摘要:由标(biāo)準節(jiē)流裝(zhuāng)置(zhì)組(zǔ)成的 差壓(yā)式流量計 在蒸汽計(jì)量上(shàng)廣泛使(shǐ)用,根據(jù)标準節流裝置 測量(liàng)流體流量一般原(yuán)理,分析(xī)了蒸汽密度對(duì)蒸汽計(jì)量的(de)影(yǐng)響,比較了蒸汽(qì)密度求(qiú)取的兩(liǎng)種方(fāng)法,提出了(le)一(yī)種(zhǒng)寬(kuān)量程比蒸汽計量的方(fāng)案,并闡述了噴嘴在蒸汽(qì)計量(liàng)上的應用(yòng)優勢。
0前(qián)言
　　蒸汽是工(gōng)業生産中(zhōng)重要的工藝介(jiè)質和二次能(néng)源(yuán),也是(shì)城鎮市政供熱(rè)中主(zhǔ)要的供熱(rè)介質。随(suí)着工業化和(hé)城鎮(zhèn)化的(de)飛速發展,蒸汽用量(liàng)與日俱增(zēng),蒸汽(qì)消耗量成(chéng)爲生(shēng)産運行經(jīng)濟考(kǎo)核的(de)重要(yào)指标,蒸汽的準(zhǔn)确計量(liàng)尤(yóu)爲重(zhòng)要,在廣(guǎng)泛使用(yòng)的蒸汽(qì)計(jì)量(liàng)器(qì)具中,由(yóu)标準節流裝置組成的(de)差壓(yā)流量(liàng)計和(hé)渦街流量計是(shì)蒸汽(qì)計量(liàng)器具(jù)的主流選擇。
　　節(jiē)流裝(zhuāng)置(zhì)具(jù)有結構簡(jiǎn)單、制(zhì)造容(róng)易、維護方便、成本較低、可(kě)靠性高等優點,按照标準(zhǔn)gb/t2624－2006設(shè)計、制造(zào)的标(biāo)準節流裝置(zhì),無(wú)需進行實(shí)流标定就(jiù)能得(dé)到較高的(de)測量(liàng)精度,節(jiē)流(liú)裝置(zhì)也存(cún)在測(cè)量範圍(wéi)小、壓力(lì)損失(shī)大、檢定周期短(duǎn)等不足(zú)。 渦街流(liú)量計(jì) 受(shòu)工作原理、敏(mǐn)感元件和結構(gòu)的局限,在(zài)被測流體(tǐ)在溫度、壓力高于一(yī)定數值時(shí),管道(dào)或環(huán)境振動較(jiào)大時(shí),使用渦街(jiē)流量計測(cè)量存(cún)在困(kùn)難［1］;渦(wō)街流(liú)量計(jì)的(de)檢定,要(yào)放在(zài)流量标準(zhǔn)裝置上進行,不(bú)僅拆裝、搬(bān)運、送(sòng)檢費事,而(ér)且要将流量計停用(yòng)較長(zhǎng)時間,檢定(dìng)成本和時(shí)間成(chéng)本較(jiào)高(gāo);渦(wō)街流量計的成本,在(zài)儀表口(kǒu)徑增大(dà)時上升明顯,尤其(qí)是在(zài)流體溫(wēn)度較(jiào)高(gāo)(t＞300℃)時,價格劣勢尤爲明顯。
　　因此渦(wō)街(jiē)流量(liàng)計在(zài)上世紀70年(nián)代(dài)投入工(gōng)業應(yīng)用至(zhì)今(jīn),雖然占(zhàn)領了标準節流(liú)裝置的(de)部分市(shì)場,但(dàn)在高溫、高(gāo)壓流(liú)體,管徑較(jiào)大的測量對象和環境振動較(jiào)大的場合,标準(zhǔn)節流(liú)裝置仍是(shì)不可(kě)替(tì)代的,尤其是(shì)熱電等行(háng)業仍然普(pǔ)遍使(shǐ)用标準(zhǔn)節(jiē)流裝置。
1蒸(zhēng)汽密度
1.1标準節流裝置測(cè)量流體流量一(yī)般原(yuán)理
标(biāo)準節(jiē)流裝置(zhì)測量流(liú)體流量一般原(yuán)理表(biǎo)達式爲［2］:

