摘要(yào):針(zhēn)對(duì)孔闆(pǎn)流量(liàng)計 在(zài)蒸汽測量過程中，因(yīn)蒸汽溫度(dù)和壓力(lì)的(de)變化(huà)導緻測(cè)量誤差(chà)大，通過對(duì)蒸汽溫度和壓力進(jìn)行補(bǔ)償修正，減(jiǎn)少儀表測量誤(wù)差。介紹了(le)孔(kǒng)闆(pǎn)流量(liàng)計測(cè)量的(de)基本原理，對蒸(zhēng)汽進(jìn)行溫壓補(bǔ)償的原因以及(jí)溫壓(yā)補(bǔ)償的(de)處(chù)理方法、計算方(fāng)式和(hé)注意事項(xiàng)，并在dcs程序中得(dé)到驗證。
　　孔闆流(liú)量計(jì)是(shì)一種(zhǒng)差(chà)壓式(shì)流量計，通(tōng)過介質(zhì)流(liú)過标準孔闆前後的(de)差壓來測(cè)量流(liú)量，常(cháng)用于測量(liàng)蒸汽、液體(tǐ)的流(liú)量，是應用最廣(guǎng)泛的流(liú)量計之一。孔闆流量計(jì)由标準孔闆、導壓管路和變送(sòng)器三部(bù)分組成(chéng)，在使用過程中(zhōng)介(jiè)質溫度(dù)、密度(dù)、安裝(zhuāng)前後直管(guǎn)段長(zhǎng)度和節流裝置(zhì)精度(dù)都會(huì)影響(xiǎng)孔闆流量(liàng)計(jì)的流量測量(liàng)精度。本(běn)文(wén)通(tōng)過(guò)在測量蒸(zhēng)汽流(liú)量過程，因實際(jì)工況(kuàng)與設計工(gōng)況不一緻，而導(dǎo)緻蒸(zhēng)汽流量偏差過大對(duì)生産(chǎn)運行帶來的影(yǐng)響爲(wèi)例,介紹了(le)孔闆(pǎn)流量計的(de)測量(liàng)原(yuán)理(lǐ)及(jí)溫差補(bǔ)償(cháng)原(yuán)因,并根據蒸(zhēng)汽(qì)的性(xìng)質選(xuǎn)擇合(hé)适的(de)溫壓補償(cháng)函數(shù),并在(zài)dcs程(chéng)序中驗(yàn)證了(le)溫壓(yā)補償(cháng)函數的合理性(xìng)，提高了蒸汽流(liú)量測(cè)量的精度(dù)。
1.孔闆流量(liàng)計測量原理
　　根據流(liú)體力學(xué)，單(dān)位重(zhòng)量理想流(liú)體機(jī)械能沿流線不變，勢能與動(dòng)能(néng)之和守恒，不随時間改變，。
　　理想(xiǎng)流體(tǐ)的(de)伯(bó)努利能量(liàng)方(fāng)程爲:
 
　　位(wèi)重量(liàng)理想流體的動能;α爲流量(liàng)修正(zhèng)系數
　　位能與壓能的(de)和爲(wèi)勢能，勢(shì)能(néng)與動(dòng)能的和(hé)爲機械(xiè)能，假設蒸汽通(tōng)過标(biāo)準(zhǔn)孔(kǒng)闆前(qián)後機(jī)械能(néng)守恒。
根據斷面流量(liàng)方程(chéng):
 
　　式中(zhōng):q爲蒸汽流量，一般用質量流(liú)量表示(shì)，kg/h;ʋ爲蒸(zhēng)汽流(liú)速，m/s;a爲斷面面積(jī)，m2。
　　當蒸(zhēng)汽通(tōng)過标準孔(kǒng)闆後，因斷(duàn)面面(miàn)積縮小流(liú)速會(huì)增加(jiā)，流速(sù)的增加又會導緻斷(duàn)面處壓力(lì)減少，就會在标準孔(kǒng)闆前後産生一(yī)個差壓值。差壓(yā)值與流速(sù)成一(yī)定比(bǐ)例關(guān)系，流速與斷面(miàn)面積成反比例關系(xì)。由式(1)、(2)可(kě)知，根據前(qián)後差壓(yā)值就(jiù)可以計算出(chū)蒸汽流(liú)量。
　　可求出(chū)孔闆(pǎn)流(liú)量計蒸(zhēng)汽流量公(gōng)式爲(wèi):
 

　　式(shì)中:cƐ爲(wèi)流(liú)出系(xì)數，與可膨脹系(xì)數、流(liú)量(liàng)系數等參數有關，爲一常數,标準孔闆計算說(shuō)明(míng)書給(gěi)出;d1爲上遊管道(dào)内徑，d2爲标(biāo)準孔(kǒng)闆開孔直徑,m;△p爲(wèi)差壓變(biàn)送器顯(xiǎn)示的差(chà)壓值，pa;ρ爲(wèi)蒸汽的密度，kg/m3.
