蒸汽流量的準(zhǔn)確計(jì)量方法
蒸汽流量的計(jì)量一直是蒸汽應(yīng)用的重要內(nèi)容之一，使用蒸汽流量計(jì)的主要目的包括： 1)監(jiān)測能源的使用效率；2)改進(jìn)工藝制程的控制；3)計(jì)量蒸汽用量，進(jìn)行內(nèi)部或外部的計(jì)費(fèi)。
目前，在國內(nèi)關(guān)于蒸汽測量方面存在不少誤區(qū)，很多用戶往往認(rèn)為購買了高品質(zhì)的流量計(jì)就可以獲得準(zhǔn)確的計(jì)量結(jié)果。而蒸汽的計(jì)量不同于其它流體如水、空氣等介質(zhì)，在實(shí)際測量中影響其測量的因素較多。因此經(jīng)常會出現(xiàn)流量計(jì)本身檢定合格，而實(shí)際卻感覺計(jì)量“不準(zhǔn)”的現(xiàn)象。
影響蒸汽流量計(jì)量的因素主要有以下幾方面：1）實(shí)際蒸汽流量低于流量計(jì)的可計(jì)量的zui小流量（量程比不足）；2）流量計(jì)上下游安裝的直管段不足（存在流動擾動）；3）蒸汽的密度補(bǔ)償不正確（測溫測壓不準(zhǔn)）；4）蒸汽中含水（未作干度補(bǔ)償）；5）現(xiàn)場存在振動和干擾（渦街流量計(jì)）；6）差壓傳送誤差（差壓式流量計(jì)）等等。下面具體討論一下影響蒸汽計(jì)量的實(shí)際問題：
1． 量程比不足
量程比是指一個流量計(jì)能確保給定的精度和再現(xiàn)性的范圍內(nèi)，所能測量的zui大流量和zui小流量之比。但涉及量程比時我們須小心，因?yàn)榱砍瘫仁腔趯?shí)際的流速，蒸汽系統(tǒng)一般的zui大允許速度為35m/s，更高的流動速度會引起系統(tǒng)的沖蝕和噪音。而不同的流量計(jì)允許的zui低流速是不同的，一般渦街流量計(jì)所能測量的zui低蒸汽流速為2.8m/s，對于量程比不足的情況，應(yīng)采用大量程比的流量計(jì)（Gilflo ILVA流量計(jì)的zui低允許流速為0.6m/s，zui大量程比可達(dá)100：1）或選擇多個流量計(jì)并聯(lián)。
2． 上下游直管段不足
對于傳統(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或兩個以上空間（立體）彎管所引起的。上下游直管段不足可以通過安裝流動調(diào)整器來調(diào)整。zui簡單有效的辦法是采用對上下游直管段要求較低的流量計(jì)，如斯派莎克的ILVA流量計(jì)（上游6D，下游3D）。
3． 蒸汽的密度補(bǔ)償不正確（測溫測壓不準(zhǔn)）
為了正確計(jì)量蒸汽的質(zhì)量流量，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。智能渦街流量計(jì)的信號輸出只和流速有關(guān)，而和介質(zhì)的密度、壓力和溫度無關(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)。因此，渦街式流量計(jì)受密度變化的影響要大于差壓式流量計(jì)。
a）補(bǔ)償精確度的差異
采用溫度補(bǔ)償和壓力補(bǔ)償分別能獲得多少補(bǔ)償精確度，不僅同溫度傳感器和壓力變送器的精度有關(guān)，而且同流量計(jì)類型、具體測量的工況和壓力變送器的量程選擇有關(guān)?？傮w來說，測溫對補(bǔ)償精確度影響較大。如采用相同精度等級的溫度和壓力感應(yīng)器，測溫誤差引起的密度差異要大于測壓誤差。壓力為7barg的飽和蒸汽，用A級鉑熱電阻測溫，其誤差限為±0.49C，據(jù)此查蒸汽密度表，流量補(bǔ)償不確定度為±0.56%R（差壓式）和±1.11%R（渦街式）。如選用0.2級的壓力變送器進(jìn)行測量，誤差限為±2kPa，流量補(bǔ)償不確定度為±0.13%R（差壓式）和±0.25%R（渦街式）。
b）壓力測量影響因素