　　式(shì)中:qm爲(wèi)質(zhì)量(liàng)流量(liàng),kg/s;c爲流出系(xì)數;ε1爲(wèi)可膨脹(zhàng)系數;d爲(wèi)節流(liú)件的開孔直(zhí)徑;Δp爲差壓;ρ1爲(wèi)被測流體(tǐ)密度;β爲直徑比,β=d/d,d爲管(guǎn)道内(nèi)徑。
　　在式(1)中,β和d爲(wèi)常數,c和ε1在(zài)一定(dìng)的流(liú)量範圍之内也可看(kàn)作常(cháng)數,因此式(2)可簡(jiǎn)化爲(wèi):

　　從式(2)可清(qīng)楚(chǔ)看出,儀表示值同ρ1密切(qiē)相關。而蒸汽工況(溫度t,壓(yā)力p)的(de)變化,必然(rán)使ρ1産(chǎn)生相應的(de)變化(huà)。因(yīn)此,标準節流(liú)裝置必須(xū)與用(yòng)以求取蒸汽密(mì)度的(de)工(gōng)況測量(liàng)儀表配合(hé),并同計(jì)算(suàn)部分一起(qǐ)組成蒸汽(qì)質量(liàng)流量計,才(cái)能保(bǎo)證測(cè)量(liàng)精(jīng)度。
1.2蒸(zhēng)汽密(mì)度求取方法
　　水蒸汽的物理性質與理想(xiǎng)氣體大不(bú)相同(tóng),不能(néng)采用理想(xiǎng)氣體(tǐ)狀(zhuàng)态(tài)方程(chéng)進行密度(dù)補償(cháng),需先求(qiú)取(qǔ)蒸汽(qì)密度再做(zuò)密度(dù)補償。蒸汽(qì)密度的求(qiú)取(qǔ)方法歸納(nà)起來(lái)主(zhǔ)要是(shì)采用數學模型(xíng)法和計算(suàn)機查(chá)表法兩類［3］。
(1)數學(xué)模型法
①一次函數法。這種方法(fǎ)的顯著特點是(shì)簡單,适用飽和(hé)蒸汽,其表(biǎo)達式(shì)爲:
ρ=ap+b(3)
　　式(shì)中:ρ爲蒸汽(qì)密度,kg/m3;p爲蒸汽絕(jué)對壓(yā)力,mpa;a、b爲系數和常數(shù)。
　　式(3)不足之處是僅在較小的壓(yā)力範圍(wéi)内變化适用,壓(yā)力變化範(fàn)圍較(jiào)大時,由于誤差太大(dà),就(jiù)不适用了。因爲對(duì)于飽(bǎo)和蒸(zhēng)汽(qì)來說,ρ=f(p)是(shì)一條曲線,用(yòng)一(yī)條直線拟合它,範圍越(yuè)大,當然(rán)誤差越大。
　　解決這個(gè)矛盾的方(fāng)法是(shì)分(fèn)段拟合(hé),即在(zài)不(bú)同(tóng)的壓(yā)力段采(cǎi)用不同(tóng)的系(xì)數(shù)和常數(shù)。表1所示爲不同(tóng)壓力(lì)段對應的(de)不同密度計算(suàn)式［4］。

②用(yòng)指(zhǐ)數函數(shù)拟合(hé)密(mì)度曲線。使(shǐ)用(yòng)較多的是(shì):

