摘要(yào)：詳細介紹(shào)了蒸汽(qì)汽(qì)錘的(de)成因(yīn)和(hé)汽錘的(de)5種具體的(de)物理(lǐ)形态(tài)。在此基礎(chǔ)上，安裝在蒸汽(qì)管線上的(de) 渦街(jiē)流量 和 孔闆流(liú)量計 的設(shè)計選型，進(jìn)行了詳細(xì)的比較(jiào)和分析(xī)。并對比了(le)蒸汽流量測(cè)量的種(zhǒng)不同的溫壓補(bǔ)償設(shè)計(jì)方案。然(rán)後，對氣動球閥(fá)和氣(qì)動單座閥在蒸汽工(gōng)況下的應用也進行(háng)了深入探讨。最(zuì)後，指出了(le)于蒸(zhēng)汽工況下(xià)流量計和氣動(dòng)開關(guān)閥設計選(xuǎn)型的若幹(gàn)建議。
1.概述
　　化工(gōng)行業(yè)經常(cháng)使用(yòng)飽和蒸汽(qì)對工藝介質進行加(jiā)熱，因(yīn)此蒸(zhēng)汽管線在(zài)化工(gōng)廠裏随(suí)處可見(jiàn)。蒸汽管線中(zhōng)的(de)飽和蒸汽很容(róng)易發生冷(lěng)凝，并形成(chéng)冷凝水。如(rú)果蒸(zhēng)汽管線過(guò)長，且(qiě)未進行合(hé)理支撐，那(nà)麽，在(zài)重力的(de)作用下，管道的中(zhōng)間部(bù)分會(huì)下垂，并在(zài)蒸汽管線停(tíng)用(yòng)後，積(jī)存(cún)一部分冷凝水。蒸(zhēng)汽疏(shū)水閥設置和安(ān)裝的不合理，也(yě)會導緻蒸汽管(guǎn)路的排(pái)水(shuǐ)不暢(chàng)。當蒸汽(qì)管線再(zài)次啓(qǐ)用時，入管(guǎn)道(dào)的(de)蒸汽和積(jī)存在管(guǎn)道内的(de)冷凝(níng)水相(xiàng)遇，就(jiù)會在管道内形(xíng)成汽(qì)錘。汽錘會(huì)對(duì)安裝在蒸汽(qì)管線上的設備(bèi)、儀表和(hé)閥(fá)門造成破壞(huài)。此外，蒸(zhēng)汽的溫度也較(jiào)高。在工程設計(jì)中，對這些(xiē)不利(lì)因素都應(yīng)加以考慮和防(fáng)範。
2.汽(qì)錘的物理形态
　　汽錘有以下5種(zhǒng)主要(yào)的(de)物理形(xíng)态：
1）蒸汽管(guǎn)線裏積存的冷凝水(shuǐ)，在蒸汽(qì)的(de)加熱下快速蒸發，使(shǐ)得管道内的氣體體積迅速膨脹，壓力上(shàng)升，從(cóng)而對安裝在管(guǎn)線上的儀表和閥門(mén)形成(chéng)壓(yā)力(lì)沖擊(jī)。
2）蒸(zhēng)汽(qì)流速過快，部(bù)分蒸汽沖入(rù)積存的冷凝水(shuǐ)之中，使得(dé)中間一段管道(dào)全部被蒸(zhēng)汽占(zhàn)據，而(ér)兩側(cè)則仍然是冷(lěng)凝水，當這部分蒸汽在冷凝水中(zhōng)發(fā)生(shēng)冷凝時(shí)，形成局部真(zhēn)空(kōng)，使冷凝(níng)水從(cóng)兩頭向中(zhōng)間快(kuài)速流動，填(tián)補真空，并發(fā)生激烈碰撞(zhuàng)，在管(guǎn)線中産(chǎn)生(shēng)較大的壓(yā)強和沖擊(jī)波。