2蒸(zhēng)汽溫壓補償的原理(lǐ)
2.1蒸汽的特(tè)性
　　蒸汽(qì)是一種(zhǒng)氣(qì)體(tǐ)，分爲(wèi)飽和(hé)蒸汽和過熱蒸(zhēng)汽。有限密(mì)閉空間内(nèi)的液(yè)體在一定(dìng)的壓力下(xià)加熱至沸(fèi)騰，就(jiù)會逐漸開(kāi)始汽(qì)化變爲蒸(zhēng)汽。當(dāng)單位(wèi)時間内進(jìn)人密閉空(kōng)間的(de)分子數與返回(huí)液體(tǐ)中(zhōng)的(de)分子(zǐ)數相等時(shí)，密閉空間内(nèi)的蒸汽分子(zǐ)密(mì)度也不(bú)再發(fā)生變(biàn)化，此(cǐ)時蒸發與(yǔ)凝結會處于一(yī)種動平衡(héng)狀态(tài)，稱爲飽和狀(zhuàng)态(tài)，産生的蒸(zhēng)汽就是飽(bǎo)和蒸汽。飽(bǎo)和(hé)蒸(zhēng)汽的溫度和壓(yā)力一(yī)一(yī)對應，兩者之(zhī)間存(cún)在一個(gè)變量關系。飽(bǎo)和蒸(zhēng)汽又分爲(wèi)幹飽和蒸(zhēng)汽和濕飽和蒸汽，千(qiān)飽和蒸(zhēng)汽不含水分(fèn)，但實際運(yùn)行中很難達到這種狀态。理想(xiǎng)飽和蒸(zhēng)汽(qì)根據溫度(dù)和壓力值(zhí)，就可以推導出(chū)蒸汽密度。對飽(bǎo)和蒸(zhēng)汽進行溫壓補償，根據實(shí)際測得(dé)的(de)溫度、壓(yā)力值，通過蒸(zhēng)汽密(mì)度表(biǎo)推導出合(hé)适的函數(shù)關系式即可。
　　繼續加熱飽和蒸(zhēng)汽，飽(bǎo)和(hé)蒸(zhēng)汽中的水分會逐漸(jiàn)減少直至(zhì)完全(quán)蒸發(fā)，蒸(zhēng)汽溫度(dù)會繼續上升最終超過該壓力(lì)對應的飽和(hé)溫度，成爲(wèi)過(guò)熱蒸(zhēng)汽。在工況波動範圍(wéi)較大或管(guǎn)道(dào)保溫效果不(bú)好的(de)情況(kuàng)下，過(guò)熱蒸汽也會變爲飽和蒸汽形(xíng)成氣液二(èr)相流(liú)。過熱(rè)蒸汽性質(zhì)比較複雜，溫度(dù)與壓力不(bú)再具(jù)有一-對應關系(xì)，并不(bú)服從(cóng)理想(xiǎng)氣體公式，隻能(néng)看作實際氣體(tǐ)。通常(cháng)過熱(rè)蒸汽密度與(yǔ)溫度成(chéng)反比,與壓力成正(zhèng)比，過(guò)熱蒸汽(qì)在不(bú)同溫(wēn)度(dù)、壓(yā)力區(qū)間(jiān)的(de)函數(shù)關系也不(bú)同，很(hěn)難用(yòng)-一個(gè)統一(yī)的函數關(guān)系式(shì)表達出來(lái)
2.2蒸汽(qì)溫壓補償(cháng)的目(mù)的
　　在(zài)蒸(zhēng)汽測量(liàng)中，設(shè)計工況與(yǔ)實際工況相對(duì)比往(wǎng)往存(cún)在偏(piān)差，孔(kǒng)闆流量計的可膨(péng)脹系數、流量系數等參數(shù)都(dōu)會改(gǎi)變，蒸(zhēng)汽密(mì)度更會産(chǎn)生較大變(biàn)化。如果不(bú)對(duì)蒸汽進(jìn)行溫壓(yā)補償，測(cè)量顯示的(de)流量(liàng)值與實際(jì)值(zhí)相(xiàng)比就會有誤差，影響儀表的正(zhèng)常使用(yòng)，需要采(cǎi)用溫(wēn)壓(yā)補(bǔ)償對流量測量(liàng)結果予以修正(zhèng)。