在蒸汽壓力的測量中，由于引壓管內(nèi)冷凝水的重力作用會使壓力變送器測量到的壓力同蒸汽壓力之間出現(xiàn)一定的差值。測壓誤差如果不予以校正，則會影響蒸汽密度的計(jì)算，引起流量計(jì)量的誤差。一般對于上述現(xiàn)象，可在二次表（流量計(jì)算機(jī)內(nèi)）進(jìn)行零點(diǎn)遷移，既簡單又準(zhǔn)確。
c)溫度測量影響因素
從流量計(jì)現(xiàn)場使用的情況來看，溫度測量誤差除了測溫元件的固有誤差之外，還同安裝的不規(guī)范有關(guān)。例如，測溫鉑熱電阻的插入深度不夠，鉑熱電阻的安裝保護(hù)套內(nèi)未充入導(dǎo)熱油，鉑熱電阻未按規(guī)定側(cè)向安裝，安裝鉑熱電阻的管道上無保溫層等，都將導(dǎo)致測溫偏低。
對于需要減壓使用的蒸汽，應(yīng)將流量計(jì)安裝在減壓閥之前，此時蒸汽未經(jīng)減壓，按飽和蒸汽補(bǔ)償方法處理，可保證測量精度。如果流量計(jì)只能安裝在減壓閥后面，則蒸汽有可能過熱，應(yīng)同時進(jìn)行溫度和壓力補(bǔ)償，以保證精度。
4． 蒸汽干度的影響（飽和蒸汽）
目前，用于測量蒸汽流量的流量計(jì)大部分為體積流量計(jì)，首先測得體積流量，然后通過蒸汽的密度計(jì)算質(zhì)量流量，也就是假定蒸汽為干燥。但是，蒸汽并非干燥，如果不考慮蒸汽干度的影響，得出的數(shù)據(jù)會低于實(shí)際的流量。
對于差壓式流量計(jì)，實(shí)際的蒸汽流量和假定干蒸汽（蒸汽干度=1）所測得的流量可以用以下公式近似表達(dá)：
其中： = 實(shí)際干度下的質(zhì)量流量 kg/h = 干飽和蒸汽下的流量 kg/h χ = 蒸汽干度
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)的測量精度。因此，我們建議在流量計(jì)的上游安裝汽水分離裝置，以提高測量準(zhǔn)確性。
5． 管道振動
渦街流量計(jì)等對機(jī)械振動比較敏感，計(jì)量結(jié)果易受干擾，應(yīng)對流量計(jì)前后管道作可靠的支撐設(shè)計(jì)。如管道振動不可避免，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)）
a）零點(diǎn)漂移
差壓變送器安裝到現(xiàn)場投入時，往往發(fā)現(xiàn)零位輸出出廠校驗(yàn)時的零位輸出不一致。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打開，另一個關(guān)閉，將平衡閥打開，如果懷疑正負(fù)壓室內(nèi)尚未充滿被測介質(zhì)，則可通過正負(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。
b）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)，確保無泄漏無堵塞。引壓管的內(nèi)徑與被測流體的性質(zhì)和引壓管總長度有關(guān)，對于蒸汽系統(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，引壓管中的液體可能會結(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。
總 結(jié)
為了正確測量蒸汽的流量，用戶在實(shí)際應(yīng)用須充分注意：
(1)蒸汽流量的變化，盡可能選擇流量量程比大的流量計(jì)，避免在小流量時測量不正確和流量“丟失”現(xiàn)象。
(2)蒸汽系統(tǒng)壓力和溫度的變化,為避免壓力或溫度的波動引起的非測量性誤差，蒸汽流量計(jì)應(yīng)具有自動蒸汽密度補(bǔ)償?shù)墓δ堋?br style="word-wrap:break-word;" /> (3)飽和蒸汽干度的影響，應(yīng)注意干度的修正，同時確保供給流量計(jì)高品質(zhì)的蒸汽。