3）冷凝水(shuǐ)在管(guǎn)線底(dǐ)部，被進入管線的(de)蒸(zhēng)汽吹(chuī)動，向下遊流動(dòng)，像海水被(bèi)海風(fēng)吹拂(fú)着，形成了(le)海浪。當管(guǎn)線(xiàn)上的開(kāi)關閥(fá)關閉過于迅(xùn)速(sù)時，流(liú)動的冷凝水漣(lián)漪，也會如海浪(làng)疊加撞擊岸邊(biān)的峭(qiào)壁一(yī)樣，疊加撞(zhuàng)擊并(bìng)損壞(huài)開關閥的(de)閥内件。
4）如果蒸汽管(guǎn)線上(shàng)的開關閥(fá)打開(kāi)過快，則閥(fá)後的冷凝水有(yǒu)可能會被高速流動的蒸汽吹(chuī)起，如(rú)子彈一般(bān)的，撞擊下(xià)遊的(de)管件和儀(yí)表，并(bìng)造成(chéng)相(xiàng)應(yīng)的損壞。
5）如果蒸汽管(guǎn)線上的開關閥(fá)打開過快，蒸汽(qì)流速(sù)較快(kuài)，則蒸汽會(huì)和原(yuán)積存在管線内的，低(dī)溫的(de)冷凝水混合在一起(qǐ)，并在(zài)冷凝水内部形(xíng)成由蒸汽(qì)構成(chéng)的氣(qì)泡，當這些(xiē)蒸汽氣泡破裂時，周圍的(de)冷凝(níng)水在瞬間填補蒸汽(qì)氣泡破裂(liè)後形成的(de)空間，形成高壓(yā)強(qiáng)，并(bìng)破壞臨近的管件、閥(fá)門(mén)和儀表(biǎo)。這個過程(chéng)有點類似于氣蝕裏(lǐ)的空化。
3.渦(wō)街(jiē)流量計和孔闆流(liú)量計分别應用于蒸(zhēng)汽(qì)管線
　　渦街流量計通常是利用差(chà)動電(diàn)容，測量(liàng)漩渦發(fā)生體後(hòu)産生的(de)卡門渦街的漩(xuán)渦頻率，從而推(tuī)算出被測(cè)流體(tǐ)的流量。其(qí)量程比大緻爲10∶1。孔闆(pǎn)流量計則是通(tōng)過測量孔(kǒng)闆前(qián)後的壓差，由伯(bó)努利(lì)方程(chéng)（孔闆(pǎn)兩側(cè)的壓(yā)差的(de)開方(fāng)值，與流經(jīng)孔闆(pǎn)的流體的(de)流量(liàng)成正比），推(tuī)算出流體的流(liú)量。其量程比比渦街(jiē)流量計狹(xiá)窄(zhǎi)，大緻(zhì)爲3∶1。當渦(wō)街流(liú)量計和孔(kǒng)闆流量(liàng)計(jì)分别(bié)應用(yòng)在(zài)蒸汽管(guǎn)線上(shàng)時：
1）渦(wō)街流量計測量漩渦(wō)的差動電容(róng)是(shì)完全(quán)處于蒸汽(qì)管線内(nèi)部的。因(yīn)此，差動電(diàn)容幾(jǐ)乎時刻處(chù)于高(gāo)溫之中，其使用(yòng)壽命較短(duǎn)。孔闆(pǎn)流量計分兩種(zhǒng)：一體(tǐ)化(huà)孔闆流(liú)量(liàng)計和帶冷凝(níng)罐的孔(kǒng)闆(pǎn)流量計。一(yī)體化(huà)孔闆(pǎn)流量計的差壓測量元件，在管(guǎn)道上方，并不在(zài)管道内(nèi)。而帶冷(lěng)凝罐的孔闆流(liú)量計，其差壓測(cè)量元(yuán)件，隻(zhī)接觸(chù)冷凝罐内的冷(lěng)凝水，與(yǔ)蒸(zhēng)汽是完全(quán)隔絕的。因此，孔(kǒng)闆流(liú)量計差壓(yā)測量(liàng)元件(jiàn)的使用壽命較(jiào)長。