　　對蒸(zhēng)汽進(jìn)行(háng)溫壓補(bǔ)償，就是根據蒸汽(qì)實(shí)際運行工(gōng)況的溫度、壓力，通過相應的溫(wēn)壓補(bǔ)償公式轉換出(chū)蒸(zhēng)汽的實(shí)際密度，最(zuì)後計(jì)算出蒸汽的實(shí)際流量。由式(3)可(kě)知，如果實際工(gōng)況參(cān)數與設計工(gōng)況參(cān)數偏差(chà)不大，流出系數(shù)cƐ。可以默認(rèn)不變(biàn)。故蒸(zhēng)汽進行溫(wēn)壓補償的核心(xīn)，就是對蒸(zhēng)汽密(mì)度進(jìn).行補償。過(guò)熱蒸汽密度補(bǔ)償的(de)難(nán)點，就是(shì)需要(yào)通過蒸汽的溫(wēn)度和壓力(lì),推導出(chū)與蒸汽密度的關系，并(bìng)能找(zhǎo)到合理的(de)函數(shù)公(gōng)式表達(dá)出來。
　　在(zài)進行溫(wēn)壓補(bǔ)償(cháng)之前(qián)，要盡量減少孔闆流量計(jì)安(ān)裝等(děng)問題帶來的誤(wù)差。首先是孔闆(pǎn)流量計(jì)的選型(xíng)是否合理，量程(chéng)應該适(shì)宜;檢查(chá)标準(zhǔn)孔闆(pǎn)有無(wú)變形，安裝方向(xiàng)是否(fǒu)正确;孔闆(pǎn)流量計前(qián)後直管段(duàn)距離是否(fǒu)滿足計算說明(míng)書要(yào)求，需滿足(zú)前20倍(bèi)管(guǎn)徑(jìng)後(hòu)10倍(bèi)管徑(jìng)距離;孔闆(pǎn)流量(liàng)計、導壓管(guǎn)安裝(zhuāng)時，正(zhèng)負壓側冷凝(níng)水罐安(ān)裝高度(dù)應一緻(zhì),冷凝水罐(guàn)溢流口位置應高于(yú)取壓口，水(shuǐ)平導(dǎo)壓(yā)管(guǎn)保持一定(dìng)角度，避(bì)免高低壓側導壓管内(nèi)殘留冷凝水産(chǎn)生附(fù)加差壓;檢查孔闆高(gāo)低壓側導(dǎo)壓管和 三(sān)閥組(zǔ) 有無異物(wù)阻塞(sāi)，不定時打(dǎ)開排(pái)污閥(fá)排污。檢查(chá)dcs程(chéng)序回路(lù)，各類參(cān)數值設(shè)置是否(fǒu)與計算(suàn)說明書--緻(zhì)，公式是否(fǒu)正确，最後(hòu)用信号(hào)發生器(qì)模拟(nǐ)差(chà)壓信号，結合計算說明書在dcs程(chéng)序中驗(yàn)證流(liú)量(liàng)是(shì)否正(zhèng)确。
2.3蒸汽(qì)溫壓補(bǔ)償的方式(shì)
　　以某(mǒu)工業(yè)造紙(zhǐ)爲例(lì)，由蒸汽流程圖(tú)可知,從電站來(lái)蒸汽由總(zǒng)管分(fèn)爲兩(liǎng)支管，高壓(yā)側蒸汽支(zhī)管壓力、溫度不(bú)變，另一蒸汽支管經減(jiǎn)溫減(jiǎn)壓裝置(zhì)後，蒸汽(qì)的壓力和溫(wēn)度均(jun1)有所降低(dī)，兩(liǎng)蒸(zhēng)汽分(fèn)支管(guǎn)均(jun1)安裝有(yǒu)孔闆流(liú)量計、 溫度變(biàn)送器 和 壓(yā)力變(biàn)送器(qì) ,并全(quán)部接人dcs中。蒸汽(qì)流程圖如(rú)圖1所示(shì)。
 
