蒸汽流量計的選型分析
發布時間：2023-02-21 09:39:56來源：hseauto.cn來源：..
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供熱行業中，蒸汽流量測不準是普遍問題，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，隨著工況（如溫度、壓力）的變化，過熱蒸汽經常會轉變成為飽和蒸汽，形成汽液兩相流介質。對于相流的經常變化的蒸汽，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，以提高測量的準確度。然而這些方法并不能徹底解決蒸汽流量測不準的問題，解決問題的根本辦法是開發一種可測兩相流動介質的流量儀表。
2、流量儀表的選型
至今為止，工業用流量儀表種類多達60余種，之所以這樣，因為史上還沒有一種對任何流體、任何量程、任何流動狀態以及任何使用條件都使用的流量儀表，每種流量儀表都有它特定的適用性，也有其局限性。如果流量儀表選擇不當，流量肯定測量不準。但流量測量是一種復雜的技術，而流量儀表種類繁多，即使針對某一確定的應用，選擇一種合適的流量儀表也就成為一項技術性很強的工作，需要在作出最終選擇之前仔細而深入地考慮和權衡許多與測量問題有關的因素。在選擇流量儀表時應考慮5個主要因素：被測流體特性、生產工藝情況、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注意的幾個問題目前，測量蒸汽流量的儀表主要有渦街流量計、差壓式（孔板、均速管、V錐、彎管）流量計、分流旋翼式流量計、阿牛巴流量計，浮子式流量計等，這里主要討論渦街流量計、孔板流量計、彎管流量計和V錐流量計。
2.1渦街流量計
渦街流量計是基于卡門渦街原理而研制成功的一種新型流量計，由于它具有其它流量計不可兼得的優點，70年代以來得到了迅速發展。據介紹，現在日本、歐美等發達國家使用渦街流量計的比例大幅度上升，已經廣泛用于各個領域，將在未來流量儀表中占主導地位，是孔板流量計的理想替代產品。它具有以下特點：
①結構簡單牢固，無可動部件，長期運行十分可靠；
②維護十分方便，安裝費用低：
③傳感器不直接接觸介質，性能穩定，壽命長：
④輸出是與流量成正比的脈沖信號，無零點漂移，精度高，并方便與計算機聯網：
⑤測量范圍寬，量程比可達1：10：
⑥壓力損失小，運行費用低，更具節能意義；
⑦在一定的雷諾數范圍內，輸出信號頻率不受流體物理性質和組分變化影響，儀表系數僅與漩渦發生體的形狀和尺寸有關，測量流體的體積流量無需補償，調換配件后無需重新標定儀表的系數：
⑧應用范圍廣，氣體、液體的流量均可測量：
⑨檢定周期為2-4年。
同時渦街流量計也存在以下一定的局限性：
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象限制，一般是0.5-8m/s：
③測量氣體是，上限流速受介質可壓縮性變化的限制，下限流速受雷諾數和傳感器靈敏度的限制，蒸汽是8-25m/s：
④應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
孔板流量計應用歷史悠久，有國際標準，理論精度高，應用十分普遍，但經過幾十年的應用，發現孔板流量計有以下不足：
①應用中許多因素（設計參數與工況參數不符，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需配差壓變送器使用，增加了維護的工作量，另需敷設導壓管，且在冬季需對導壓管進行保溫，不可以安裝在室外：
④流量量程比為1：3，局限性大：
⑤若安裝不正確，容易發生蒸汽泄漏；
⑥壓力損失較大，運行費用高。
2.3彎管流量計
①結構簡單，價格低廉。彎管傳感器實際上是一個90度標準彎頭，沒有比它結構更簡單的流量傳感器了。隨著機械加工工業的發展和行業標準化及規范化管理的不斷完善，用作彎管傳感器的標準機制彎頭其質量越來越好，價格也越來越低：
②無任何附加節流件或插入件，可大大降低流體在管道內輸送的動力消耗，節約能源，尤其對那些大系統、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千噸流量供熱管道的孔板流量計正常運行，一個采暖季節約需多耗電數萬度，折合人民幣數萬元。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給出的數據為目前熱力管網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泵額外耗電量、電耗費用、折合標準煤量、購煤費用的單臺孔板流量計在一個取暖季節運行費用的數據，其中運行天數按120天、電價按0.35元/度、標準煤價按200元/L計算。
由表1可見，一個流量為4000m3/h的中型熱網，當孔板壓力損失為30千帕時，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，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，使現場跑冒滴漏的麻煩得到徹底的解決：
⑤適應性強，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，實測測量結果產生較大的附加誤差影響了測量精度，造成測量不準。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，重現性好，測量精度可達1.14%，重現性精度可達0.2%，一次安裝后，不再需要重復拆裝，因此，其安裝精度也能得到最佳保證
2.4塔形（V型錐）流量計
以孔板、噴嘴和文丘里管為代表的差壓式流量計（統稱標準節流裝置）已統領流量領域近百年，其優點是已經標準化、結構簡單牢固、易于加工制造、價格低廉、通用性強。近百年來人們從未間斷過對它們的研究和改善工作，但是由于先天結構上的缺陷，其本身固有的一些缺點，至今仍然沒能得到很好的解決如：流出系數不穩定、線性差、重復性不高從而影響到準確度也不高。孔板入口銳角這個關鍵部位易磨損、前部易積污、量程比小、壓力損失大，特別是十分苛刻的直管段要求在實際使用中很難滿足等。
為了克服上述這些不足，人們曾研制出1/4圓孔板、錐形入口孔板、圓缺孔板、偏心孔板、楔形孔板、可更換孔板、彎管等諸多的非標準節流件，試圖解決這些問題。但是這些節流件同標準孔板一樣，大都沒有突破“流體中心突然收縮”這個模式，只是或多或少改善了局部某一個問題，并沒有從根本上徹底解決所有問題，這種改進工作到了80年代中期才有了突破性的發展：塔形流量計出現打破了沿襲近百年的模式結構，使得節流式差壓儀表發生了“質的飛躍”。
塔形流量計的重大突破在于：變流體在管道中心收縮為管道邊璧逐漸收縮，即利用同軸安裝在管道中的塔形體（節流件），迫使流體逐漸從中心收縮到管道內邊壁而流過塔形體，通過測量塔形體前后的壓差來得到流體的流量。正是這個邊璧收縮的結構，使得塔形流量計具有了一系列其他差壓儀表無法相比的優點，徹底克服了以孔板為代表的傳統差壓儀表的諸多缺點。經過國內外10多年的應用和多次測試，已充分證明它能在極短的直管段條件下，以更寬的量程比對各種流體（包括臟污、低流行更準確更有效的測量。從此揭開了差壓式流量儀表劃時代的嶄新一頁。可以預言，隨著人們對它逐漸認識、了解、熟悉和掌握，V形內錐節流裝置由一種非標準節流裝置晉升為標準節流裝置，即隨著國家關于V形內錐節流裝置的標準的出臺，它必將逐漸和完全取代以孔板為代表的傳統差壓儀表。
綜上所述，蒸汽流量儀表的選用是非常重要的，準確測量蒸汽流量是生產部門都需要和普遍關心的問題。隨著經濟的發展，提高測量水平的呼聲越來越高。因此，應針對生產實際情況，做一些細致的技術工作，切實探索出一條蒸汽流量測量的成功之路。
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