摘要:闡(chǎn)述了(le)蒸汽(qì)計量現狀以及标準(zhǔn)節流裝置(zhì)的誤差來(lái)源，分(fèn)析了(le)常用蒸汽流量計 存(cún)在的檢定(dìng)或校準問(wèn)題。在此基(jī)礎上(shàng)提出了一種鍋(guō)爐主蒸汽(qì)流量計的在線校核(hé)方法，通過對工業典(diǎn)型燃氣鍋(guō)爐(lú)系統的分析建立(lì)了水(shuǐ)汽質(zhì)量平衡方(fāng)程，探(tàn)讨了在線校核(hé)方法的理論可(kě)行性。然後給出(chū)了校核(hé)時的鍋(guō)爐運行需滿足(zú)的穩定(dìng)工況條件以(yǐ)及在線校核的步驟，分析了不确定度分(fèn)量的來(lái)源。該方(fāng)法實現了以精(jīng)度等級的(de)水流(liú)量(liàng)爲标準(zhǔn)參考(kǎo)量，在鍋爐運行(háng)中在線校(xiào)準主蒸汽流量計示(shì)值，提(tí)高飽和蒸(zhēng)汽流量計測量(liàng)精度。與實(shí)驗室(shì)檢定或校(xiào)準相(xiàng)比，鍋(guō)爐主(zhǔ)蒸汽(qì)在線(xiàn)校核(hé)方法(fǎ)具有(yǒu)方便快捷(jié)、動态校準(zhǔn)的優(yōu)點，在保證(zhèng)儀器(qì)性能、提高經濟(jì)效益方(fāng)面可以(yǐ)發揮重要的作用。
0引(yǐn)言(yán)
　　蒸汽作(zuò)爲一種重(zhòng)要的(de)二次能源，是熱(rè)能的重要載體，不(bú)僅(jǐn)可直(zhí)接參(cān)與生産過程的(de)化學反(fǎn)應，還可(kě)以利用其(qí)熱能(néng)産生能量或做(zuò)功(gōng)，具有清潔環(huán)保、能效高(gāo)、可傳(chuán)輸等特點，被廣(guǎng)泛用于當今的(de)工業(yè)生産當中。蒸(zhēng)汽計量的準(zhǔn)确可(kě)靠不僅能(néng)準确(què)反映用戶(hù)能耗、監(jiān)控(kòng)熱能(néng)系統(tǒng)的運(yùn)行狀(zhuàng)況(kuàng)，且能爲實現(xiàn)熱能的合(hé)理分(fèn)配，熱力系統的(de)最佳(jiā)運行，以及(jí)用汽設施的節(jiē)能降(jiàng)耗改造提(tí)供可靠的(de)技術(shù)依據(jù)，而且(qiě)也是(shì)保證蒸汽貿易結算公平公正(zhèng)的基礎。因此，如(rú)何确保蒸汽流(liú)量的準确計量越來(lái)越(yuè)受(shòu)到用(yòng)能單位的重視，對蒸(zhēng)汽計量技(jì)術提(tí)出了更高(gāo)的要求。流量儀(yí)表一(yī)直(zhí)以(yǐ)來就(jiù)是能源計(jì)量的重(zhòng)要基礎(chǔ)工具(jù)，其使用狀(zhuàng)況(kuàng)直(zhí)接影(yǐng)響(xiǎng)着(zhe)能源計量(liàng)的有效性(xìng)，如何(hé)對使(shǐ)用中的流量儀表進(jìn)行計(jì)量性(xìng)能評(píng)價，是當前(qián)能源(yuán)計量工作(zuò)中亟待解決的(de)重要課(kè)題［1］。近幾(jǐ)年，在線校核的方(fāng)法經過不斷(duàn)的研究和推廣，已經(jīng)獲得了越(yuè)來越多的企(qǐ)業和計(jì)量機構認(rèn)可［2－4］。而由于蒸汽(qì)狀态複雜和(hé)其獨特的物理特性使(shǐ)得(dé)蒸汽流(liú)量計(jì)現階段很(hěn)難開展在線檢定和校準的工作，國(guó)内外普遍沒有(yǒu)可行的解決辦(bàn)法。因此，如(rú)何提(tí)高蒸汽計量的(de)精度，快(kuài)速獲取(qǔ)準确可(kě)靠的測(cè)量(liàng)數據，有效加(jiā)強蒸(zhēng)汽(qì)計量管理，需(xū)要計(jì)量行(háng)業給(gěi)予更多的(de)關注。