　　根據标準孔(kǒng)闆計算(suàn)說(shuō)明書(shū)，介質(zhì)爲過(guò)熱蒸(zhēng)汽,兩台孔闆流(liú)量計(jì)設計工況壓力分(fèn)别(bié)爲0.85mpa和(hé)0.5mpa,工況溫度分(fèn)别(bié)爲200℃和(hé)172℃，流量(liàng)分别(bié)爲0~15vh和(hé)0~50t/h,各類(lèi)系數(shù)及蒸(zhēng)汽(qì)工(gōng)況密(mì)度等參(cān)數(shù)均已(yǐ)在計算(suàn)說(shuō)明書(shū)中給出。
　　實際運(yùn)行時，高(gāo)壓側蒸(zhēng)汽管(guǎn)道壓力爲(wèi)0.65~0.7mpa,溫度(dù)爲(wèi)220℃左右。低(dī)壓側(cè)蒸汽(qì)管道(dào)壓力爲(wèi)0.45~0.5mpa,溫(wēn)度爲160℃左右。可知低壓(yā)側蒸(zhēng)汽管的實際工況與(yǔ)設計(jì)工況相比，壓力和溫(wēn)度(dù)相對低(dī)，而高壓(yā)側蒸汽(qì)管的實際工況(kuàng)壓(yā)力比設計工(gōng)況偏(piān)低，溫度偏高。按照孔(kǒng)闆計(jì)算說明要求，在(zài)dcs程序中設置好(hǎo)流量計算(suàn)公式(shì)，直接代(dài)人各項參數，通(tōng)過 差壓(yā)變送器(qì) 顯示的差壓值(zhí)計算出(chū)過(guò)熱蒸汽瞬時(shí)流量(liàng)。按照過熱(rè)蒸汽性(xìng)質(zhì)推.算(suàn)，低壓側(cè)蒸汽實際流(liú)量應該略高(gāo)于孔闆流量(liàng)計測(cè)量流量，高壓側蒸汽(qì)實際(jì)流量(liàng)應該低于(yú)孔闆流量計測(cè)量流(liú)量。
　　未(wèi)進行(háng)溫壓補償前，兩(liǎng)台孔闆(pǎn)流(liú)量計流量運(yùn)行曲線(xiàn)圖如(rú)圖2所示，正(zhèng)常運行時高壓(yā)側蒸汽流(liú)量爲10t/h左右，低(dī)壓(yā)側蒸(zhēng)汽流量爲32tv/h左右(yòu)。
 
　　計算過熱蒸汽(qì)密度一般(bān)采用工業用公式。在ifc-1967公式的基礎上，制定并通(tōng)過了(le)全新的(de)水和水蒸汽(qì)計算公式(shì)，目前公式(shì)是最全面、準确計算(suàn)水蒸汽熱力性(xìng)質公(gōng)式。但上述(shù)兩套公式有大量的條件要(yào)求，不同區間(jiān)有不同的(de)密度公式(shì)，計算也十分複(fú)雜。根(gēn)據公(gōng)式編(biān)制了标準的(de)蒸汽密度(dù)表，該蒸(zhēng)汽密度表(biǎo)數據齊全(quán)适(shì)用性廣(guǎng)，簡(jiǎn)單易查(chá)，而且(qiě)在化工(gōng)生産中(zhōng)常用的蒸(zhēng)汽溫(wēn)度爲(wèi)0~600℃，壓(yā)力爲0.1~5.0mpa,公式均(jun1)能滿(mǎn)足使(shǐ)用要(yào)求，是目前(qián)獲取蒸汽密度(dù)最廣(guǎng)泛的方法(fǎ)之一。
　　根(gēn)據孔闆(pǎn)流量(liàng)計(jì)運(yùn)行的(de)溫度(dù)、壓力(lì)區間(jiān)，查詢(xún)過熱蒸汽(qì)密度表如(rú)表1所(suǒ)示。
 
