(yè)、熱網(wǎng)用戶雙方的切身利益，體現(xiàn)著計量公平的原則。本文通過梅蘭熱電公司幾種蒸汽流量測量裝置的使用情況，提出未來蒸汽流量測量裝置選型方向，并對蒸汽流量測量裝置提出幾點(diǎn)注意事項。

1、引言

泰州梅蘭熱電有限公司現(xiàn)有二個熱電廠，*一熱電廠有5臺35噸/小時的鍋爐，*二熱電廠有3臺130噸/小時鍋爐，兩廠日產(chǎn)汽量13639噸，對外供熱量6843噸/日。供熱用戶達(dá)80家，如何準(zhǔn)確計量蒸汽流量，直接關(guān)系到全廠及熱網(wǎng)用戶經(jīng)濟(jì)效益。

2、主蒸汽流量測量裝置的選擇比較

*一熱電廠是1985年建設(shè)的熱電廠，現(xiàn)場蒸汽流量都采用噴嘴和孔板流量一次表。

標(biāo)準(zhǔn)孔板和噴嘴節(jié)流件**通用、并得到了國際標(biāo)準(zhǔn)組織認(rèn)可，無需實(shí)流校準(zhǔn)，即可投用。由于它們結(jié)構(gòu)簡單、牢固、性能穩(wěn)定可靠、價格低廉，所以應(yīng)用范圍廣，適合測量全部單相流體(液、氣、蒸汽)及部分混相流。其原理結(jié)構(gòu)如圖1、圖2、圖3。

目前我國蒸汽流量測量用表90%以上采用標(biāo)準(zhǔn)孔板節(jié)流裝置。但孔板流量計的缺點(diǎn)也是顯而易見，即入口直角銳利度在流體沖刷下易發(fā)生鈍化，國內(nèi)有關(guān)部門曾對新裝孔板進(jìn)行跟蹤校驗(yàn)，在孔板連續(xù)使用2-3個月時，鈍化引起流量系數(shù)偏差1-3%，個別嚴(yán)重的在4%以上，這已引起了業(yè)界高度重視。目前，解決標(biāo)準(zhǔn)孔板鈍化問題的*好方法是采用標(biāo)準(zhǔn)噴嘴，由于噴嘴的入口為光滑曲面，不易磨損，它的流量系數(shù)非常穩(wěn)定，所以JJG640-94規(guī)程規(guī)定ISA1932噴嘴的檢定周期為4年。再者，噴嘴在相同流量和相同β值條件下，阻力損失比孔板小得多(僅為孔板的50-60%)，長期運(yùn)行情況表明，由于噴嘴結(jié)構(gòu)上具有耐沖擊抗變形的優(yōu)點(diǎn)，適應(yīng)于高溫、高壓、高流速介質(zhì)。所以我公司*二熱電廠高壓高溫主蒸管道上都安裝噴嘴流量計，實(shí)踐表明，長期使用計量可靠穩(wěn)定。

3、供熱蒸汽流量測量裝置的選擇及流量計未來選型方向

由于孔板和噴嘴流量計在測量的重復(fù)性、精確度上，在眾多類型流量計中屬于中等水平，加之安裝問題，精確度難于提高。此外范圍度窄，由于流量系數(shù)與雷諾數(shù)有關(guān)，一般范圍度僅3:1，且有較長的直管段長度要求，對小熱用戶測量誤差大，特別是孔板流量計壓力損失大，造成對外供熱管損很大。

我廠對外供熱部分使用渦街流量計測量蒸汽流量。渦街流量計基于卡門渦街原理，原理如圖4。

70年代以來得到了迅速發(fā)展。據(jù)介紹現(xiàn)在日本歐美等發(fā)達(dá)**使用渦街流量計的比例大幅度上升，廣泛用于各個領(lǐng)域，未來是孔板流量計的理想替代產(chǎn)品。由于它具有其它流量計不可兼得的優(yōu)點(diǎn)：渦街流量計結(jié)構(gòu)簡單牢固，安裝維護(hù)方便，適用流體種類多，如液體、氣體、蒸汽和部分混相流體。整體式結(jié)構(gòu)精確度一般能達(dá)到測量值的(±1％～±2％)，而插入式結(jié)構(gòu)精度較低，此外范圍度較寬，量程比達(dá)到10∶1，壓損較小，約為孔板的1/4～1/2，渦街流量計輸出與流量成正比的脈沖信號，適用于總量計量。