1蒸汽(qì)計量(liàng)的現(xiàn)狀
　　目(mù)前，蒸(zhēng)汽計(jì)量普(pǔ)遍使(shǐ)用标準(zhǔn)節流裝(zhuāng)置，如(rú) 孔闆流量(liàng)計 或 渦街流量(liàng)計(jì) ，基本都能滿(mǎn)足蒸汽(qì)計量和檢測的要求［5－7］。雖(suī)然蒸汽計量儀(yí)表都經(jīng)過出廠(chǎng)檢驗合格，但安(ān)裝到管道上使用一(yī)定(dìng)時間後(hòu)，其計量(liàng)準确性(xìng)往往發(fā)生偏離(lí)。主(zhǔ)要原因(yīn)是蒸汽流(liú)量計測量(liàng)介質與校(xiào)準介質的物理性質(zhì)不一緻，且因部(bù)件磨(mó)損(sǔn)、電磁信(xìn)号幹(gàn)擾或安(ān)裝(zhuāng)偏差、蒸汽密度(dù)補償(cháng)等(děng)因素影響，導緻運行工(gōng)況條件下的儀(yí)表系(xì)數與(yǔ)校準(zhǔn)給出的儀(yí)表系(xì)數不匹配，使得(dé)蒸汽(qì)流量計在(zài)現場測量出現(xiàn)一定的誤差［8－11］。雖(suī)然對于部(bù)分測(cè)量誤差能夠進(jìn)行修(xiū)正或估算(suàn)，但(dàn)偏離(lí)狀況并(bìng)不是容易(yì)掌握的。而渦街(jiē)流量(liàng)計，由(yóu)于(yú)其儀表系數(shù)與旋渦發(fā)生體(tǐ)及管道的(de)形狀尺寸(cùn)有關(guān)，設計(jì)及标(biāo)定時(shí)的管道(dào)條件與(yǔ)現場(chǎng)管道往往(wǎng)不完全吻合，對儀表(biǎo)系數的影(yǐng)響較大［12］。
　　目(mù)前我(wǒ)國已在煙(yān)台建(jiàn)立有國(guó)家蒸汽(qì)流量(liàng)計量(liàng)站，主(zhǔ)要從附(fù)近(jìn)電站引入(rù)蒸汽對蒸(zhēng)汽流量(liàng)計(jì)進行校準，使用的方(fāng)法爲冷凝(níng)稱重(zhòng)法，但是這種直(zhí)接測量法(fǎ)也存在一(yī)定偏差。其(qí)使用(yòng)的蒸(zhēng)汽與(yǔ)實際測量的蒸(zhēng)汽介(jiè)質溫(wēn)度、壓(yā)力都有一(yī)定的(de)差異，譬(pì)如校準(zhǔn)介質(zhì)壓力(lì)較低，一般僅達(dá)0.3mpa，與大(dà)多數(shù)蒸汽(qì)流量計的實際(jì)工作(zuò)壓力存(cún)在差異(yì);蒸汽流量(liàng)計需要拆(chāi)卸送檢，運(yùn)輸路途較遠，一(yī)方面影響企業(yè)的正(zhèng)常生産，另(lìng)一方(fāng)面(miàn)經過長(zhǎng)途運輸的颠簸(bò)後很難保證校(xiào)準後的(de)儀(yí)表性(xìng)能不發生(shēng)漂移。因此(cǐ)蒸汽(qì)直接(jiē)校準法(fǎ)不具有(yǒu)很強的(de)實際可(kě)操作(zuò)性。
