渦街流量計(jì)在蒸汽計(jì)量中的應(yīng)用
1、 測(cè)量蒸汽流量?jī)x表的分類及選擇
目前,測(cè)量蒸汽流量的儀表主要分為渦街和差壓(孔板為主) 兩大類。蒸汽流量測(cè)量在上世紀(jì) 80 年代以前普遍采用標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì), 但從流量?jī)x表發(fā)展?fàn)顩r來(lái)看, 孔板流量計(jì)盡管其歷史悠久、 應(yīng)用范圍廣, 人們對(duì)它的研究也zui充分, 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)zui完整, 但用標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)來(lái)測(cè)量蒸汽流量, 它仍存在一些不足之處: 其一, 壓力損失較大; 其二, 導(dǎo)壓管、 三組閥及連接頭容易泄漏; 其三, 量程范圍小, 一般為 3: 1, 對(duì)流量波動(dòng)較大易造成測(cè)量值偏低。而渦街流量計(jì)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單, 變送器直接安裝于管道上,克服了管路泄漏現(xiàn)象。 另外, 渦街流量計(jì)的壓力損失小, 量程范圍寬, 對(duì)飽和蒸氣測(cè)量量程比可達(dá)30: 1。 因此, 隨著渦街流量計(jì)測(cè)量技術(shù)的成熟, 渦街流量計(jì)在蒸汽流量檢測(cè)中的應(yīng)用比例逐年增大。
蒸汽是比較特殊的介質(zhì),有飽和及過(guò)熱兩種狀態(tài)。隨著工況 (如溫度、 壓力) 的變化, 過(guò)熱蒸汽經(jīng)常會(huì)轉(zhuǎn)變成為飽和蒸汽 (如下圖)
圖中的縱坐標(biāo)和橫坐標(biāo)分別為 (水)蒸汽的壓力和溫度值。圖中的曲線稱作飽和曲線。曲線上的點(diǎn)為飽和狀態(tài)的蒸汽參數(shù)值,飽和曲線以上部分為過(guò)熱蒸汽, 以下部分為液態(tài)水。
由上圖可以看出飽和蒸汽的溫度和壓力值是一一對(duì)應(yīng)的,即當(dāng)飽和蒸汽的溫度或壓力有其中一值確定,另一值也就可以確定了。 例如: 150℃的飽和蒸汽對(duì)應(yīng)的壓力值為0.476MPa。絕壓為 0.6Mpa的飽和蒸汽對(duì)應(yīng)的溫度為 158.94℃。而過(guò)熱蒸汽的溫度和壓力并不一一對(duì)應(yīng), 在圖中是在飽和曲線以上的區(qū)域。例如: 150℃的蒸汽當(dāng)其壓力值大于 0.476Mpa 時(shí),就稱其為過(guò)熱蒸汽, 只是過(guò)熱度不同。壓力值等于 0.476MPa 時(shí), 稱為飽和蒸汽。
2、 蒸汽流量計(jì)量中的溫度壓力補(bǔ)償
目前, 我國(guó)對(duì)蒸汽的計(jì)量記錄及結(jié)算值的單位基本上是質(zhì)量流量, 即噸或公斤。而蒸汽流量計(jì)測(cè)量值均是體積流量, 即立方米。這就需要實(shí)時(shí)采集蒸汽的溫度和壓力, 在積算儀或計(jì)算機(jī)中計(jì)算出密度進(jìn)行補(bǔ)償。飽和蒸汽的溫度和壓力值是一一對(duì)應(yīng)的, 因而單獨(dú)通過(guò)測(cè)壓力或測(cè)溫度都可以對(duì)飽和蒸汽進(jìn)行密度補(bǔ)償。而過(guò)熱蒸汽的溫度和壓力并不一一對(duì)應(yīng), 過(guò)熱蒸汽的密度補(bǔ)償必須同時(shí)測(cè)其壓力和溫度。以測(cè)量過(guò)熱蒸汽為例, 使用渦街流量計(jì)時(shí)應(yīng)安裝壓力變送器和溫度傳感器采集壓力和溫度進(jìn)行補(bǔ)償計(jì)算(如下圖) 。
另外, 干蒸汽在長(zhǎng)距離輸送過(guò)程中, 會(huì)因熱量損失而出現(xiàn)部分凝結(jié), 導(dǎo)致蒸汽干度降低, 變成濕蒸汽。 蒸汽的溫壓狀態(tài)在飽和曲線以下區(qū)域時(shí)我們就不能稱其為蒸汽而是水了。 飽和蒸汽實(shí)際上是水分子由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)的臨界值, 飽和蒸汽由于溫度或壓力的改變部分氣態(tài)水分子轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài), 即蒸汽中攜帶了部分的水時(shí)就稱其為 “濕蒸汽” , *氣態(tài)水分子稱為 “干蒸汽” 。(1)濕蒸汽就屬性而言是兩相流體, 但在濕度不高的情況下, 可將其當(dāng)作單相流體, 并用一般的流量計(jì)進(jìn)行測(cè)量。
