摘(zhāi)要：結(jié)合 差(chà)壓式(shì)流量(liàng)計 和(hé) 渦(wō)街(jiē)流量計 的(de)原理，對節(jiē)流(liú)裝置、巴類流(liú)量元(yuán)件和渦街流量(liàng)計測(cè)量蒸汽流(liú)量的(de)主要(yào)影響(xiǎng)因素進行分(fèn)析(xī)，并根據幾(jǐ)種不同儀表(biǎo)的特點，分别(bié)就選型、安(ān)裝(zhuāng)、經濟效益等(děng)方面進行(háng)分(fèn)析(xī)，并總(zǒng)結幾(jǐ)種測量儀表(biǎo)的優點與不足。
蒸汽是(shì)使用最(zuì)廣(guǎng)泛的載熱(rè)工質(zhì)，是重(zhòng)要的二次(cì)能源，蒸汽流(liú)量的測(cè)量對加(jiā)強(qiáng)管理(lǐ)、公平貿易、節約(yuē)能源、提(tí)高經濟(jì)效益(yì)等方面都有重要意(yì)義。蒸汽流量測(cè)量方(fāng)法按工作原理(lǐ)，可分爲直接式和推導式兩大類。現在(zài)廣泛使(shǐ)用的(de)蒸(zhēng)汽流量計爲(wèi)推導式，包(bāo)括節流裝(zhuāng)置(zhì)、巴類流(liú)量元件及渦街流量計等(děng)，這些(xiē)測量方法(fǎ)有各自的優缺(quē)點，适(shì)用于不同場合。
1節(jiē)流(liú)裝置(zhì)
　　節流式差壓流(liú)量元(yuán)件是一種曆史(shǐ)悠久、用量(liàng)最大(dà)的流量計(jì)。節流(liú)式(shì)差壓流(liú)量計依據流體流過(guò)節(jiē)流裝置(zhì)，使部分壓力能(néng)轉變(biàn)爲動能産(chǎn)生差壓的原理來工(gōng)作。節流裝置分爲标準型(xíng)和非(fēi)标準(zhǔn)型兩(liǎng)大類。标準型節流元件按照gb/t2624設(shè)計、制造(zào)、安裝和(hé)使用，無需實流(liú)校準。節流式差(chà)壓流量計可測(cè)量所有單(dān)向流(liú)，包括液(yè)、氣、蒸汽(qì)等。标(biāo)準節流裝(zhuāng)置世(shì)界通用，并(bìng)得到國(guó)際(jì)計量組織(zhī)的認(rèn)可。
　　節流裝置(zhì)見圖1。當流體(tǐ)通過标準(zhǔn)節流裝置時，在(zài)1-i截面(miàn)前(qián)，流體未受節流件(jiàn)的影響，管道内流速(sù)分布(bù)均勻(yún)。管道(dào)軸心處和管壁(bì)處的靜壓(yā)相(xiàng)等(děng)。i-i截面後(約(yuē)0.5d~2d)，流體(tǐ)開始受節流件(jiàn)影響(xiǎng)，靠近管壁(bì)處的流體向中(zhōng)心加速，平均(jun1)流(liú)速逐漸升(shēng)高，直至ii-ii截面，流束收縮到(dào)最小，平均(jun1)流(liú)速達到最大(dà)值。自ii-ii截面後，流(liú)束開始膨(péng)脹，直至川-i截面(miàn)，又恢(huī)複到(dào)i-i截面前的(de)情況，此(cǐ)時平均流速逐(zhú)漸降(jiàng)低(dī)，與平均流速相(xiàng)對應(yīng)的靜壓也(yě)由低到高(gāo)再恢(huī)複到低(dī)值。流體(tǐ)在節(jiē)流(liú)件(jiàn)前、後(hòu)的管(guǎn)壁附近形(xíng)成渦流，渦流即(jí)有橫(héng)向(xiàng)脈動，還(hái)有(yǒu)逆向(xiàng)運(yùn)動，孔(kǒng)闆或(huò)噴(pēn)嘴(zuǐ)的壓(yā)力損失(shī)高(gāo)，就是(shì)因爲渦流(liú)能量(liàng)耗散(sàn)造(zào)成(chéng)的。

　　式中，z、p/ρ、kv2/2分别表示單(dān)位質(zhì)量(liàng)流(liú)體在(zài)過流(liú)斷(duàn)面(miàn)上的位能、壓力能和動能的(de)平均值(zhí)。εv212表示單位(wèi)質量(liàng)流體的(de)平均能(néng)量損失。
推(tuī)導出不可(kě)壓縮流體的流量方(fāng)程式(shì):