　　基于上(shàng)述現狀，對(duì)蒸汽(qì)流量計(jì)進行在(zài)線校(xiào)核成(chéng)爲一(yī)種可(kě)行的選項(xiàng)，特别(bié)是使(shǐ)用時(shí)間較長，或(huò)者使用者一直對計量(liàng)值存疑的流(liú)量計更是(shì)如此(cǐ)。校核(hé)的目(mù)的在(zài)于用某種(zhǒng)可行的方式在(zài)線檢(jiǎn)測實際流量，提(tí)供一種參(cān)考，從(cóng)而可以對在用(yòng)流量計(jì)的測量值進行對(duì)比分(fèn)析。介(jiè)紹了超聲(shēng)波流量計在(zài)線校核蒸汽流量(liàng)計的方(fāng)法，并對一服(fú)裝洗(xǐ)染公(gōng)司的威爾巴蒸汽流量計進行(háng)校核，其(qí)結(jié)果表明校核的示值(zhí)誤差在儀表标明(míng)的(de)精度(1.5%)範圍(wéi)之内，不存在計量超(chāo)差(chà)的問題。超聲(shēng)波(bō)流(liú)量計(jì)在線校(xiào)核的方法多用(yòng)于(yú)液體流量(liàng)，而(ér)對于物(wù)理性(xìng)質(zhì)特殊的(de)蒸汽而(ér)言僅對(duì)過熱蒸汽較爲(wèi)有效(xiào)，對飽和蒸(zhēng)汽或濕度(dù)較大(dà)蒸汽時(shí)，便會因(yīn)聲能在不同介(jiè)質傳(chuán)遞中的衰(shuāi)減而受到嚴重(zhòng)影響，甚至不能(néng)有效讀(dú)取數據。因此(cǐ)這種方法(fǎ)應用範圍(wéi)有限(xiàn)，且需要滿(mǎn)足足(zú)夠長穩流段(duàn)條(tiáo)件。
　　鑒于國内暫(zàn)時沒有(yǒu)成熟的在線(xiàn)檢(jiǎn)定或校準蒸汽(qì)流量計(jì)的方(fāng)法(fǎ)，探索在(zài)線校核蒸(zhēng)汽流(liú)量計的方法顯得尤爲必(bì)要。
2水汽質(zhì)量(liàng)平衡方(fāng)程
　　一種(zhǒng)鍋(guō)爐主(zhǔ)蒸汽流量計的(de)在線校核方法(fǎ)，基本(běn)思(sī)路是采(cǎi)用水汽質量平(píng)衡法(fǎ)，提出以更(gèng)高精度等(děng)級的(de)水流量(liàng)爲标準(zhǔn)參考量，在鍋爐運行中在線校(xiào)準主(zhǔ)蒸汽(qì)流量(liàng)計示值，提高飽和蒸(zhēng)汽流量計測量(liàng)精度。
　　圖1爲(wèi)工(gōng)業常見(jiàn)的燃(rán)氣鍋爐水汽(qì)系(xì)統示意(yì)圖(tú)，所有(yǒu)蒸汽(qì)鍋爐的給(gěi)水均來自一個(gè)給(gěi)水水(shuǐ)箱，使用(yòng)電磁流量計計(jì)量。鍋爐排污水(shuǐ)通過彙集後由一電(diàn)磁流量計(jì)計(jì)量，鍋爐蒸汽(qì)彙集(jí)後由主蒸(zhēng)汽流(liú)量計計量。

　　該類型燃氣鍋爐爲貫流式，無汽包，給(gěi)水(shuǐ)從下(xià)集箱進入，在上升管(guǎn)中受(shòu)熱蒸(zhēng)發後蒸汽從上集箱(xiāng)流出，其蒸發示意(yì)圖(tú)如圖(tú)2所示。

　　将水冷壁(bì)上升(shēng)管(guǎn)中(zhōng)水位線與管壁(bì)圍成(chéng)的介質區域作(zuò)爲控(kòng)制體!，控制(zhì)體的進(jìn)口介質爲上升管給水(shuǐ)mj，出口介質爲産生的蒸汽mq。并作(zuò)如下穩定工況假設(shè):在t時(shí)間(jiān)内(nèi)，鍋爐運行(háng)中、汽水系統(tǒng)各管道中流(liú)體介質連續流(liú)動;鍋爐水(shuǐ)位線(xiàn)保持(chí)穩定(dìng)不變;鍋爐(lú)上集(jí)箱内壓力恒定(dìng);下集(jí)箱的給水(shuǐ)壓力、給水溫度(dù)恒定。則根據控(kòng)制體(tǐ)汽水(shuǐ)質量變化(huà)可得如下(xià)關聯式(shì):