(4)確保蒸汽流量正確計(jì)量，流量計(jì)良好的安裝非常關(guān)鍵。
目前，在國內(nèi)關(guān)于蒸汽測量方面存在不少誤區(qū)，很多用戶往往認(rèn)為購買了高品質(zhì)的流量計(jì)就可以獲得準(zhǔn)確的計(jì)量結(jié)果。而蒸汽的計(jì)量不同于其它流體如水、空氣等介質(zhì)，在實(shí)際測量中影響其測量的因素較多。因此經(jīng)常會出現(xiàn)流量計(jì)本身檢定合格，而實(shí)際卻感覺計(jì)量“不準(zhǔn)”的現(xiàn)象。
影響蒸汽流量計(jì)量的因素主要有以下幾方面：1）實(shí)際蒸汽流量低于流量計(jì)的可計(jì)量的zui小流量（量程比不足）；2）流量計(jì)上下游安裝的直管段不足（存在流動擾動）；3）蒸汽的密度補(bǔ)償不正確（測溫測壓不準(zhǔn)）；4）蒸汽中含水（未作干度補(bǔ)償）；5）現(xiàn)場存在振動和干擾（渦街流量計(jì)）；6）差壓傳送誤差（差壓式流量計(jì)）等等。下面具體討論一下影響蒸汽計(jì)量的實(shí)際問題：
1． 量程比不足
量程比是指一個流量計(jì)能確保給定的精度和再現(xiàn)性的范圍內(nèi)，所能測量的zui大流量和zui小流量之比。但涉及量程比時我們須小心，因?yàn)榱砍瘫仁腔趯?shí)際的流速，蒸汽系統(tǒng)一般的zui大允許速度為35m/s，更高的流動速度會引起系統(tǒng)的沖蝕和噪音。而不同的流量計(jì)允許的zui低流速是不同的，一般渦街流量計(jì)所能測量的zui低蒸汽流速為2.8m/s，對于量程比不足的情況，應(yīng)采用大量程比的流量計(jì)（Gilflo ILVA流量計(jì)的zui低允許流速為0.6m/s，zui大量程比可達(dá)100：1）或選擇多個流量計(jì)并聯(lián)。
2． 上下游直管段不足
對于傳統(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或兩個以上空間（立體）彎管所引起的。上下游直管段不足可以通過安裝流動調(diào)整器來調(diào)整。zui簡單有效的辦法是采用對上下游直管段要求較低的流量計(jì)，如斯派莎克的ILVA流量計(jì)（上游6D，下游3D）。
3． 蒸汽的密度補(bǔ)償不正確（測溫測壓不準(zhǔn)）
為了正確計(jì)量蒸汽的質(zhì)量流量，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。智能渦街流量計(jì)的信號輸出只和流速有關(guān)，而和介質(zhì)的密度、壓力和溫度無關(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)。因此，渦街式流量計(jì)受密度變化的影響要大于差壓式流量計(jì)。
a）補(bǔ)償精確度的差異
采用溫度補(bǔ)償和壓力補(bǔ)償分別能獲得多少補(bǔ)償精確度，不僅同溫度傳感器和壓力變送器的精度有關(guān)，而且同流量計(jì)類型、具體測量的工況和壓力變送器的量程選擇有關(guān)?？傮w來說，測溫對補(bǔ)償精確度影響較大。如采用相同精度等級的溫度和壓力感應(yīng)器，測溫誤差引起的密度差異要大于測壓誤差。壓力為7barg的飽和蒸汽，用A級鉑熱電阻測溫，其誤差限為±0.49C，據(jù)此查蒸汽密度表，流量補(bǔ)償不確定度為±0.56%R（差壓式）和±1.11%R（渦街式）。如選用0.2級的壓力變送器進(jìn)行測量，誤差限為±2kPa，流量補(bǔ)償不確定度為±0.13%R（差壓式）和±0.25%R（渦街式）。
b）壓力測量影響因素
在蒸汽壓力的測量中，由于引壓管內(nèi)冷凝水的重力作用會使壓力變送器測量到的壓力同蒸汽壓力之間出現(xiàn)一定的差值。測壓誤差如果不予以校正，則會影響蒸汽密度的計(jì)算，引起流量計(jì)量的誤差。一般對于上述現(xiàn)象，可在二次表（流量計(jì)算機(jī)內(nèi)）進(jìn)行零點(diǎn)遷移，既簡單又準(zhǔn)確。
