抗振型涡街流量计对饱和蒸汽流量进行测量实践
摘要：通过使用新型的抗振型涡街流量计对饱和蒸汽流量进行测量的实践，测量数据的结果表明达到试验预期目的。蒸汽小流量的测量失真问题和涡街流量计的振动干扰问题得到了解决。
蒸汽已经伴随机车和工业革命走过几个世纪。迄今为止，蒸汽已成为现代技术不可或缺的一部分。它被广泛应用于食品、纺织、化工、医药、电力和供热等工业领域，为现代社会生产了丰富多彩的产品。
蒸汽的使用是如此广泛，因此对蒸汽的流量测量成为使用各方的重要关注点之一。随着蒸汽应用的发展，对蒸汽流量测量的研究工作也得到广泛开展。
1、蒸汽及其流量测量
1.1蒸汽概述
蒸汽是吸收潜热后带有一定压力的水。蒸汽按状态可分为饱和蒸汽和过热蒸汽。由锅炉产生的水蒸气为饱和蒸汽，饱和蒸汽加热得到过热蒸汽。图1说明了各种状态蒸汽在不同温度及压力下的转换关系。
饱和蒸汽在蒸汽中占有相当大的比例，而湿蒸汽是饱和蒸汽实际存在的几乎唯一形式。含有液滴或液雾的蒸汽称为湿蒸汽。严格来说，饱和蒸汽或多或少都含有液滴或液雾的双相流体，所以，不同状态下不能用同一气体状态方程式来描述。饱和蒸汽中液滴或液雾的含量反映了蒸汽的质量，一般用干度这一参数来表示。多年来的研究普遍认为饱和蒸汽具有如下特点：
1)饱和蒸汽的温度与压力之间一一对应，二者之间只有一个独立变量。
2)饱和蒸汽容易凝结，在传输过程中如有热量损失，蒸汽中便有液滴或液雾形成，并导致温度与压力的降低。
3)准确计量饱和蒸汽流量比较困难。因为饱和蒸汽的干度难以保证，一般流量计都不能准确检测双相流体的流量，蒸汽压力波动将引起蒸汽密度的变化，流量计示值产生附加误差。
1.2蒸汽流量测量
对于蒸汽流量测量的研究和应用都指出，影响蒸汽流量准确计量的因素主要有以下几方面：
1)实际蒸汽流量低于流量计的可精确计量的最小流量(即量程比不足)；
2)流量计上下游安装的直管段不足(存在流动扰动)；
3)蒸汽的密度补偿不正确(测温测压不准)；
4)蒸汽中含水(未作干度补偿)；
5)现场存在振动和干扰(涡街流量计)；
6)差压传送误差(差压式流量计)等等。
由于蒸汽本身的物理特性，即在输送过程中常常是以汽、水两相流出现(即饱和蒸汽的干度小于100%)，如果在蒸汽计量中没有对干度进行修正，测量的准确度必定大为下降。在蒸汽计量中，为实现准确的测量，研究的一个方向是设法保持测量点处的蒸汽干度以满足要求，必要时还要采取其他补偿措施。近年来还有人提出“以能量替代质量作为蒸汽的结算单位”。
2、蒸汽流量计选型
2.1蒸汽流量计的类型及其优缺点
目前在工业上使用的流量计的类型非常多，其中适合蒸汽流量测量的流量计既有其优点，也有使用上的缺点。为确保蒸汽流量计的性能和精度，最重要的是选用的流量计要符合所使用的工况。表1对各类蒸汽流量计的优缺点和应用情况进行了比较。
国内目前使用比较流行的蒸汽流量计有孔板流量计、涡街流量计等。表2对某厂1990年在用的流量计进行了初步统计，表明孔板流量计和涡街流量计的使用占有主流地位。
随着技术的进步和交流的增加，孔板流量计在精度和稳定性上的缺陷逐步被行业人士所认识，近年来孔板流量计安装量减少。而涡街流量计基于其原理上的固有优势，70年代以来得到了迅速发展。
据了解，现在日本、欧美等发达国家使用涡街流量计的比例大幅度上升，已经广泛用于各个领域。涡街流量计在全球仪表行业引起普遍重视，被公认为未来有发展前景的流量计之一。涡街流量计将在未来流量仪表中占主导地位，是孔板流量计的理想替代产品。国内在近几年开始逐步使用涡街流量计测量蒸汽流量，取得了不错的效果。