　　因(yīn)爲(wèi)工況原(yuán)因實際上蒸汽密度是在一直(zhí)變化中，所(suǒ)以(yǐ)常(cháng)用的查表法并(bìng)不适用于(yú)dcs程序(xù)中因此(cǐ)需(xū)要采用(yòng)相(xiàng)對(duì)簡(jiǎn)單的(de)密度(dù)補(bǔ)償公式(shì)，在一定(dìng)範(fàn)圍内(nèi)滿足蒸(zhēng)汽密度(dù)表的(de)要求(qiú)，就可(kě)以快(kuài)速實現密(mì)度補償提(tí)高測量精度。實(shí)現密(mì)度補償(cháng)的方法(fǎ)有很(hěn)多，采(cǎi)用密(mì)度拟合法對過(guò)熱蒸汽進行溫(wēn)壓補償，相(xiàng)對比(bǐ)較容易輸(shū)人dcs程(chéng)序中(zhōng)，在要(yào)求的(de)蒸汽(qì)溫壓區間(jiān)内也比較符合(hé)公式要求，計算(suàn)精度也(yě)較(jiào)高。
拟(nǐ)合公式爲:
 
　　式中(zhōng):ρ爲補償後的蒸(zhēng)汽密(mì)度(dù)，kg/m3;t爲過熱(rè)蒸汽溫(wēn)度(dù),℃;p爲過熱蒸(zhēng)汽(qì)壓(yā)力，mpa。
　　根(gēn)據拟合(hé)公(gōng)式，參考孔闆(pǎn)流量計(jì)實際運行的(de)溫(wēn)度、壓力區(qū)間，計(jì)算出過熱蒸汽(qì)密度如表2所示(shì)。
 
　　根據(jù)蒸汽流程(chéng)圖1所示，将變(biàn)送(sòng)器所(suǒ)測過(guò)熱蒸(zhēng)汽溫度和壓力(lì)數值(zhí)，代人(rén)式(4)中，分别(bié)計算出補(bǔ)償後(hòu)的(de)兩(liǎng)分(fèn)支(zhī)管過熱蒸(zhēng)汽密(mì)度，最後代人标準孔(kǒng)闆計(jì)算說(shuō)明書中的(de)流量(liàng)公式，求出補償(cháng)後的(de)蒸汽(qì)流量，最終實(shí)現了對(duì)蒸汽(qì)的溫(wēn)壓補償。
2.4蒸汽(qì)溫(wēn)壓補(bǔ)償的結果
　　以采(cǎi)取溫壓補償措施前後(hòu)七(qī)天，電(diàn)站總(zǒng)管(guǎn)累計蒸(zhēng)汽流量與進車(chē)間兩分(fèn)支管累計蒸汽流(liú)量之(zhī)和數(shù)據進行對(duì)比。期(qī)間孔闆流量計正常運行(háng)流量(liàng)連續(xù)無大(dà)波動，無停(tíng)機、檢(jiǎn)修等事(shì)故。高壓(yā)側蒸(zhēng)汽管道壓力爲0.65~0.7mpa,溫度(dù)爲220℃左(zuǒ)右。低(dī)壓側蒸(zhēng)汽(qì)管道壓力爲0.45~0.5mpa,溫(wēn)度爲160℃左右。記錄數據(jù)如(rú)表3所示(shì)。
 
　　蒸汽(qì)溫壓補償(cháng)前流量的(de)誤差(chà)率爲:(7548.72-6614.28)/6614.28≈14.13%
　　蒸汽溫壓(yā)補償後流(liú)量的(de)誤差(chà)率(lǜ)爲:(6873.41-6542.56)/6542.56≈5.06%
　　通過對前後流(liú)量誤(wù)差率對比可得知，對蒸汽(qì)采用(yòng)合理(lǐ)的(de)溫壓補(bǔ)償方(fāng)式後，流量(liàng)測(cè)量相對誤差(chà)比補償前大大減少，證明對蒸(zhēng)汽進行溫(wēn)壓補償是有效的，提(tí)高了孔闆流量(liàng)計測量的正确(què)性。
