蒸汽流量測量技術(shù)以及方法
分析蒸汽特性入手,詳細介紹各種流量儀表的特點和適用范圍,以及測量蒸汽流量的方案。
蒸汽流量測量難度較大,其中主要原因分析如下。
1.蒸汽的特點
蒸汽是比較特殊的介質(zhì),隨著工況(如溫度、壓力)的變化,過熱蒸汽經(jīng)常會轉(zhuǎn)變成為飽和蒸汽,形成汽液兩相流介質(zhì)。對于相流的經(jīng)常變化的蒸汽,使用目前流量儀表測量氣流量,肯定會存在測不準(zhǔn)的問題。這個問題的解決方法是保持蒸汽的過熱度,盡量減少蒸汽的含水量,例如加強蒸汽管道的保溫措施,減少蒸汽的壓力損失等,以提高測量的準(zhǔn)確度。然而這些方法并不能解決蒸汽流量測不準(zhǔn)的問題,然而解決問題的根本辦法是開發(fā)一種可測兩相流動介質(zhì)的流量儀表。
2.流量儀表的選型
在選擇流量儀表時應(yīng)考慮5個主要因素:被測流體特性、工藝情況、安裝條件、維護需求以及流量儀表的特性。對蒸汽計量而言,同樣要考慮以上5個因素。這里,著重討論流量儀表的特性、安裝條件、維護需求以及選用流量儀表應(yīng)注意的幾個問題。
2.1 渦街流量計
渦街流量計是基于卡門渦街原理而成功的一種流量計,70年代以來獲得了迅速發(fā)展。是孔板流量計的替代產(chǎn)品之一。
具有以下特點:
1、結(jié)構(gòu)簡單牢固,無可動部件;
2、維護十分方便,安裝費用低;
3、測量范圍寬,量程比可達1:10
4、壓力損失較小,運行費用低;
5、應(yīng)用范圍廣,氣體、液體的流量均可測量;
但渦街流量計存在一定的局限性:
1、渦街流量計是一種速度式流量計,旋渦分離的穩(wěn)定性受流速影響,故它對直管段有一定的要求,一般是前10D、后5D;
2、測量液體時,上限流速受壓損和氣蝕現(xiàn)象限制,一般是0.5-8m/s;
3、測量氣體是,上限流速受介質(zhì)可壓縮性變化的限制,下限流速受雷諾數(shù)和傳感器靈敏度的限制,蒸汽是8-25m/s;
4、應(yīng)力式渦街流量計對振動較為敏感,故在振動較大的管道安裝流量計時,管道要有一定的減震措施;
5、應(yīng)力式渦街流量計采用壓電晶體作為檢測傳感器,故其受溫度的限制,一般為-40-+300℃。
2.2 孔板流量計
孔板流量計應(yīng)用歷史悠久,有國際標(biāo)準(zhǔn),理論精度高,應(yīng)用十分普遍,但經(jīng)過幾十年的應(yīng)用,發(fā)現(xiàn)孔板流量計有以下不足:
1、應(yīng)用中許多因素(設(shè)計參數(shù)與工況參數(shù)不符,上游直管段不足,孔板和管道不同心,孔板A面受污,銳角磨損等)對其測量精度有非常大的影響,使其測量誤差增大;
2、安裝較為麻煩,維護及拆洗的工作量較大;
3、流量量程比為1:3,局限性大;
4、若安裝不正確,容易發(fā)生蒸汽泄漏;
5、壓力損失較大,運行費用高。
2.3 彎管流量計
1、結(jié)構(gòu)簡單,價格低。彎管傳感器實際上是一個90度標(biāo)準(zhǔn)彎頭,沒有比它結(jié)構(gòu)更簡單的流量傳感器了。隨著機械加工工業(yè)的發(fā)展和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化及規(guī)范化管理的不斷完善,用作彎管傳感器的標(biāo)準(zhǔn)機制彎頭其質(zhì)量越來越好,價格也越來越低;
2、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,尤其對那些大系統(tǒng)、大管徑、低壓頭的測量對象好處更加明顯。
下面舉一個簡單的例子予以說明。為維持一臺安裝在每小時數(shù)千噸流量供熱管道的孔板流量計正常運行,一個采暖季節(jié)約需多耗電數(shù)萬度,折合人民幣數(shù)萬元。這里僅考慮孔板流量計壓力損失為幾千帕,實際運行時遠遠超過這個值。即便是這幾千帕的壓力損失,它所造成的附加運行費用也是不可忽視的。表1給出的數(shù)據(jù)為目前熱力管網(wǎng)用主管道流量范圍在不同的壓力損失時,孔板流量計引起的循環(huán)泵額外耗電量、電耗費用、折合標(biāo)準(zhǔn)煤量、購煤費用的單臺孔板流量計在一個取暖季節(jié)運行費用的數(shù)據(jù),其中運行天數(shù)按120天、電價按0.35元/度、標(biāo)準(zhǔn)煤價按200元/t計算,一個流量為4000m3/h的中型熱網(wǎng),當(dāng)孔板壓力損失為30千帕?xí)r,僅一臺孔板流量計就多耗9.6萬度電,運行費用為3.12萬元,對于流量為10000m3/h的大型熱網(wǎng),額外耗電量達24萬度,運行費用7.8萬元。而彎管流量計是沒有附加阻力損失的,如果用彎管流量計替代孔板流量計進行計量,就可大大地減少運行費用,獲得可觀的經(jīng)濟效益;
3、彎管流量計傳感器耐磨損,對微量磨損不敏感;
4、可采用直接焊接法進行安裝,使現(xiàn)場跑冒滴漏的麻煩獲得解決;
5、適應(yīng)性強,量程范圍寬,直管段要求不嚴。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,彎管流量計遠優(yōu)于其它流量計。
如高溫、高壓、沖擊、振動,對于渦街流量計來說其使用性是十分有限的,這與其測量原理有關(guān),實測測量結(jié)果產(chǎn)生較大的附加誤差影響了測量精度,造成測量不準(zhǔn)。所有這些問題對彎管流量計來說都不存在。
彎管流量計的量程比可達1:10,對于蒸汽,它的適用范圍為0-70m/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,使其在實際應(yīng)用時對直管段的要求不嚴格,一般只要求前5D、后2D即可,遠遠低于其他流量測量裝置的要求;
6、彎管流量計精度高,重現(xiàn)性好,測量精度可達1.%,重現(xiàn)性精度可達0.02%,一次安裝后,不再需要重復(fù)拆裝,因此,其安裝精度也能獲得保證。
綜上所述,蒸汽流量儀表的選用是非常重要的,準(zhǔn)確測量蒸汽流量是部門都需要和普遍關(guān)心的問題。隨著經(jīng)濟的發(fā)展,提高測量水平的呼聲越來越高。因此,應(yīng)針對實際情況,做一些細致的技術(shù)工作,切實探索出一條蒸汽流量測量的成功之路。
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