利用流量儀表測量蒸汽流量方法

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蒸汽流量測量難度較大,主要因為蒸汽是比較特殊的介質,隨著工況(如溫度、壓力)的變化,過熱蒸汽經常會轉變成為飽和蒸汽,形成汽液兩相流介質。對于相流的經常變化的蒸汽,使用目前流量儀表測量氣流量,肯定會存在測不準的問題。這個問題的解決方法是保持蒸汽的過熱度,盡量減少蒸汽的含水量,例如加強蒸汽管道的保溫措施,減少蒸汽的壓力損失等,以提高測量的準確度。然而這些方法并不能徹底解決蒸汽流量測不準的問題,然而解決問題的根本辦法是開發一種可測兩相流動介質的流量儀表。

在選擇流量儀表時應考慮5個主要因素:被測流體特性、生產工藝情況、安裝條件、維護需求以及流量儀表的特性。對蒸汽計量而言,同樣要考慮以上5個因素。這里,著重討論流量儀表的特性、安裝條件、維護需求以及選用流量儀表應注意的幾個問題。

目前,測量蒸汽流量的儀表主要有渦街流量計、差壓式流量計、分流旋翼式流量計、阿牛巴流量計、浮子式流量計等,這里主要討論渦街流量計、孔板流量計和彎管流量計。

渦街流量計

渦街流量計是基于卡門渦街原理而研制成功的一種新型流量計,70年代以來得到了迅速發展。是孔板流量計的替代產品之一。具有以下特點:結構簡單牢固,無可動部件;維護十分方便,安裝費用低;測量范圍寬,量程比可達1:10;壓力損失較小,運行費用低;應用范圍廣,氣體、液體的流量均可測量。

但渦街流量計存在一定的局限性:渦街流量計是一種速度式流量計,旋渦分離的穩定性受流速影響,故它對直管段有一定的要求,一般是前10D、后5D;測量液體時,上限流速受壓損和氣蝕現象限制,一般是0.5~8m/s;測量氣體是,上限流速受介質可壓縮性變化的限制,下限流速受雷諾數和傳感器靈敏度的限制,蒸汽是8~25m/s;應力式渦街流量計對振動較為敏感,故在振動較大的管道安裝流量計時,管道要有一定的減震措施;應力式渦街流量計采用壓電晶體作為檢測傳感器,故其受溫度的限制,一般為-40~+300℃。

孔板流量計

孔板流量計應用歷史悠久,有國際標準,理論精度高,應用十分普遍,但經過幾十年的應用,發現孔板流量計有以下不足:應用中許多因素(設計參數與工況參數不符、上游直管段不足、孔板和管道不同心、孔板A面受污、銳角磨損等)對其測量精度有非常大的影響,使其測量誤差增大;安裝較為麻煩,維護及拆洗的工作量較大;流量量程比為1:3,局限性大;若安裝不正確,容易發生蒸汽泄漏;壓力損失較大,運行費用高。

彎管流量計

彎管流量計特點:

1、結構簡單,價格低。彎管傳感器實際上是一個90度標準彎頭,沒有比它結構更簡單的流量傳感器了,隨著機械加工工業的發展和行業標準化及規范化管理的不斷完善,用作彎管傳感器的標準機制彎頭其質量越來越好,價格也越來越低。

2、無任何附加節流件或插入件,可大大降低流體在管道內輸送的動力消耗,節約能源,尤其對那些大系統、大管徑、低壓頭的測量對象好處更加明顯。

下面舉一個簡單的例子予以說明。為維持一臺安裝在每小時數千噸流量供熱管道的孔板流量計正常運行,一個采暖季節約需多耗電數萬度,折合人民幣數萬元。這里僅考慮孔板流量計壓力損失為幾千帕,實際運行時遠遠超過這個值。即便是這幾千帕的壓力損失,它所造成的附加運行費用也是不可忽視的。表1給出的數據為目前熱力管網用主管道流量范圍在不同的壓力損失時,孔板流量計引起的循環泵額外耗電量、電耗費用、折合標準煤量、購煤費用的單臺孔板流量計在一個取暖季節運行費用的數據,其中運行天數按120天、電價按0.35元/度、標準煤價按200元/t計算。

一個流量為4000m3/h的中型熱網,當孔板壓力損失為30千帕時,僅一臺孔板流量計就多耗9.6萬度電,運行費用為3.12萬元,對于流量為10000m3/h的大型熱網,額外耗電量達24萬度,運行費用7.8萬元。而彎管流量計是沒有附加阻力損失的,如果用彎管流量計替代孔板流量計進行計量,就可大大地減少運行費用,獲得可觀的經濟效益;

3、彎管流量計傳感器耐磨損,對微量磨損不敏感。

4、可采用直接焊接法進行安裝,使現場跑冒滴漏的麻煩得到徹底的解決。

5、適應性強,量程范圍寬,直管段要求不嚴。只要是可以用孔板、渦街、均速管流量計來測量的管道內流體流量都可以用彎管流量計進行測量,而且在耐高溫、耐高壓、耐沖擊、耐振動、耐潮濕、耐粉塵等方面,彎管流量計遠優于其它流量計。

如高溫、高壓、沖擊、振動,對于渦街流量計來說其使用性是十分有限的,這與其測量原理有關,實測測量結果產生較大的附加誤差影響了測量精度,造成測量不準。所有這些問題對彎管流量計來說都不存在。

彎管流量計的量程比可達1:10,對于蒸汽,它的適用范圍為0~70m/s,可以較好地滿足蒸汽流量測量的要求。彎管流量計由于其特殊的測量原理,使其在實際應用時對直管段的要求不嚴格,一般只要求前5D、后2D即可,遠遠低于其他流量測量裝置的要求;

6、彎管流量計精度高,重現性好,測量精度可達1%,重現性精度可達0.02%,一次安裝后,不再需要重復拆裝,因此,其安裝精度也能得到*佳保證。

綜上所述,蒸汽流量儀表的選用是非常重要的,準確測量蒸汽流量是生產部門都需要和普遍關心的問題。隨著經濟的發展,提高測量水平的呼聲越來越高。因此,應針對生產實際情況,做一些細致的技術工作,切實探索出一條蒸汽流量測量的成功之路。

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