　　式中:mj爲給水質量(liàng)流量(liàng)，kg/s;爲控制體!内流體質(zhì)量在t時間内的變化(huà)量，kg/s;mq爲(wèi)進入(rù)到水(shuǐ)位線(xiàn)上(shàng)方，蒸汽出口(kǒu)管引(yǐn)出的(de)帶有濕度的飽和蒸(zhēng)汽質(zhì)量(liàng)流量，kg/s。
　　分(fèn)析産汽過程可知，鍋爐運行中(zhōng)，汽水系(xì)統流(liú)體介質連(lián)續(xù)流動(dòng)中，屬定壓飽和蒸汽(qì)過程，飽和(hé)蒸汽溫度(dù)與飽(bǎo)和水(shuǐ)的溫度均(jun1)不變。則(zé)t時間内，控制體!内生産(chǎn)的蒸(zhēng)汽(qì)汽(qì)泡體(tǐ)積和汽泡密度(dù)不變，即汽泡質(zhì)量不變。水(shuǐ)位線(xiàn)不變時(shí)，控制體(tǐ)下的(de)總體積恒(héng)定，且(qiě)控制體!内(nèi)的汽泡體積不(bú)變，則控制體!内液态(tài)水體積不(bú)變。又因給水壓(yā)力(lì)、給水溫度、蒸(zhēng)汽壓力恒定時(shí)，控制體!内液态(tài)水的密度(dù)是不(bú)變的，則控(kòng)制體(tǐ)!内的液态(tài)水質(zhì)量恒定。即t時間(jiān)内控制體!内的液态水質量、汽(qì)泡質量均不變(biàn)，即(jí)=0。則式(1)可變換(huàn)爲:
　　式(2)反應(yīng)出鍋爐在某(mǒu)一(yī)穩定(dìng)不變的(de)給(gěi)水壓(yā)力、給水溫度下(xià)，在(zài)水位線位置不變(biàn)、蒸汽壓力恒定(dìng)的鍋爐運行工況控制體(tǐ)内，給(gěi)水質量流(liú)量與産生的蒸(zhēng)汽質量(liàng)流(liú)量相(xiàng)等。同(tóng)理可推斷(duàn)，若控制體擴展爲包(bāo)括下集箱(xiāng)、上升(shēng)管和上集(jí)箱的控(kòng)制體後(hòu)，由式(2)可得(dé):
v=g0－g1(3)
　　式中(zhōng):g0爲給定(dìng)時(shí)間t内(nèi)通過(guò)給水流量計的累計質量(liàng)流量(liàng)，kg;g1爲通過鍋(guō)爐排污水(shuǐ)流量(liàng)計的(de)累計質量流量(liàng)，kg;v爲鍋爐主(zhǔ)蒸汽的累計質(zhì)量流量(liàng)，kg。
　　式(3)表(biǎo)示(shì)在穩定(dìng)工(gōng)況控(kòng)制條件下，相同(tóng)時間(jiān)裏(lǐ)，一(yī)個以(yǐ)下集(jí)箱給水質(zhì)量流量(liàng)爲進口(kǒu)，以上集箱(xiāng)蒸汽(qì)質量流量和排(pái)污水量爲出口的閉式連(lián)續流(liú)動貫流(liú)式鍋爐(lú)汽水系統，系統(tǒng)輸送出的蒸汽(qì)質量(liàng)流量(liàng)等于(yú)進入該系統的(de)給水(shuǐ)質量(liàng)流量扣除流出(chū)該系(xì)統的(de)排(pái)污(wū)水質(zhì)量流量(liàng)，這就是(shì)穩定工況控制(zhì)條件(jiàn)下(xià)的鍋爐(lú)水汽(qì)質量(liàng)平衡(héng)方程(chéng)。
3蒸(zhēng)汽在線(xiàn)校核方(fāng)法
3.1在線校(xiào)核(hé)可(kě)行性
