蒸汽重度的变化对孔板蒸汽流量计的影响

目前在蒸汽测量中，不少企业所使用的孔板式蒸汽流量计经常出现测量不准确的现象。本文通过定量分析指出：“蒸汽重度的变化是引起测量误差的主要原因”，并在分析的基础上给出了测量相对误差的近似计算公式，供有关企业参考。

计量是进行原材料和各种能源核算的基础，正确的计量则是核算准确性的强有力保证，但在实际生产中，有些地方的计量准确性却不尽人意，有的甚至已失去计量的意义，在我们走访的不少林业“三板”生产企业中，计量问题出现较多的是孔板式蒸汽流量计。由于计量的不准确，已经给企业的成本核算带来困难；如果企业还出售蒸汽，那么将会给企业带来不必要的经济损失，甚至引起企业之间的经济纠纷。

1、孔板式流计的工作原理

孔板式流量计是属于节流变压降式流量计，其工作原理简单地说就是采用差压式测量方法，即在管道内装入节流元件一孔板，当流体流过孔板时，流体流束发生收缩，于是在孔板的前后产生差压。对具有一定形状和一定尺寸的孔板，一定的测压位置和一定参数的流体，在保证孔板前后有足够的直管段等条件下，孔板前后所产生的差压值将随流量变化而变化，而且两者有确定的关系，因此，可通过测量差压，得到流体流量。

工程上，孔板式流量计的流量q和孔板前后的差压△p有下面的关系式：

式中：q-流体流量，m³/h；

a-孔板式流量计的流量系数，由实验确定；

ε-流体膨胀系数，当流体为不可压缩性流体时ε=1；

d、D-孔板孔径和管道内径在所测流体温度t下的尺寸，mm；

β-在流体温度t下的孔板孔径与管道内径之比，β=d/D；

△p-孔板前后的差压，kgf/cm²；

γ-流体节流前的重度，kgf/m³。

2、蒸汽重度影响测量准确性原因分析

由于孔板式流量计的组成比其它仪表复杂，且它的测量特点又与别的仪表不同，其测量的准确性不仅取决于仪表本身曲精度，而且还与测量管道和管路内流体的流动状况有关。所以，能造成孔板式流量计测量误差的原因较多。通常有流量计本身误差、流量计安装使用不当所产生的误差等。

除上述这两种误差外，*容易引起现场操作和订购流量计人员忽视的却是蒸汽重度的影响，因蒸汽重度变化所造成的测量误差往往是较大的。

蒸汽是可压缩性流体，当其压力变化时，其重度亦将发生变化，通过流量计算公式可以知道，孔板式流量计的流量与流体重度有着很密切的关系。在其它条件不变的情况下，若流体重度发生变化，则流体流量将与流体重度的平方根成反比例变化。

在实际中，一般很难保证蒸汽压力始终保持不变，亦即重度常会发生变化，而孔板式流量计的测量准确性除与其安装使用有关外，还与其设计参数有直接的关系。当实际流体重度与设计流量计所采用的流体重度不一致时，则将会带来流量测量误差。这是因为孔板式流量计一旦设计完成，其显示值(即显示仪表的分度值)只与孔板前后差压有关，但这一显示分度值是在某一确定的流体重度(设计时所用的某一设计压力下的流体重度，常称为设计重度γ)下进行分度的。所以，在实际测量中，如果孔板前后的差压不变，但若蒸汽压力发生变化造成重度变化，那么虽然孔板式流量计的显示值不变(因差压没变)，但实际流量却会发生变化(因重度变化)，这时就会出现流量测量误差。为了说明这一点，先来看下面的实例。

某木材加工厂锅炉房需要测量饱和蒸汽流量，选用的是标准孔板，配CWD-282双波纹管差压计显示流量。订购时向某仪表厂提供需要计量的饱和蒸汽参数为：流量qmin=4t/h、qmin=8t/h，平均绝对压力为10kgf/cm²。设备到货后，按产品说明进行了安装，但在随后使用中发现流量计经常出现较大的测量误差，经标定*大误差达到-31％。现场检查后，除发现因生产原因造成实际蒸汽压力会在3～9kgf/cm²范围内波动(正常时压力常为5kgf/cm²)外，没有发现流量计在安装和使用上有何不当，流量计计量的不准确，一直困扰着现场操作人员。

通常仪表厂是根据用户提供的流量和压力参数，来设计生产孔板式流量计。查有关热工资料，可知：lOkgf/cm²的饱和蒸汽所对应的重度为5.139kgf/m³(此重度即为设计重度γ设)；5kgf/cm²对应的重度为2.669kgf/m³（此重度为实际流体重度γ实），根据孔板式流量计的流量公式1得：

孔板设计的指示流量

孔板实际的计量流量

如果忽略其他因素的影响，只讨论因重度的影响所造成的误差，那么可认为△p实=△p设，a'≈a，ε'≈ε，d'≈d。这时因实际蒸汽压力与流量计设计时所用压力不相符引起重度不符，所造成的测量相对误差r为：

将查得的数据代入式（2）得：

如果还考虑a、ε和d的影响，那么计量的相对误差还会进一步增大，这一计算值接近于此流量计的实际*大相对误差。通过上面的计算，可以看出：

①因蒸汽重度的变化所造成的测量误差可能是很大的，蒸汽的实际压力偏离孔板流量计设计压力越严重，所引起的误差就越大；

②一般情况下，误差是负值，即流量计显示值偏小于实际流量。这是因为用户常考虑压力的富裕值，所选压力往往要高于实际压力，形成孔板流量计设计时所用压力高于蒸汽的实际压力，造成计量偏小。若实际压力大于设计压力，则计量值偏大，这时的误差是正的。

当然实际测量时的误差不会始终这么大，随着蒸汽压力的波动，实际压力接近于设计压力时，误差就会变小，这个木材加工厂的流量计之所以会出现这么大的误差，主要原因就是实际压力太远离设计压力所造成的。

总而言之，企业在选择孔板式蒸汽流量计时，一定耍根据实际的蒸汽压力来相应选择流量计的额定压力。如果需要考虑压力的富裕量，也不能偏离太多，否则将会带来较大的计量误差。在经费充足时，应优先考虑选择具有温度和压力补偿的蒸汽流量计，这可以在一定程度上消除因压力或温度(对过热蒸汽，温度也会影响重度)变化引起重度变化所带来的测量误差。