2.2热带厂蒸汽工艺条件与环境
热带厂目前使用的蒸汽主要由加热炉炉内管道汽化产生，蒸汽过渡储存在汽包中。设计要求汽包工作压力为0.50～0.80MPa，正常工作压力为0.70MPa左右。汽包产生的蒸汽流量为3.0t/h。蒸汽通过DN100的管道输送，蒸汽终端用户为食堂和浴室，蒸汽主要用于加热。图2对热带厂的蒸汽去向作了简单的说明。
热带厂蒸汽使用量从一天的时间段来看，存在着用量大小变化大、短时间集中用汽、大部分时间用汽小而均匀的特点。按季节来看，冬季的用汽量要明显大于夏季。表3对热带厂的蒸汽使用情况作了简单分析。
表3表明，测量热带厂蒸汽流量还需解决一个小流量的问题。
2.3蒸汽流量测量方案
由于现场安装流量计的条件限制，且蒸汽管道附近的振动源比较多，受到频繁的机械振动影响，因此决定选用新型的抗振型涡街流量计。该型涡街流量计在强度达2g、5～110Hz的强大全向振动干扰下，所有满管式气体流量计依旧保持优于0.5%精度、插入式气体流量计依旧保持优于1.0%的精度。它的所有指标能符合形式实验要求，抗振性能良好，能解决涡街流量计由于振动引起误差的不足。
经过对检测的蒸汽现场数据测量和计算，发现该蒸汽处于热水与蒸汽的临界点，即发生温度或者压力的微弱变化时，蒸汽可能转化为热水，也可能由热水转化为蒸汽。
根据热带厂蒸汽使用情况、工艺条件及现场环境；对于可能出现的时为热水、时为蒸汽的情形；制定了流量计的安装方案，即在流量计安装上游管道适当位置安装一只用于减压的阀门，使得通过管道的热水因压力的大幅度下降而变成蒸汽。该方案通过降低压力保证管道内始终是单相蒸汽，为蒸汽涡街流量计创造检测必须的条件。
3、效果分析
根据既定方案在现场安装了抗振型涡街流量计，安装后的效果见图3。
流量计安装后进行现场调试。小流量测试采取的办法是完全关闭下游用户的蒸汽阀门，使通过流量计的蒸汽逐步减小至零，同时观察二次仪表显示的数据变化。经过反复几次的测试，均观察到蒸汽流量数据逐步变小直至零流量的现象。这初步说明不存在小流量测量数据失真的情况。对各个时间蒸汽瞬间流量的记录(表4.1)说明随着终端用户蒸汽用量的变化，流量计的测量数值能准确的、实时的做出反应。
对涡街流量计的抗振性能用简单方法做了验证。在大流量和小流量两种情况下，分别对流量计两侧的蒸汽管道进行大力度的敲击，经多次试验观察，未发现数据出现突然变化的现象。这说明抗振型涡街流量计能处理振动对流量测量的干扰，能有效解决涡街流量计因振动引起误差的缺陷。
抗振型涡街蒸汽流量计使用一个月，对数据进行收集和统计，得到每天蒸汽用量(参见图4)。
对图4的进行分析可以得到下面的结论，蒸汽的每天流量比较均匀，变化不大，流量曲线比较平缓，基本在14～19t/h之间波动。对照表4的瞬间流量数据，说明流量计的测量数据是准确的，与试验预期的蒸汽用量符合。
4、结语
涡街流量计在蒸汽和低压气体的流量测量方面得到了广泛应用，但抗振性差、抗干扰能力弱的缺陷局限了它的应用。热带厂选用抗振型涡街流量计进行蒸汽流量测量，从使用效果上来看，能完全满足小流量蒸汽在干扰信号强烈的环境下的测量使用。通过一段时间的观察，流量计运行稳定，测量数据准确。抗振型涡街流量计本身所具有的优势，使得它在流量测量方面得到更多的应用。
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