　　渦(wō)街(jiē)流量(liàng)計(jì)通過(guò)可(kě)動部件(jiàn)（通常(cháng)爲機械件(jiàn)極小(xiǎo)的(de)位移），去(qù)檢測卡門渦街(jiē)的漩渦，并(bìng)通過(guò)機械傳(chuán)動(dòng)，将這一物理(lǐ)位移傳(chuán)遞給差動電容(róng)。當(dāng)蒸汽管(guǎn)線内(nèi)發生汽(qì)錘時，該(gāi)可動部件将受(shòu)到較大的沖擊力，有(yǒu)可能(néng)發生永久(jiǔ)形變。同時(shí)，差動電容(róng)本身也可能(néng)被該可(kě)動部件(jiàn)傳來的(de)力直(zhí)接破(pò)壞，從(cóng)而(ér)導(dǎo)緻渦(wō)街流(liú)量計傳感器損壞。而孔闆(pǎn)流量計則沒有(yǒu)任何(hé)可動部件。且安(ān)裝在(zài)管道内，作(zuò)爲孔闆流量計(jì)一次(cì)測量部件(jiàn)的孔闆，機構簡(jiǎn)單，非(fēi)常堅(jiān)固。因(yīn)此，孔闆流(liú)量計很難(nán)被(bèi)汽錘打(dǎ)壞。
　　當汽錘(chuí)發生(shēng)時，蒸汽管線内(nèi)的蒸(zhēng)汽受(shòu)到壓力波的幹擾，流(liú)場發生紊(wěn)亂，管(guǎn)線本身也強烈(liè)震動。這會(huì)嚴重幹擾(rǎo)卡門渦街(jiē)的穩定生成，從(cóng)而影(yǐng)響渦街流(liú)量計(jì)的正(zhèng)常測(cè)量。當(dāng)然(rán)，對(duì)渦街(jiē)流量計(jì)兩側的管(guǎn)道，進行額外(wài)的加固支撐(chēng)，可以在一定程度(dù)上減(jiǎn)輕(qīng)渦(wō)街流(liú)量計的震動。但(dàn)卻無法消除，臨(lín)近管(guǎn)道(dào)内所發(fā)生的汽錘(chuí)所帶(dài)來的(de)管(guǎn)道内蒸(zhēng)汽流(liú)場本(běn)身的(de)紊(wěn)亂(luàn)和波動。而(ér)對孔闆流量計來說(shuō)，汽錘(chuí)所産生的管(guǎn)道(dào)震動(dòng)和流場紊(wěn)亂，并不會(huì)影響孔闆(pǎn)前後(hòu)的壓差，也(yě)就不會影(yǐng)響孔(kǒng)闆流量計進行(háng)準确(què)可(kě)靠(kào)的流量測(cè)量。
4.蒸汽流(liú)量測量的(de)溫壓補償
　　蒸汽管線(xiàn)流量計設計選(xuǎn)型的(de)另一個要(yào)點是溫壓補償。蒸汽在化(huà)工生(shēng)産中的(de)主要作(zuò)用是(shì)對(duì)工(gōng)藝介(jiè)質進(jìn)行加(jiā)熱，工藝設計師和生(shēng)産操作員所關(guān)心的(de)是蒸汽的(de)質量流(liú)量，而不(bú)是體積流量。但渦街(jiē)流(liú)量(liàng)計和(hé)孔闆(pǎn)流量(liàng)計都是體積(jī)流(liú)量計(jì)，無法(fǎ)直接測量(liàng)質量(liàng)流量。因此(cǐ)，必須(xū)對渦街流(liú)量計和(hé)孔闆流量計的測量結(jié)果進(jìn)行溫壓補(bǔ)償。過熱蒸(zhēng)汽的(de)溫度(dù)和壓力沒(méi)有對(duì)應(yīng)關系，需(xū)對過(guò)熱蒸(zhēng)汽的(de)體積流量同時(shí)進行(háng)溫度補償和壓(yā)力補償。飽(bǎo)和蒸汽的溫度(dù)和壓力(lì)是一一(yī)對應的，隻(zhī)需對飽和(hé)蒸汽的體(tǐ)積流量進(jìn)行單一的溫(wēn)度補償或壓力補(bǔ)償即(jí)可。