(2) 蒸汽嚴(yán)重帶水, 將使渦街流量計(jì)出現(xiàn) “漏脈沖”現(xiàn)象, 更嚴(yán)重時(shí), 渦街流量計(jì)會(huì)*沒(méi)有脈沖輸出。
(3) 對(duì)于蒸汽嚴(yán)重帶水影響渦街流量計(jì)正常測(cè)量的情況, 常用的處理方法是在渦街流量計(jì)上游的適當(dāng)位置充分疏水。 合理布置疏水器, 保持蒸汽的過(guò)熱度, 使?jié)裾羝母啥缺M量提高, 能保證渦街流量計(jì)正常測(cè)量。
3、 渦街流量計(jì)在蒸汽計(jì)量中的優(yōu)點(diǎn)
(1) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而牢固, 無(wú)可動(dòng)部件, 可靠性高, 長(zhǎng)期運(yùn)行十分可靠。
(2) 安裝簡(jiǎn)單, 維護(hù)十分方便。 不像差壓式流量計(jì)那樣再另裝導(dǎo)壓管和固定支架, 即節(jié)省了安裝費(fèi)用, 又減少了故障點(diǎn), 還不用采取保溫措施。
(3) 檢測(cè)傳感器不直接接觸被測(cè)介質(zhì), 性能穩(wěn)定, 壽命長(zhǎng) (針對(duì)于內(nèi)藏式) 。
(4) 輸出是與流量成正比的脈沖信號(hào), 無(wú)零點(diǎn)漂移,精度高。也可根據(jù)需要使其輸出 (4~20) MA 信號(hào)。
(5) 測(cè)量范圍寬, 量程比可達(dá) 1: 10 或更高。這一點(diǎn)對(duì)一些用汽很不平衡的用戶的蒸汽計(jì)量很有作用。
(6 ) 壓力損失較小, 運(yùn)行費(fèi)用低, 具有一定的節(jié)能意義。
4、 渦街流量計(jì)測(cè)量蒸汽的局限性分析
(1)對(duì)直管段的要求較高, 一般起碼要求前直管段在 15D 左右, 后直管段在 5D 左右。
(2 ) 蒸汽的水擊容易造成探頭及旋渦發(fā)生體的損傷。
(3 ) 不適合安裝在管線振動(dòng)較大或干擾較強(qiáng)的地方。
(4) 所測(cè)介質(zhì)溫度不能過(guò)高, zui高不能高于 400 度。
(5) 現(xiàn)在大管徑的流量表穩(wěn)定性欠佳 (大于DN250MM)
渦街流量計(jì)在使用后克服了孔板流量計(jì)的諸多不足, 對(duì)飽和蒸汽的測(cè)量更準(zhǔn)確、 更穩(wěn)定,維護(hù)方便。但值得注意的是,由于孔板測(cè)量技術(shù)發(fā)展成熟, 有相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)作支持, 本身結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、 造價(jià)低, 耐高溫性能和抗振性能好,所以對(duì)于大中型管道,如DN200mm 以上管道, 多是采用孔板差壓式流量計(jì), 尤其是高壓過(guò)熱蒸汽, 全部是采用孔板差壓式流量計(jì)。對(duì)于中小管道, 渦街流量計(jì)使用數(shù)量越來(lái)越多。另外由于高溫及振動(dòng)對(duì)渦街傳感器的正確使用十分不利, 除采取必要的耐溫、 減振措施外, 在實(shí)際使用時(shí), 應(yīng)盡量安裝于振動(dòng)小通風(fēng)好的位置。如發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)干擾的虛假信號(hào), 應(yīng)停止運(yùn)行并檢查原因予以排除。另外, 測(cè)量飽和蒸汽的流體流速不得低于 5m/s, 否則, 流量計(jì)量值偏低。除上述以外, 還應(yīng)注意蒸汽計(jì)量?jī)x表的定期檢修。由于其長(zhǎng)期處在高溫、 高壓的水蒸汽環(huán)境中, 很容易造成表件損壞、銹蝕、 雜質(zhì)阻塞等, 因此需要經(jīng)常維護(hù)和定期檢修。
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