　　式(4)描述的是(shì)一(yī)條曲線,用它來拟合飽和(hé)蒸汽(qì)ρ=f(p)曲線能得到更高的精度,但是(shì)在壓力變化(huà)範(fàn)圍較大的(de)情況(kuàng)下,仍有千分之(zhī)幾的(de)誤差(chà)。
③狀态方(fāng)程(chéng)法。狀态方(fāng)程法(fǎ)用于(yú)計算過熱(rè)蒸(zhēng)汽(qì)密度(dù),其中著名的有(yǒu)烏卡諾維奇狀(zhuàng)态方程和(hé)莫裏(lǐ)爾狀态方程,狀(zhuàng)态方程的計算公式較(jiào)爲複雜(zá),在儀表常用數(shù)據(jù)手(shǒu)冊及其他(tā)相關書(shū)籍(jí)資料中均(jun1)有描述,這(zhè)裏不做(zuò)贅(zhuì)述。
(2)計算機查表法現(xiàn)在國際上(shàng)通用(yòng)的蒸汽密度表(biǎo)是根(gēn)據“工(gōng)業用(yòng)1697年ifc公式”計算出(chū)來的。根據現有(yǒu)的過熱(rè)蒸(zhēng)汽密(mì)度表(biǎo),查取與溫(wēn)度、壓(yā)力相(xiàng)對應的過熱蒸(zhēng)汽密度,對于蒸(zhēng)汽密(mì)度表中兩(liǎng)點之(zhī)間的(de)數據(jù),采用(yòng)數學内插(chā)法處理确定。
表2的過(guò)熱蒸(zhēng)汽密度表(biǎo)中,将(jiāng)壓力以0.1mpa爲(wèi)間距劃(huà)分5個區間,将溫(wēn)度(dù)以10℃爲間距(jù)劃分(fèn)爲7個區間,在壓力、溫(wēn)度區間内可采用線性(xìng)内插法(fǎ)計算(suàn)求取蒸汽(qì)密度(dù)。例(lì):過熱蒸汽實測壓力爲2.82mpa,實測(cè)溫度爲282℃,求(qiú)取過熱蒸(zhēng)汽密(mì)度。