同樣，渦街流量計不適用于低雷諾數(shù)測量(雷諾數(shù)Re≥20000），故在高粘度、低流速、小口徑環(huán)境下使用受到限制。測量精度受到管道流速不均因素影響較大，插入式結(jié)構(gòu)精度更低，易受安裝對稱性及管道截面積不確定因素的影響。穩(wěn)定性差，且受多種因素干擾，準(zhǔn)確調(diào)定困難。由于采用頻率信號，受環(huán)境電磁干擾嚴(yán)重。抗震性能差，不適用于高速沖擊和強(qiáng)震動場所，例如：對蒸汽測量，當(dāng)流速超過40m/s時，管道產(chǎn)生的附加振動會引起較大的測量誤差，而40～60m/s正是蒸汽的經(jīng)濟(jì)流速。直管段要求高，對測量臟污介質(zhì)適應(yīng)性差。耐溫性能差，理論上工作在300℃以下，實(shí)際一般建議在200℃以下使用，雖然有耐高溫型渦街，但檢測元件長期在高溫環(huán)境工作，使用壽命也會大打折扣。儀表系數(shù)較小，分辨率低，口徑越大越低，一般用于DN300以下的管徑。

考慮到蒸汽流量計的精度、穩(wěn)定性和管道壓力損失問題，未來我廠在供熱蒸汽流量測量上有如下兩款流量計選型，以替換渦街流量計：

(1)V錐流量計：V錐流量計(V-cone flowmeter)是美國富沃得公司在20世紀(jì)80年代開始研發(fā)的一種差壓流量計，它的開發(fā)成功是差壓式流量測量質(zhì)的飛躍。它利用V錐體在流場中產(chǎn)生的節(jié)流效應(yīng)，通過檢測上下游壓差來測量流量。與普通節(jié)流件相比，它改變了節(jié)流布局，從中心孔節(jié)流改為環(huán)狀節(jié)流，工作原理如圖5。

實(shí)踐證明，V錐流量計與其他流量儀表相比，具有長期精度高、穩(wěn)定性好、受安裝條件局限小、耐磨損、測量范圍寬、壓損小、適合臟污介質(zhì)等優(yōu)點(diǎn)。而且V錐體本身作為流場的整流器而成為一種具有獨(dú)特性能的優(yōu)異的新型流量計。由V錐傳感器和差壓變送器組合而成的V錐流量計，可精確測量寬雷諾數(shù)(8000≤Re≤5E+7)范圍內(nèi)各種介質(zhì)的流量。新型V錐流量計主要技術(shù)參數(shù)：精度等級，0.5級；重復(fù)性好，優(yōu)于0.1%；工作壓力，0～40MPa(有多個壓力等級可供選擇)；工作溫度，-40～850℃；安裝直管段要求，前0-3D直管道，后0-1D直管段；量程比寬，通常為10∶1，選擇合適的參數(shù)可達(dá)到50：1；壓損小，同樣的β值，壓損是孔板1/3～1/5。

(2)彎管流量計：彎管流量計實(shí)際上是一個90度標(biāo)準(zhǔn)彎頭(如圖6)，沒有比它結(jié)構(gòu)更簡單的流量傳感器了。隨著機(jī)械加工工業(yè)的發(fā)展和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化及規(guī)范化管理不斷完善，彎管傳感器的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)制彎頭性價比越來越高，它的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單價格低廉；彎管流量計傳感器耐磨損，對微量磨損不敏感；安裝簡單可采用直接焊接法進(jìn)行安裝，現(xiàn)場跑冒滴漏問題得到徹底的解決；適應(yīng)性強(qiáng)；量程范圍寬；直管段要求不嚴(yán)，只要是可以用孔板渦街均速管流量計來測量的管道內(nèi)流體流量都可以用彎管流量計進(jìn)行測量，而且在耐高溫耐高壓耐沖擊耐振動耐潮濕耐粉塵等方面彎管流量計遠(yuǎn)優(yōu)于其它流量計。彎管流量計的量程比可達(dá)1:10，對于蒸汽它的適用范圍為5-70m/s，可以較好地滿足蒸汽流量測量的要求。彎管流量計由于其特殊的測量原理，使其在實(shí)際應(yīng)用時對直管段的要求不嚴(yán)格，一般只要求前5D(D為蒸汽管道內(nèi)徑)后2D即可，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其他流量測量裝置的要求，彎管流量計精度高、重現(xiàn)性好，測量精度可達(dá)1.0%；重現(xiàn)性精度可達(dá)0.2%。一次安裝后不再需要重復(fù)拆裝，因此其安裝精度也能得到*佳保證，彎管流量計的*突出特點(diǎn)是無任何附加節(jié)流件或插入件，可大大降低流體在管道內(nèi)輸送的動力消耗節(jié)約能源。在節(jié)能降耗的背景下，為優(yōu)選流量計產(chǎn)品。