　　液(yè)态的水進入鍋(guō)爐後經(jīng)過受熱(rè)蒸發變成汽态(tài)的蒸(zhēng)汽，僅是水(shuǐ)的(de)兩(liǎng)種(zhǒng)不同形(xíng)态及(jí)不同狀态(tài)參數的轉變，這爲利用(yòng)水汽質(zhì)量平衡方(fāng)程測(cè)量鍋爐(lú)主蒸汽(qì)流量計的(de)質量流量提供了物(wù)質條件。因(yīn)此，探(tàn)讨利用較高精(jīng)度(dù)等級的給水(shuǐ)流量(liàng)和排污流(liú)量在工業現場(chǎng)在線(xiàn)校準(zhǔn)蒸汽(qì)流量(liàng)計(jì)示值的方法(fǎ)，在理論上(shàng)是可行的。水流量測量(liàng)技(jì)術成(chéng)熟、操作(zuò)方便、測(cè)量精度(dù)有保證(zhèng)，可作爲校核蒸(zhēng)汽的(de)标準參考。按照校準(zhǔn)原則(zé)，鍋爐(lú)給(gěi)水流量(liàng)計和排污(wū)流量(liàng)計的精度(dù)等級(jí)需要選(xuǎn)擇(zé)較高(gāo)等級的流量計(jì)。結合鍋(guō)爐現場(chǎng)，推薦0.5級的 電磁(cí)流(liú)量計 作(zuò)爲在(zài)線校核标準表(biǎo)使用(yòng)，即可(kě)滿足校核(hé)的需求。
3.2在(zài)線校(xiào)核條件
　　工(gōng)業現場校核時(shí)，爲了确(què)保(bǎo)校(xiào)核的準确性，鍋爐(lú)運行(háng)需要(yào)滿足(zú)以下條件［13］:
1)确保(bǎo)鍋(guō)爐汽水系統(tǒng)是獨立(lì)系統，停(tíng)止化學取樣水(shuǐ)、加藥(yào)水(shuǐ)等操作(zuò)。鍋爐各閥(fá)門嚴(yán)密無洩漏;
2)鍋爐(lú)工況(kuàng)參數基本(běn)穩定(dìng)，避免較大(dà)的波動，如(rú)燃氣供應(yīng)穩定，以減(jiǎn)少燃(rán)燒調(diào)整的(de)影響。不允許(xǔ)出(chū)現幹擾鍋爐工(gōng)況的任何操作(zuò)，如安全閥啓跳(tiào)、鍋爐負(fù)荷調整(zhěng)等操作(zuò)。通(tōng)過控(kòng)制系(xì)統聯動，當(dāng)有排污(wū)水流出(chū)變化(huà)時，相應提高給(gěi)水流量，确保上(shàng)升(shēng)管(guǎn)中汽(qì)液界面維(wéi)持穩定。鍋(guō)爐主要熱(rè)力參數波動值(zhí)不超(chāo)過(guò)表1推薦(jiàn)的允(yǔn)許值(zhí)。

3.3在線(xiàn)校核(hé)步驟(zhòu)
　　鍋爐(lú)穩定運行一段(duàn)時間(jiān)後，同時測量給水流量、排(pái)污水流量和(hé)蒸汽流(liú)量(liàng)，得(dé)到一(yī)定參(cān)數下的給(gěi)水流量與(yǔ)排污水流量之(zhī)差(g0－g1)與(yǔ)蒸汽流量v之間的比(bǐ)例系(xì)數f，以獲得蒸(zhēng)汽流量(liàng)計的修正(zhèng)值v'。如(rú)此(cǐ)通過較高精(jīng)度等級的給水(shuǐ)流量傳(chuán)遞(dì)到蒸(zhēng)汽流量計示值，達到在線校核(hé)目的(de)，校核量值(zhí)傳遞示意圖見(jiàn)圖3。

鍋爐(lú)主(zhǔ)蒸汽(qì)流量計在線校(xiào)核可分爲以下三個步驟(zhòu)完成(chéng):
1)根據主蒸汽流(liú)量計(jì)的量程或常用(yòng)計(jì)量範圍(wéi)，選取(qǔ)多(duō)個(gè)流量(liàng)校(xiào)核(hé)點i。每個流(liú)量點讀取(qǔ)數據(jù)不少于3次，取平(píng)均值得(dé)到每個(gè)流量(liàng)點的(g0－g1)和v;