　　溫壓補(bǔ)償有(yǒu)兩種方案(àn)。第一(yī)種(zhǒng)是(shì)在流量計(jì)内集成溫(wēn)度測量和壓力(lì)測量(liàng)元件，并在(zài)變送器内(nèi)進行溫壓補(bǔ)償計算(suàn)，然後(hòu)将補償後的質量流量信(xìn)号傳(chuán)給集散控制系統（dcs）。第二(èr)種方案是在管(guǎn)線上加(jiā)裝溫度變(biàn)送器和壓(yā)力變送器(qì)，然後将測得的(de)壓力信号，和蒸(zhēng)汽(qì)流量計(jì)測得(dé)的補(bǔ)償前的體積流量信号，一起上傳(chuán)dcs，并(bìng)在dcs内(nèi)根據(jù)公(gōng)式(shì)進行(háng)溫壓補(bǔ)償計算(suàn)。
　　對過熱蒸(zhēng)汽來(lái)說，僅有個别品(pǐn)牌的渦街流量(liàng)計和(hé)孔(kǒng)闆流量(liàng)計，同時集(jí)成了(le)溫度(dù)測量(liàng)和壓(yā)力測量的功能，而這(zhè)些型号的(de)流量計價格也(yě)較貴。當溫度或(huò)壓力測量元件(jiàn)損壞後，需(xū)更換整個流量計，則(zé)更換(huàn)成本(běn)和備(bèi)品備件成(chéng)本都(dōu)非常(cháng)昂貴。而(ér)采用第二種(zhǒng)設計(jì)方案(àn)，不但采購(gòu)和更(gèng)換成本低，同時，也可将過(guò)熱蒸汽管(guǎn)線内的溫(wēn)度(dù)和(hé)壓力(lì)信号(hào)一起上傳(chuán)至dcs。有利于生産(chǎn)操作(zuò)人員更好的掌(zhǎng)握蒸汽(qì)管(guǎn)線内的(de)實(shí)際工(gōng)況。
　　對飽和蒸汽(qì)來說，可提供單(dān)一溫(wēn)度(dù)補償的(de)渦街流量計或孔闆流量計都(dōu)較爲常見，采購(gòu)和更(gèng)換成本都相對較低。且采(cǎi)用第一(yī)種方案(àn)可以簡化(huà)設計(jì)，減少施(shī)工現場(chǎng)的施工(gōng)量和未來(lái)運行(háng)階段的(de)維護工作(zuò)量(liàng)，因(yīn)此相(xiàng)對較爲合(hé)理。
5.球閥(fá)切斷閥和單(dān)座切(qiē)斷閥(fá)分(fèn)别(bié)應(yīng)用(yòng)于蒸(zhēng)汽管線(xiàn)
　　與管道(dào)專業不同(tóng)，儀表專業(yè)通常不會(huì)選擇單座閥作(zuò)爲氣動(dòng)切斷閥(fá)。這不僅僅是因(yīn)爲單(dān)座閥所占(zhàn)用的安裝空間(jiān)較大(dà)，也是因爲(wèi)單座閥的(de)開關速度比球(qiú)閥(fá)更(gèng)慢。但在蒸汽管線上，和氣(qì)動球(qiú)閥相(xiàng)比，氣動單座切(qiē)斷閥卻有(yǒu)若幹優勢(shì)：
蒸汽汽錘(chuí)的破壞力驚人，實際(jì)工業(yè)生産(chǎn)中，不止一次發生過閥門被汽錘(chuí)打壞的(de)案例。球閥(fá)的閥體和閥芯比較(jiào)單薄，所用鋼材(cái)較(jiào)少，結(jié)構相對(duì)脆弱。而單(dān)座閥(fá)的閥體和閥芯(xīn)用料厚(hòu)實(shí)，結構堅固(gù)。當汽錘發生(shēng)在切斷閥附(fù)近時，閥體和(hé)閥(fá)内件會承(chéng)受較(jiào)大的沖擊力。此(cǐ)時，單座閥會比(bǐ)球閥(fá)更加(jiā)堅固(gù)可靠，不(bú)容易被(bèi)汽錘打壞。