按照(zhào)gb/t2624，流出系數(shù)c的定義式(shì)爲(wèi):

　　在(zài)一定的安裝條(tiáo)件下給定(dìng)的節流裝(zhuāng)置，該c值僅(jǐn)與雷諾數(shù)有關(guān)，即c=f(red，節流件類型(xíng)，d，β)。由此，可以(yǐ)算出(chū)流出系(xì)數，進而(ér)得到(dào)節流(liú)裝置(zhì)的選(xuǎn)型計算。
　　流(liú)出系數與雷諾(nuò)數的關系見圖(tú)2。低雷(léi)諾數區域屬于層流區，流(liú)體(tǐ)繞過限流孔後不會(huì)形成噴射現象，流出系數随雷(léi)諾數增(zēng)高而增(zēng)大;中雷諾數區域内流(liú)動從(cóng)層(céng)流(liú)發展(zhǎn)到紊流，流出系(xì)數随雷(léi)諾數增高而增(zēng)大的速(sù)度緩慢。對(duì)于孔(kǒng)闆，由(yóu)于(yú)慣性(xìng)作(zuò)用加強(qiáng)，孔(kǒng)口處開始形(xíng)成噴射(shè)，流束在孔(kǒng)口外(wài)産(chǎn)生縮流，因此(cǐ)c值下降(jiàng);在(zài)高雷(léi)諾數區域(yù)，c值都趨于穩定(dìng)，對于(yú)孔闆(pǎn)，β值(zhí)越(yuè)高，趨(qū)于穩定時(shí)的雷(léi)諾數就越高。

2巴(bā)類流量元件
　　巴(bā)類流(liú)量(liàng)元件是(shì)一-種新型的差壓式流(liú)量元件(jiàn)，采用差壓式的(de)工作原理(lǐ)，插入(rù)式的安裝(zhuāng)方法(fǎ)。其通(tōng)過一-根直(zhí)徑爲十幾毫米(mǐ)的探(tàn)頭取壓，探(tàn)頭前後(hòu)有(yǒu)二排不均勻(yún)分布的(de)、若幹個幾毫米(mǐ)的引(yǐn)壓(yā)孔(kǒng)。通過(guò)這兩排孔将管道從上到(dào)下的(de)不同壓力在孔内取平均以構(gòu)成(chéng)差壓。巴(bā)類流(liú)量元(yuán)件精度高(gāo)，壓損小，對(duì)探頭磨損小(xiǎo)，在(zài)安裝(zhuāng)合适(shì)的情(qíng)況下，可(kě)以(yǐ)長(zhǎng)期保持(chí)精度(dù)。
巴(bā)類流(liú)量(liàng)元件質量(liàng)流量(liàng)的計算公(gōng)式:

　　阻斷系(xì)數ζ隻與探(tàn)頭結構有(yǒu)關。對(duì)于不(bú)可(kě)壓(yā)縮.介(jiè)質，由于壓損不(bú)會影(yǐng)響密度的(de)變化(huà)，膨脹(zhàng)系數ε爲(wèi)1。對于(yú)可壓縮(suō)的介質，随着管(guǎn)道内壓力損失增.加和管道内靜壓的減小，膨(péng)脹系數ε從1開始，按照比例(lì)下降(jiàng)。

　　式中，pp爲設計壓(yā)力，pg爲(wèi)工況壓力，εg爲設計膨(péng)脹系數，dp,爲(wèi)設(shè)計差壓(yā)，當前工況密度爲ρg。若介(jiè)質的實(shí)際工(gōng)作(zuò)狀态與設計(jì)狀态相近(jìn)，使(shǐ)用理(lǐ)想氣體(tǐ)方程可以得(dé)到(dào)足夠精度的結果:

3渦街(jiē)流量計(jì)
　　 渦街流量(liàng)計根據卡門(karman)渦街原(yuán)理研究生(shēng)産，渦街流量計壓損小，量程範圍大，精度高，在測量(liàng)工(gōng)況體(tǐ)積流量(liàng)時幾乎不受流(liú)體密(mì)度、壓(yā)力、溫(wēn)度、粘度等參數的影響，無可動(dòng)機械零件，維護(hù)量小。渦街(jiē)流量(liàng)計在流體中設(shè)置三角(jiǎo)柱(zhù)型旋(xuán)渦發(fā)生體，流體(tǐ)在管道中經過(guò)渦街流量計(jì)時(shí)，在三角柱(zhù)的旋(xuán)渦發生體(tǐ)後，上(shàng)下交(jiāo)替産(chǎn)生正比于流速的兩(liǎng)列旋渦(wō)，旋渦的(de)釋放頻率與流(liú)過旋渦發生體(tǐ)的流體平均速(sù)度及旋渦(wō)發生體特(tè)征寬(kuān)度有(yǒu)關:

　　式中，f爲(wèi)旋渦(wō)的釋放(fàng)頻率;v爲流過(guò)旋渦發生體的(de)流體平均(jun1)速度;d爲旋渦發(fā)生體特征寬度(dù);st爲斯特(tè)勞哈爾(ěr)數，範圍(wéi)爲0.14～0.27，是雷(léi)諾數的函數。

　　當(dāng)雷諾數re在102~10時範(fàn)圍内，st值(zhí)約爲0.2。在測量中(zhōng)，需(xū)滿足(zú)流體(tǐ)的雷諾數(shù)在102~105,此時旋渦頻(pín)率:

　　由此，通過測(cè)量旋渦頻(pín)率就(jiù)可以計(jì)算出流(liú)過旋(xuán)渦發生體(tǐ)的(de)流體平(píng)均速(sù)度v，再(zài)由式(shì)q=va，可以(yǐ)求出(chū)流量(liàng)q，其中(zhōng)a爲流(liú)體流(liú)過旋(xuán)渦發生(shēng)體(tǐ)的截(jié)面(miàn)積。
4三種(zhǒng)流量(liàng)計比較
4.1選型比(bǐ)較
　　标準節(jiē)流裝(zhuāng)置隻有在(zài)滿足(zú)以下(xià)條(tiáo)件(jiàn)下，流(liú)量系數才與規(guī)範中提供的數據相符:①被(bèi)測介(jiè)質應(yīng)充(chōng)滿全部(bù)管道截(jié)面連續(xù)地流(liú)動;②管道内(nèi)的流速(流動狀态)應是穩定的(de);③被測介質在通(tōng)過節(jiē)流裝置時(shí)，應不發生(shēng)相變(biàn);④節流裝置(zhì)前後(hòu)有足夠(gòu)長度的(de)直管段(duàn)。
　　巴類流(liú)量元件(jiàn)運(yùn)用廣(guǎng)泛，可以測量幹(gàn)燥氣(qì)體(tǐ)、潮濕氣(qì)體、液(yè)體或蒸汽(qì)的介質(zhì)，不受介電常(cháng)數的影響(xiǎng)，适(shì)用通徑(jìng)廣。一(yī)-般用(yòng)于大(dà)口徑(jìng)管道上蒸(zhēng)汽流量測量。
　　渦街流(liú)量計可以(yǐ)在測量(liàng)介(jiè)質(zhì)流速0.5~12m/s範(fàn)圍内選(xuǎn)用(yòng)。渦街(jiē)流量(liàng)計的口徑(jìng)不一定(dìng)與工藝(yì)管道相(xiàng)同，選型(xíng)時考慮測量流量範圍是否在(zài)流速範圍内，當管道流(liú)速偏低(dī)，需縮小儀(yí)表口(kǒu)徑，提高流速，從(cóng)而得到(dào)滿意的(de)測量(liàng)結果。
4.2安裝(zhuāng)比較(jiào)
　　節流裝置(zhì)和巴類流(liú)量元(yuán)件都(dōu)需要與差(chà)壓 顯示儀 表連(lián)接，測量蒸(zhēng)汽時都采(cǎi)用(yòng)伴熱保溫來(lái)應對(duì)蒸汽冬(dōng)季凝結的情(qíng)況，見(jiàn)圖3、圖(tú)4。節流裝置的(de)現場安(ān)裝條件要(yào)求較(jiào)高，需(xū)較長(zhǎng)的直(zhí)管(guǎn)段，一(yī)般(bān)爲前(qián)20d,後15d。巴(bā)類(lèi)流量元(yuán)件的前後直管段要(yào)求相對短(duǎn)一些，一般爲前(qián)7d，後3d。節流(liú)裝置或(huò)巴類(lèi)流量元件與差壓顯(xiǎn)示儀(yí)表之間(jiān)引壓管線亦爲(wèi)薄(báo)弱環(huán)節，易産生(shēng)洩漏(lòu)、堵塞及凍結、信(xìn)号失真等(děng)故障(zhàng)。