c)溫度測量影響因素
從流量計(jì)現(xiàn)場使用的情況來看，溫度測量誤差除了測溫元件的固有誤差之外，還同安裝的不規(guī)范有關(guān)。例如，測溫鉑熱電阻的插入深度不夠，鉑熱電阻的安裝保護(hù)套內(nèi)未充入導(dǎo)熱油，鉑熱電阻未按規(guī)定側(cè)向安裝，安裝鉑熱電阻的管道上無保溫層等，都將導(dǎo)致測溫偏低。
對于需要減壓使用的蒸汽，應(yīng)將流量計(jì)安裝在減壓閥之前，此時蒸汽未經(jīng)減壓，按飽和蒸汽補(bǔ)償方法處理，可保證測量精度。如果流量計(jì)只能安裝在減壓閥后面，則蒸汽有可能過熱，應(yīng)同時進(jìn)行溫度和壓力補(bǔ)償，以保證精度。
4． 蒸汽干度的影響（飽和蒸汽）
目前，用于測量蒸汽流量的流量計(jì)大部分為體積流量計(jì)，首先測得體積流量，然后通過蒸汽的密度計(jì)算質(zhì)量流量，也就是假定蒸汽為干燥。但是，蒸汽并非干燥，如果不考慮蒸汽干度的影響，得出的數(shù)據(jù)會低于實(shí)際的流量。
對于差壓式流量計(jì)，實(shí)際的蒸汽流量和假定干蒸汽（蒸汽干度=1）所測得的流量可以用以下公式近似表達(dá)：
其中： = 實(shí)際干度下的質(zhì)量流量 kg/h = 干飽和蒸汽下的流量 kg/h χ = 蒸汽干度
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)的測量精度。因此，我們建議在流量計(jì)的上游安裝汽水分離裝置，以提高測量準(zhǔn)確性。
5． 管道振動
渦街流量計(jì)等對機(jī)械振動比較敏感，計(jì)量結(jié)果易受干擾，應(yīng)對流量計(jì)前后管道作可靠的支撐設(shè)計(jì)。如管道振動不可避免，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)）
a）零點(diǎn)漂移
差壓變送器安裝到現(xiàn)場投入時，往往發(fā)現(xiàn)零位輸出出廠校驗(yàn)時的零位輸出不一致。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打開，另一個關(guān)閉，將平衡閥打開，如果懷疑正負(fù)壓室內(nèi)尚未充滿被測介質(zhì)，則可通過正負(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。
b）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)，確保無泄漏無堵塞。引壓管的內(nèi)徑與被測流體的性質(zhì)和引壓管總長度有關(guān)，對于蒸汽系統(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，引壓管中的液體可能會結(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。
總 結(jié)
為了正確測量蒸汽的流量，用戶在實(shí)際應(yīng)用須充分注意：
(1)蒸汽流量的變化，盡可能選擇流量量程比大的流量計(jì)，避免在小流量時測量不正確和流量“丟失”現(xiàn)象。
(2)蒸汽系統(tǒng)壓力和溫度的變化,為避免壓力或溫度的波動引起的非測量性誤差，蒸汽流量計(jì)應(yīng)具有自動蒸汽密度補(bǔ)償?shù)墓δ堋?br style="word-wrap:break-word;" /> (3)飽和蒸汽干度的影響，應(yīng)注意干度的修正，同時確保供給流量計(jì)高品質(zhì)的蒸汽。
(4)確保蒸汽流量正確計(jì)量，流量計(jì)良好的安裝非常關(guān)鍵。
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