　　閥芯(xīn)和閥座間(jiān)密封的可靠性和密封面上(shàng)的(de)密封(fēng)壓力(lì)有很大的關系(xì)。球(qiú)閥分浮動球(qiú)球閥和固(gù)定球球閥兩種(zhǒng)。浮動球球閥關(guān)閉時，依(yī)靠上下遊的壓差(chà)來實(shí)現閥芯和閥座(zuò)間的密封，固定球(qiú)球閥關閉時(shí)，依靠閥座内的(de)彈簧來實現密(mì)封，這(zhè)兩種密封(fēng)力相(xiàng)對都較小。而單座閥則依(yī)靠執行機構的(de)輸出(chū)力，将(jiāng)閥芯(xīn)壓在閥座上。因(yīn)此，隻要選擇合(hé)适的執行(háng)機構(gòu)，就能在單座(zuò)閥(fá)閥芯閥座(zuò)處獲得較大(dà)的密封(fēng)壓力，從而改善(shàn)閥座處的密封(fēng)性。當蒸汽管線(xiàn)停用時，單(dān)座閥(fá)的密封(fēng)性(xìng)更好，洩漏到下遊管道的(de)蒸(zhēng)汽量就(jiù)較少，管道内的(de)凝結水也(yě)會随(suí)之減(jiǎn)少(shǎo)。當(dāng)蒸汽(qì)管線(xiàn)再次啓用時，汽錘的發生(shēng)概率也會更低。
　　當蒸汽通(tōng)過球(qiú)閥時，閥内(nèi)溫度(dù)上升，球閥的閥(fá)球和閥座(zuò)會發(fā)生熱(rè)膨脹，但由于鋼材用料量的不同，閥球和(hé)閥座(zuò)的膨脹程度也(yě)會有所不(bú)同。這(zhè)樣一來，閥(fá)球就(jiù)有可能被(bèi)閥座(zuò)抱(bào)死無法動作(zuò)。而直行程的單座(zuò)閥，其打(dǎ)開時，閥(fá)芯直(zhí)接提升，離開閥座(zuò)。閥芯和閥(fá)座之(zhī)間不存(cún)在(zài)靜摩(mó)擦力，不(bú)會被抱(bào)死，因此(cǐ)不(bú)存在(zài)球閥那(nà)樣(yàng)的問題。
6.結束(shù)語
　　發生在蒸(zhēng)汽(qì)管線内(nèi)的汽錘有5種主要的(de)物理形态(tài)，并且會對(duì)安裝(zhuāng)在蒸(zhēng)汽管線上(shàng)的儀表和(hé)閥門(mén)造成(chéng)破壞。孔闆(pǎn)流量計在管道(dào)内沒(méi)有測量元件和可(kě)動部件，其測(cè)量也不受(shòu)管道震(zhèn)動和流(liú)體紊亂的影響(xiǎng)，因此，在量程比允許的(de)情況下，比渦街流(liú)量計(jì)更适合應用于(yú)蒸汽流量測量(liàng)。蒸汽(qì)流量的測量需進行(háng)溫壓(yā)補償(cháng)，對過(guò)熱蒸(zhēng)汽而言，應在管道上安裝獨立(lì)的溫度變送器(qì)和壓力(lì)變送器(qì)，然後在dcs上進行補償(cháng)計(jì)算。而對(duì)飽和(hé)蒸汽來說(shuō)，可在渦(wō)街流量(liàng)計或孔(kǒng)闆(pǎn)流量(liàng)計内(nèi)部集(jí)成溫(wēn)度傳感(gǎn)器，并在流量變送器内部進行溫(wēn)度補償計(jì)算。氣(qì)動單(dān)座閥的閥内件(jiàn)堅固可靠(kào)，關閉(bì)時的(de)密封(fēng)壓力(lì)較大(dà)，洩(xiè)漏量小(xiǎo)，且可選擇(zé)線性或等(děng)百分比的(de)流(liú)量特性(xìng)，能較(jiào)好的限制蒸汽(qì)流量的快(kuài)速增加，其(qí)閥(fá)芯也不會因(yīn)爲(wèi)熱膨脹而被閥座抱死(sǐ)。因此，氣(qì)動單座(zuò)閥比(bǐ)氣(qì)動球閥(fá)更适合應用于蒸汽(qì)管線的切斷。

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