2.5蒸汽溫壓補(bǔ)償需注(zhù)意(yì)的問(wèn)題
(1)對蒸汽進行(háng)溫壓補償(cháng)過程(chéng)中，一般的(de)溫(wēn)壓補償方式比較(jiào)簡單，可(kě)能存在(zài)較大(dà)的誤差。特(tè)别是不(bú)符(fú)合理(lǐ)想氣(qì)體狀态(tài)的(de)過熱蒸汽(qì)，或是(shì)高溫高(gāo)壓狀态(tài)和對(duì)蒸(zhēng)汽流量測(cè)量準确(què)性要(yào)求比較高的場(chǎng)合，必(bì)須要(yào)有正(zhèng)确的(de)算法才能保證(zhèng)數據的正(zhèng)确性(xìng)。
(2)選擇合适(shì)的溫(wēn)壓補償算(suàn)法很重(zhòng)要，需要(yào)滿足蒸汽的運(yùn)行區間，注意補(bǔ)償算法(fǎ)相應的(de)限制條件，溫度(dù)、壓力(lì)等單位的正确選(xuǎn)擇(zé)與使用,補(bǔ)償結(jié)果要(yào)符合蒸汽密度(dù)表要求(qiú)。
(3)溫壓補(bǔ)償要從實際出發,孔闆流量計的選型(xíng)、安裝位(wèi)置(zhì)要(yào)合理，運行(háng)前要進行(háng)流量(liàng)校正(zhèng)。溫度(dù)、壓力(lì)變送器測(cè)量值(zhí)要準(zhǔn)确，這是溫(wēn)壓補(bǔ)償的(de)前提(tí)，不然(rán)對溫壓補償的結(jié)果都會(huì)造成(chéng)較(jiào)大影響(xiǎng)。
(4)僅針(zhēn)對差壓式(shì)蒸汽(qì)流量測量(liàng)的溫壓補償方式提出探讨，對(duì)于其他(tā)類(lèi)型儀(yí)表的(de)溫(wēn)壓(yā)補償(cháng)方式，還需結合(hé)儀表檢測(cè)原(yuán)理(lǐ)，具體問題具體(tǐ)分析。
3結(jié)束語
　　通(tōng)過對(duì)蒸汽進行溫壓補(bǔ)償，選擇(zé)合适的(de)補償(cháng)方(fāng)法能(néng)減少工況(kuàng)等原因帶來的誤差。但也要看到一般的(de)蒸汽(qì)溫壓(yā)補償方法适用(yòng)于工(gōng)況較(jiào)穩定的情況，如(rú)果各(gè)項參(cān)數波動較(jiào)大(dà)還(hái)是難(nán)以保證數(shù)據的(de)正确性(xìng)，既要保(bǎo)證蒸汽(qì)測(cè)量的(de)連續性和穩定(dìng)性,也要根據實(shí)際情(qíng)況(kuàng)選擇合(hé)理的溫(wēn)壓補償方法。通過介紹(shào)孔闆(pǎn)流量計溫(wēn)壓補(bǔ)償的原因(yīn)和方法(fǎ)，并(bìng)舉例說明采用(yòng)溫壓(yā)補償的(de)有(yǒu)效性，證明(míng)選擇(zé)合理的溫壓補償方(fāng)法能提高蒸汽(qì)測量的準(zhǔn)确性(xìng)。此外蒸(zhēng)汽傳輸(shū)過程中(zhōng)蒸(zhēng)汽濕度、氣液二相流(liú)、壓縮系數等影(yǐng)響流(liú)量正(zhèng)确的(de)問題，都值(zhí)得探(tàn)索的(de)。

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