　　通(tōng)用流(liú)量演(yǎn)算器可将蒸汽(qì)密度表(biǎo)裝入其(qí)内存(cún)中,在(zài)cpu的控(kòng)制下,模拟(nǐ)人工查表的方(fāng)法,采用計(jì)算機查表與線性内插相結(jié)合的技術,能(néng)得到(dào)人工(gōng)查表相同(tóng)的精(jīng)度。
2寬(kuān)量程比計(jì)量方(fāng)案
　　蒸(zhēng)汽消耗受(shòu)熱負荷(hé)變化制(zhì)約,流(liú)量(liàng)變化範圍廣,有(yǒu)時甚至(zhì)隻有(yǒu)滿(mǎn)量程的(de)百分(fèn)之幾(jǐ),如果要保證差壓式(shì)流量(liàng)計在蒸汽(qì)計量全量(liàng)程範(fàn)圍内的測(cè)量精(jīng)度,必(bì)須(xū)想辦法(fǎ)擴大差(chà)壓式流(liú)量計(jì)的量程(chéng)比(bǐ)。
　　标準節(jiē)流(liú)裝置測量範圍(wéi)不理想,這主要(yào)是由其測量原理決(jué)定的,由式(8)可(kě)知(zhī),對流(liú)量測量範圍度(dù)影響(xiǎng)最大的因素是差壓(yā)測量不确定度(dù),其表(biǎo)達式爲
量(liàng)測量不确(què)定度(dù)的影(yǐng)響爲1%。即爲(wèi)了獲得±1%的(de)流量(liàng)測量精度,如果(guǒ)選用(yòng)的(de)是0.075精度等級的差壓變(biàn)送器,隻有當差(chà)壓大(dà)于3.75%,即流量(liàng)小于19.36%fs時,才能保(bǎo)證精度。
　　差(chà)壓變(biàn)送器 ,其差(chà)壓低(dī)端的示(shì)值誤差(chà)無法(fǎ)進(jìn)一(yī)步減小(xiǎo)的原(yuán)因是其(qí)精度(dù)并非可以(yǐ)任意确定,而且(qiě)受膜盒面(miàn)積、環(huán)境溫度以及長(zhǎng)期漂(piāo)移等因素制約,爲了(le)提高(gāo)相對流量(liàng)較小時的差壓測量精度(dù),另外(wài)增設一(yī)台(tái)低量程差(chà)壓變(biàn)送器是一(yī)個行之有效的(de)方法。
例(lì)如,有一蒸汽流量測量(liàng)對象,最(zuì)大流量(liàng)100t/h,最小(xiǎo)流量(liàng)3t/h,常用(yòng)壓力1.1mpa,常用(yòng)溫度250℃,公稱通徑(jìng)dn500,高量(liàng)程差壓(yā)變(biàn)送器(qì)測量(liàng)範(fàn)圍:0～100kpa,低量(liàng)程差壓變送(sòng)器測量(liàng)範(fàn)圍:0～3.75kpa。兩台(tái)0.075級精度等級的(de)差壓(yā)變送器,在(zài)雙(shuāng)量程流(liú)量演(yǎn)算器(qì)的配(pèi)合下(xià),選定合适(shì)的高(gāo)低量程(chéng)切換點(diǎn),在流量量程3～100%範(fàn)圍内,qmqm爲1.25%。
　　上(shàng)述寬(kuān)量程(chéng)比計量方(fāng)案中,流(liú)量測量(liàng)不确定度會受标準(zhǔn)節流裝置(zhì)流出系數c非線性和(hé)可膨脹系(xì)數ε1偏離的(de)制約［5］,采用通用流量(liàng)演算器實時計算流(liú)出系(xì)數c和(hé)可膨(péng)脹系數ε1,對(duì)其影響(xiǎng)進行在線修正。
3噴嘴
　　目前蒸(zhēng)汽(qì)計(jì)量應(yīng)用(yòng)中普遍使用(yòng)的标準節流裝(zhuāng)置是标準(zhǔn)孔闆(pǎn),标準(zhǔn)孔闆的入(rù)口直角(jiǎo)銳(ruì)利度(dù)在流體沖(chòng)刷下(xià)易發生鈍化,國(guó)内有關部門曾對新裝(zhuāng)标(biāo)準孔(kǒng)闆進(jìn)行跟蹤校(xiào)驗(yàn),在(zài)标準孔闆(pǎn)連續使(shǐ)用(yòng)2－3個(gè)月(yuè)時,鈍化(huà)引(yǐn)起的(de)流出系數偏度(dù)在1－3%,個别嚴(yán)重的(de)在4%以上,測量誤(wù)差明顯增(zēng)大(dà)。
　　解(jiě)決标準孔(kǒng)闆鈍(dùn)化問題的(de)最好方法是采用isa1932噴嘴(zuǐ),如圖1所示,isa1932噴(pēn)嘴的(de)入(rù)口(kǒu)爲光(guāng)華曲面,不(bú)易磨(mó)損,流出(chū)系數非(fēi)常穩(wěn)定,jjg640－2016檢定規(guī)程規(guī)定isa1932噴(pēn)嘴的(de)檢定(dìng)周期(qī)爲4年(nián),而标(biāo)準(zhǔn)孔(kǒng)闆檢定周期爲2年［6］。再(zài)者,噴嘴在(zài)相同(tóng)流量和(hé)相同β值條件下,永久壓(yā)力損失比孔闆(pǎn)小得(dé)多,僅(jǐn)爲孔(kǒng)闆的50～60%,有利(lì)于減(jiǎn)小能耗(hào)。長(zhǎng)期運(yùn)行情況表(biǎo)明,由(yóu)于噴嘴在(zài)結構上的優(yōu)勢具有(yǒu)耐沖(chòng)擊抗變形(xíng)的優點,适用于(yú)高溫、高壓、高流(liú)速的蒸汽(qì)介質(zhì)。

4結語(yǔ)
　　由(yóu)标準節流裝(zhuāng)置組(zǔ)成的差壓式流量計(jì),在蒸汽計(jì)量應(yīng)用中(zhōng)需将(jiāng)經典(diǎn)技術(shù)與(yǔ)現(xiàn)代技(jì)術相(xiàng)結合,合理(lǐ)地選用(yòng)流量計(jì)算機(jī)和isa1932噴嘴,實現蒸汽工(gōng)況密度實(shí)時(shí)計算和(hé)在線(xiàn)補償功能,克服(fú)傳統節流(liú)裝置(zhì)量程比小(xiǎo)、阻力損失大、容(róng)易變形、檢定周期短(duǎn)等缺點,以滿足蒸汽計量(liàng)寬量程、精度和(hé)低能耗的(de)新要(yào)求。上述(shù)計量器具配備方(fāng)案在(zài)蒸(zhēng)汽(qì)計量應用(yòng)中已日趨成(chéng)熟(shú),并在石化、化工、熱電、冶金以及城市(shì)供熱等行(háng)業中得到(dào)了廣泛應用。

以上内(nèi)容源于網(wǎng)絡，如(rú)有侵權(quán)聯系即(jí)删除!