4、關(guān)于蒸汽流量測量裝置使用的幾個問題

1.蒸汽密度問題。目前對蒸汽流量測量使用的質(zhì)量流量，測量介質(zhì)都是指單相的過熱蒸汽或飽和蒸汽，對于混相蒸汽肯定存在測量不準(zhǔn)確的問題。

對于蒸汽的流量測量，一般都要進(jìn)行壓力和溫度補(bǔ)償，只重視差壓、溫度、壓力信號的準(zhǔn)確是不夠的，不能忽略密度在測量中的重要地位，因?yàn)橘|(zhì)量流量與密度有關(guān)，蒸汽流動產(chǎn)生的差壓與密度在測量中是處于同等地位的，然而在實(shí)際使用中由于忽視了密度對流量測量的影響，蒸汽流量密度的計算，大多數(shù)采用的是簡單的數(shù)學(xué)表達(dá)式或查表法，造成蒸汽流量計量不準(zhǔn)確。

2.差壓信號傳送失真及引入的誤差。在差壓式流量計的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中，對導(dǎo)壓管的敷設(shè)和儀表的安裝一般只簡單地提到一句，即差壓信號不應(yīng)有傳送失真。實(shí)際上要真正做到差壓信號的不失真?zhèn)魉褪欠浅２蝗菀椎?。例如流過流量計的流量已降到零了，但從流量計讀數(shù)來看，真正示值零的并不多。其中零點(diǎn)漂移的主要原因多半為差壓傳送過程中的失真。差壓信號的傳送失真使得差壓變送器上接收倒的差壓信號與節(jié)流裝置所產(chǎn)生的差壓信號不相等，從而引起附加誤差。差壓信號傳送失真包括穩(wěn)態(tài)值失真和動態(tài)失真。在穩(wěn)定流條件下只存在穩(wěn)態(tài)值失真，在脈動流條件下，既可能存在穩(wěn)態(tài)值失真又會有動態(tài)失真。影響差壓信號傳送失真的因素主要有以下五個方面: 

①導(dǎo)壓管引向不合理和切斷閥設(shè)置不當(dāng)引起的誤差。差壓式蒸汽流量計中導(dǎo)壓管引向不合理和切斷閥設(shè)置不當(dāng)引入的誤差已在前面論述。

②冷凝器高度不相等引起的誤差。正負(fù)壓管上兩只冷凝器結(jié)構(gòu)應(yīng)對稱，安裝高度應(yīng)相等，從而有可能使得兩只冷凝器內(nèi)液位高度相等，因?yàn)橐何桓叨认嗖頻mm就會引入10Pa的差壓失真。

③隔離液液位高度不相等引起的誤差。

④引壓管線引起的傳送失真。保證導(dǎo)壓管線合理的坡度是為了使管內(nèi)可能出現(xiàn)的氣泡較快地升到氣體收集器內(nèi)或母管內(nèi)，使管內(nèi)可能出現(xiàn)的凝液較快地下沉到沉降器、排污閥或母管內(nèi)。

⑤三閥組可能引入的傳送失真。三閥組的通徑很小，在測量干燥氣體、蒸汽和液體時，一般不會有大問題，但在測量有可能析出凝液的低壓氣體時，往往會因一滴冷凝液堵在水平放置的三閥組流路中，引起很大誤差。解決此問題的簡單方法是改變差壓變送器的安裝方向，將三閥組的流路從水平改為垂直，并將差壓變送器安裝在高處等。

5、結(jié)束語

綜上所述，在選擇蒸汽流量測量裝置時，應(yīng)按測量的介質(zhì)、環(huán)境選用合適的測量裝置。隨著技術(shù)的發(fā)展，V錐流量計和彎管流量計將在更廣領(lǐng)域得到更大的應(yīng)用發(fā)展。