2)計(jì)算(suàn)各流(liú)量點i的(de)比例系數fi:
fi=(g0i－g1i)/vi(4)
3)修正(zhèng)蒸汽流量示值。用流量(liàng)比例系(xì)數fi拟(nǐ)合修(xiū)正蒸(zhēng)汽(qì)流(liú)量計示值(zhí)。若各(gè)流(liú)量(liàng)點的比例系數(shù)fi接近(jìn)線性時(shí)可按權(quán)重求(qiú)一個共同(tóng)的(de)流量比(bǐ)例系(xì)數f，修正蒸汽(qì)流量計(jì)示值(zhí)。
3.4不确定度來源分析
　　考慮到(dào)工況參(cān)數(shù)壓力、溫度的(de)波動引起介質(zhì)密度、流(liú)速的變(biàn)化帶來(lái)的(de)不确(què)定度分(fèn)量，已包(bāo)含(hán)在介(jiè)質(zhì)質量(liàng)流量的(de)重複性條件下所得測(cè)量列(liè)中，則(zé)主要(yào)不确(què)定度(dù)分量(liàng)來源(yuán)如下:
1)标準(zhǔn)表本身(shēn)精(jīng)度等(děng)級帶(dài)來的不确(què)定度分量(liàng)ubzb;
2)鍋爐汽水(shuǐ)系(xì)統不明(míng)洩(xiè)漏帶來(lái)的不(bú)确定(dìng)度分量uxl;
3)儀(yí)表的測量(liàng)重複性帶(dài)來的不确(què)定度(dù)分量(liàng)ucfx;
4)上升(shēng)管(guǎn)中(zhōng)水位(wèi)計讀(dú)數帶來的不(bú)确(què)定度(dù)分量uswj;
5)水位(wèi)波動引(yǐn)起(qǐ)的液态水與蒸(zhēng)汽之(zhī)間變化(huà)的(de)不确定度(dù)分量uswb。
　　示值(zhí)誤差的各(gè)項不(bú)确定分(fèn)量(liàng)通過(guò)查資(zī)料或計算(suàn)可得，各不确定(dìng)度分(fèn)量彼(bǐ)此不相關，則可(kě)得相(xiàng)對合成标準不(bú)确定度爲:

擴展(zhǎn)因子k=2時(shí)的(de)相對(duì)擴展不(bú)确定度:
ur=2ur(5)
4結論
　　針對工業燃氣鍋爐(lú)主蒸(zhēng)汽流量(liàng)計現場(chǎng)無(wú)成熟的(de)檢定(dìng)或校(xiào)準(zhǔn)方法，而實驗(yàn)室校準需要停産(chǎn)拆卸送(sòng)檢，企(qǐ)業普(pǔ)遍對(duì)蒸汽流量計計(jì)量準确性存(cún)疑(yí)的現(xiàn)象，提出了(le)一種針(zhēn)對(duì)鍋爐(lú)主蒸汽(qì)流量計(jì)在線(xiàn)校核的方(fāng)法。此(cǐ)方法是(shì)基(jī)于穩定(dìng)工(gōng)況控(kòng)制條件下鍋爐(lú)水汽(qì)質量平衡(héng)方程(chéng)，采(cǎi)用(yòng)精度(dù)等級較高的給水流量和(hé)排污水流量動态在(zài)線校準主蒸汽流量(liàng)計示(shì)值。鍋(guō)爐主蒸汽流量計示(shì)值(zhí)的在線(xiàn)校核可以快速(sù)判斷(duàn)工業(yè)現場(chǎng)蒸汽計量(liàng)的正(zhèng)确率，免去了拆卸送(sòng)檢的麻煩(fán)，在保證儀器性(xìng)能、提(tí)高(gāo)經濟效(xiào)益方(fāng)面可以發(fā)揮重要的(de)作用。

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