　　巴類(lèi)流量(liàng)元件(jiàn)安裝工作(zuò)量小。該探頭采用的(de)是插(chā)入式(shì)的(de)工(gōng)作方式，安裝方(fāng)便、簡單。安(ān)裝的(de)時候(hòu)隻要在現(xiàn)場直接開(kāi)孔焊(hàn)接即可，見圖5。


　　渦(wō)街流量(liàng)計(jì)結構簡單、安裝維護(hù)方便、無需(xū)導壓管(guǎn)和 三(sān)閥組 ，減(jiǎn)少了洩漏(lòu)、堵塞(sāi)和凍(dòng)結等。但是(shì)，渦街流(liú)量(liàng)計對管道(dào)機械振動(dòng)敏感，不宜用于(yú)強振(zhèn)動.的場所(suǒ)。渦街流量(liàng)計的前後直管段要(yào)求前(qián)15d，後10d，通(tōng)常用(yòng)于管(guǎn)徑在300mm以下(xià)的工況，見(jiàn)圖6。

4.3經(jīng)濟性比較
　　節流(liú)式差壓流量計中的(de)标(biāo)準孔闆(pǎn)結構易于(yú)複制(zhì)，性能(néng)可靠，價格低，無需(xū)實流校準就能夠使用(yòng);其測量精度在流量計中(zhōng)屬于(yú)中等水平。由于很多(duō)因(yīn)素影響錯綜複雜，精度難以提高;測量範圍窄，差(chà)壓信(xìn)号與流量(liàng)爲平(píng)方關系，量(liàng)程比僅爲(wèi)3:1~4:1;孔闆或噴(pēn)嘴的壓損(sǔn)較大(dà)，能耗高。
　　巴類流(liú)量元件壓(yā)損較孔闆(pǎn)大幅減少(shǎo)，隻有孔闆(pǎn)的5%~10%，減小了(le)系統的運(yùn)營成本。由(yóu)于壓(yā)差小(xiǎo)，則對應(yīng)的差壓變送器選擇要(yào)求(qiú)提高，相(xiàng)應增大了差壓(yā)變(biàn)送器的采購(gòu)成本。
　　渦街(jiē)流(liú)量(liàng)計壓損小，約爲(wèi)節流式元件的(de)1/4，其儀表購置費(fèi)用高，安裝費用(yòng)和運行費用(yòng)較低。
4.4精度與小流量切(qiē)除性能比(bǐ)較
　　滿足規範gb/t2426生(shēng)産的(de)節流(liú)式差(chà)壓流量計的精(jīng)度在(zài)+0.55%左右(yòu);巴類(lèi)流量(liàng)元(yuán)件的精(jīng)度與(yǔ)前後直管段(duàn)有關，當前直(zhí)管段(duàn)長(zhǎng)度(dù)爲14d，後(hòu)直管段長度爲3d時，精(jīng)度可以達(dá)到+0.5%，當前直(zhí)管段(duàn)爲7d，後直管(guǎn)段爲(wèi)3d時，精度可以達到+1%;而渦街流量(liàng)計的精度在土(tǔ)1.0%，對于(yú)内縮徑型(xíng)的(de)渦街流量計(jì)，其精(jīng)度在(zài)士(shì)1.35%左右。
　　當某測點由(yóu)開車(chē)工(gōng)況變化至正常工況時(shí)，其測點往(wǎng)往流(liú)量值逐步由(yóu)小(xiǎo)流量(liàng)遞增(zēng)至正(zhèng)常流量。當工況(kuàng)流量低(dī)于三種(zhǒng)儀(yí)表可以測量(liàng)的範(fàn)圍内，會出(chū)現測量不準确(què)的現象(xiàng)。對于節(jiē)流裝置(zhì)，當雷諾數小于5000時，精度(dù)就會(huì)遠超(chāo)0.55%;巴類(lèi)流量元件對雷(léi)諾數的要求不高，在(zài)保證滿管(guǎn)的情(qíng)況下，若雷(léi)諾數(shù)低(dī)，巴類流(liú)量元件的輸出(chū)差壓會偏小，影響差壓(yā)變(biàn)送器的測量精度;渦(wō)街流量計的(de)最小雷(léi)諾數(shù)極限(xiàn)爲10000。
4.5案例比(bǐ)較
　　針(zhēn)對某精餾工段(duàn)換熱(rè)器的蒸汽流量(liàng)測量，做了(le)計算對比(bǐ):
