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在蒸汽测量中旋涡流量计和孔板流量计的比较

随着杭钢节能降耗工作的不断推进,蒸汽计量的重要性越来越引起各部门的重视。蒸汽发生量及用量的准确检测,对于供需双方的计量结算以及全公司蒸汽数据的平衡是至关重要的,而选用合适的蒸汽流量计是保证计量准确的前提。
1、蒸汽计量现状
公司蒸汽计量的检测一直沿用十多年前的方法,即对直径在100mm以上的蒸汽管道采用孔板作为节流装置,取得差压信号后,由差压变送器变换为4~20mA的标准电流信号,再将标准信号送至能源集控计算机处理后产生计量数据;对直径在100mm以下(含)的蒸汽管道,则将旋翼式流量计安装在管道上进行直接读数计量,该方式的本质仍为节流差压法测量。
2、旋涡式流量计的工作原理
旋涡流量计的工作是应用了卡曼流体震荡原理。如果封闭管道内一个三角柱物体的正面受到流体的冲击,那么在这三角柱物体的两侧会产生两列交替排列的涡流。当流体的流速达到一定的雷诺数时,这种交替涡流的频率与流体的流速成正比。通过对频率的测量可以得出流体的流速,从而得出对应的流体流量。
3、旋涡流量计和孔板的比较
节流差压式蒸汽流量装置结构简单,性能较稳定,使用寿命也较长。其缺点是,测量精度不高,重复性差,量程比窄,现场安装时对孔板前后的直管段长度要求较高,使用一段时间后如需清洗,只有等到停汽时才能进行,最大的缺点是带给管道内流体的压损较大。而旋涡流量计具有各种规格,能适用于现场工艺计量,主要特点是智能化、多功能、微功耗、量程比宽,能够就地显示。当蒸汽管道的直径较大而流量较小时,利用文氏管的原理设计同样能获得准确的测量。遇有管道震动等外界干扰时,能利用流量积算部分的小信号切除功能消除外部的干扰。
孔板的流量计算公式为:
式中,qf为工况下的体积流量(m3/s);c为流出系数;β=d/D,d为工况下孔板内径(mm),D为工况下上游管道内径(mm)。ε为可膨胀系数;△p为孔板前后的差压值(Pa);ρ1为工况下流体的密度(kg/m3)。从上式可以看出,如果使用环境与孔板计算一致,那么孔板的测量精度是有保障的。但实际使用中随着使用时向的延长,孔板流量计的磨损是不可避免的。这就导致孔板使用时与计算时采用的数据d、D发生了变化,从而影响测量的精度和稳定性。
旋涡流量计的流量公式为
式中,qf为工况下的体积流量(m3/s);D为表体通径;M为旋涡发生体两侧弓形面积与管道横截面积之比;d为旋涡发生体迎流面宽度(mm);f为旋涡的发生频率(Hz);Sr为斯特劳哈尔数。从上式可以看出,旋涡流量计也有缺点,即随着使用时间的延长,管道内的积垢使参数d发生变化,从而影响到测量精度。但由于旋涡流量计的安装较孔板方便,故可间隔二年左右将旋涡流量计拆下进行重新标定,以此来保证它的测量精度。
4、旋涡式流量计的使用
在寒冷的冬季,经常发生蒸汽孔板导压管积液冰冻而影响蒸汽计量,严重时甚至涨坏差压变送器的膜盒。因此,2002年公司在管径100mm的蒸汽管上开始尝试使用旋涡式流量计。使用结果证明,当管道中的蒸汽用量很小时仍能正确计量,但要防止管道震动频率与流量计信号频率无法区分情况的发生,否则将严重影响测量的准确度。
5、结语
在蒸汽的计量中,从计量精度上来说,旋涡式流量计比节流差压式流量计所受的外界影响要小,带给管道中蒸汽的压损要远远小于孔板,且不论蒸汽用量的大小均能在表计上得到反映,同时极大地减小了日常维护量。但在大口径蒸汽管道上的使用还有待进一步的使用验证。