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蒸汽流量測量不準確的2大原因 流量儀表如何正確選型

發(fā)布者:admin   時間:2018-09-11 10:29:08
1 引言
供熱行業(yè)中,蒸汽流量測量不準確是普遍存在的問題,其中主要原因分析如下。
1.1 過熱蒸汽
蒸汽是比較特殊的介質,一般情況下所說的蒸汽是指過熱蒸汽。過熱蒸汽是常見的動力能源,常用來帶動汽輪機旋轉,進而帶動發(fā)電機或離心式壓縮機工作。過熱蒸汽是由飽和蒸汽加熱升溫獲得。其中絕不含液滴或液霧,屬于實際氣體。過熱蒸汽的溫度與壓力參數是兩個獨立參數,其密度應由這兩個參數決定。
過熱蒸汽在經過長距離輸送后,隨著工況(如溫度、壓力)的變化,特別是在過熱度不高的情況下,會因為熱量損失溫度降低而使其從過熱狀態(tài)進入飽和或過飽和狀態(tài),轉變成為飽和蒸汽或帶有水滴的過飽和蒸汽。飽和蒸汽突然大幅度減壓,液體出現絕熱膨脹時也會轉變成為過熱蒸汽,這樣就形成汽液兩相流介質。
1.2 飽和蒸汽
未經過熱處理的蒸汽稱為飽和蒸汽。它是無色、無味、不能燃燒又無腐蝕性的氣體。飽和蒸汽具有如下特點。
(1)飽和蒸汽的溫度與壓力之間一一對應,二者之間只有一個獨立變量。
(2)飽和蒸汽容易凝結,在傳輸過程中如有熱量損失,蒸汽中便有液滴或液霧形成,并導致溫度與壓力的降低。含有液滴或液霧的蒸汽稱為濕蒸汽。嚴格來說,飽和蒸汽或多或少都含有液滴或液霧的雙相流體,所以,不同狀態(tài)下不能用同一氣體狀態(tài)方程式來描述。飽和蒸汽中液滴或液霧的含量反映了蒸汽的質量,一般用干度這一參數來表示。蒸汽的干度是指單位體積飽和蒸汽中干蒸汽所占的百分數,以“x”表示。
(3)準確計量飽和蒸汽流量比較困難,因為飽和蒸汽的干度難以保證,一般流量計都不能準確檢測雙相流體的流量,蒸汽壓力波動將引起蒸汽密度的變化,流量計示值產生附加誤差。所以在蒸汽計量中,必須設法保持測量點處蒸汽的干度以滿足要求,必要時還應采取補償措施,實現準確的測量。
蒸汽流量測量不準確的2大原因 流量儀表如何正確選型
2 測量的分析
目前使用流量儀表測量蒸汽流量,測量介質都是指單相的過熱蒸汽或飽和蒸汽。對于相流經常變化的蒸汽,肯定會存在測量不準確的問題。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量不準確的問題,解決這一問題的根本辦法是開發(fā)一種可測兩相流動介質的流量儀表。
用于檢測氣體流量的流量計種類很多,以速度式和容積流量計應用最普遍,它們的共同特點是只能連續(xù)測定工況下的體積流量,而體積流量又是狀態(tài)的函數,工作狀態(tài)下的體積流量不能確切的表示實際流量,工程上一般都以標準狀態(tài)體積流量或質量流量表示。所謂標準狀態(tài)體積是0℃、1個標準大氣壓下的氣體體積或20℃、1個標準大氣壓下的體積。以質量流量為計量單位的情況,目前應用不多。采用刻度氣體流量計時,選定氣體正常溫度、壓力為設計條件,將設計狀態(tài)下的體積流量折算為標準體積流量或質量流量,其折算系數中含有氣體密度的因素,當氣體介質的工作狀態(tài)偏離設計狀態(tài),流量示值將產生誤差。此外氣體介質的組成、含量或溫度的變化,對流量測量也產生影響,所以蒸汽流量的測量更需要采取補償措施,并且因蒸汽的狀態(tài)變化補償因素也比較復雜。
過熱蒸汽的密度由蒸汽的溫度、壓力兩個參數決定,而且在參數的不同范圍內,密度的表達形式也不相同,無法用同一通式表示,所以不能獲得統(tǒng)一的密度計算公式,只能個別推導求得溫度、壓力補償公式。在溫度、壓力波動范圍較大的場合,除進行溫度、壓力補償外,還需要考慮對氣體膨脹系數ε的補償。
無論采用何種流量計檢測飽和蒸汽的流量,在蒸汽壓力波動的條件下工作,必須采取壓力補償措施,這是因為在流量方程中,都含有蒸汽密度的因素,工作條件與設計條件不一致時,讀數會產生誤差,誤差的大小和工作壓力與設計壓力偏差的大小有關,P實>P設將出現負誤差,否則將出現正誤差。蒸汽的干度條件是關系到能否準確計量蒸汽流量的重要條件,目前正在研制在線蒸汽干度檢測儀表,待干度儀表應用于蒸汽流量計量與補償系統(tǒng),必將進一步提高計量的準確性。目前應采取以下三項措施:
(1)輸送蒸汽的管路必須有良好的保溫措施防止熱量損失。
(2)在蒸汽管路上要逐段疏水,在管道的最低處及儀表前的管道上應設置疏水器,及時排出冷凝水。
(3)鍋爐操作中應避免出現汽包液位過高現象,盡量減少負荷出現大的波動。
3 流量儀表的選型
  對于蒸汽計量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。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,江蘇辰裕信新儀表有限公司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、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,下面以渦街流量計、孔板流量計和彎管流量計為例加以說明。
3.1 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(yōu)點,70年代以來得到了迅速發(fā)展。據介紹,現在日本、歐美等發(fā)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(wěn)定,壽命長;
④ 輸出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(lián)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(jié)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(fā)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。
但該流量計也存在一定的局限性:
① 渦街流量計是一種速度式流量計,漩渦分離的穩(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象限制,一般是0.5~8m/s;
③ 測量氣體時,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℃。
3.2 差壓式流量計
 以孔板流量計為代表的差壓式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(fā)現孔板流量計也存在不足:
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(fā)生蒸汽泄漏;
⑥ 壓力損失較大,運行費用高。
 

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