　　該位置點管(guǎn)道壓力等級(jí)爲150#，管(guǎn)徑250mm，蒸(zhēng)汽(qì)操(cāo)作壓(yā)力爲(wèi)0.4mpa，操作(zuò)溫度(dù)爲151℃，蒸汽流(liú)量(liàng)爲4000kg/h,允許(xǔ)壓損爲20kpao
　　節(jiē)流裝(zhuāng)置經過選型計(jì)算，采用滿刻度(dù)壓差10kpa，正常(cháng)差壓(yā)爲5kpa，開(kāi)孔(kǒng)直(zhí)徑比爲0.44，最(zuì)大(dà)壓損爲(wèi)7.9kpa。一整套節流裝(zhuāng)置的(de)采(cǎi)購(gòu)安裝(zhuāng)費用(yòng)大緻(zhì)在2.5萬元左(zuǒ)右。
　　巴(bā)類流(liú)量元件(jiàn)經(jīng)計算(suàn)，其滿(mǎn)刻度差壓爲(wèi)0.3kpa，正常差壓爲(wèi)0.18kpa，最大(dà)壓(yā)損(sǔn)爲(wèi)0.02kpa。其(qí)采購安裝費用(yòng)大緻在4.2萬元左右。該(gāi)處(chù)非振動(dòng)管道，因此可以(yǐ)采用渦街流量(liàng)計。渦街流(liú)量計(jì)經過計算，選用(yòng)縮徑爲150mm管徑的(de)法蘭(lán)式流量計(jì)，其最大(dà)壓損爲(wèi)2.9kpa。其采購安裝費用大緻(zhì)在5萬元(yuán)左右(yòu)。
　　通(tōng)過比較(jiào)，可得結論:①節流(liú)裝置壓損最大，巴類(lèi)流量(liàng)元件(jiàn)壓損(sǔn)最(zuì)小(xiǎo)。考慮(lǜ)長期(qī)運行能耗(hào)，巴(bā)類流(liú)量元件(jiàn)經濟性最(zuì)好(hǎo)，渦(wō)街次之;②節(jiē)流裝置選(xuǎn)用(yòng) 差壓變(biàn)送器 可(kě)采用普通(tōng)量程範(fàn)圍型(xíng)，巴類流量(liàng)元(yuán)件(jiàn)選用(yòng)差壓變送器需采(cǎi)用微小差壓(yā)測量型變(biàn)送器(qì)，③當(dāng)該測點由開車工況變(biàn)化至正(zhèng)常(cháng)工況(kuàng)時，流量高于51.57kg/h，節(jiē)流式(shì)差壓流量(liàng)元件(jiàn)才能确保(bǎo)應有的精度;流量高于(yú)802kg/h，渦街流(liú)量計(jì)可(kě)以達到應有的精度;流(liú)量高于1500kg/h，巴類流量元(yuán)件(jiàn)輸出能(néng)達到差(chà)壓(yā)變送(sòng)器的精度下限值;④若(ruò)考慮(lǜ)總承包采購成本的(de)限制，可選用(yòng)節流裝置(zhì)測(cè)量蒸汽流量。若(ruò)考慮綜合采購及運(yùn)行成本，包括長期運行蒸汽(qì)壓(yā)力損失成(chéng)本和(hé)冬季保溫伴熱蒸汽(qì)成本，可選(xuǎn)用渦(wō)街流量計(jì)。若遇到蒸汽管(guǎn)線口徑增(zēng)大至300mm以上，可考慮采用巴類流量元(yuán)件，此時巴(bā)類流量元(yuán)件的采購(gòu)成本将比其餘兩種流量(liàng)計低得多。
5結語
　　蒸汽(qì)流量(liàng)儀表的選(xuǎn)用非常(cháng)重要，準确測(cè)量蒸汽流(liú)量是生産(chǎn)部門的需要。随着經濟的發展(zhǎn)，提高(gāo)測量(liàng)水平的呼(hū)聲越來越高。在實際(jì)選用中，設(shè)計人員(yuán)需根據(jù)蒸汽的性質和(hé)工況精(jīng)度(dù)的要求、成(chéng)本(běn)核算等(děng)條件來選(xuǎn)擇适(shì)合的(de)蒸(zhēng)汽儀表(biǎo)。節流裝置(zhì)、巴類流量(liàng)元件(jiàn)和渦(wō)街流量(liàng)計(jì)各有利弊(bì)，需(xū)要充分(fèn)考慮(lǜ)工藝、環境要求(qiú)，合理地選(xuǎn)擇流量計，才能保證蒸汽計量的準(zhǔn)确(què)性。

以上(shàng)内容(róng)源于(yú)網絡(luò)，如(rú)有侵權(quán)聯系即删除!