主蒸汽与供热蒸汽流量测量装置的选择比较

摘要：蒸汽流量准确计量,关系热电企业、热网用户双方的切身利益，体现着计量公平的原则。本文通过梅兰热电公司几种蒸汽流量测量装置的使用情况，提出未来蒸汽流量测量装置选型方向，并对蒸汽流量测量装置提出几点注意事项。

1、引言

泰州梅兰热电有限公司现有二个热电厂，第一热电厂有5台35吨/小时的锅炉，第二热电厂有3台130吨/小时锅炉，两厂日产汽量13639吨，对外供热量6843吨/日。供热用户达80家，如何准确计量蒸汽流量，直接关系到全厂及热网用户经济效益。

2、主蒸汽流量测量装置的选择比较

第一热电厂是1985年建设的热电厂，现场蒸汽流量都采用喷嘴和孔板流量一次表。

标准孔板和喷嘴节流件世界通用、并得到了国际标准组织认可，无需实流校准，即可投用。由于它们结构简单、牢固、性能稳定可靠、价格低廉，所以应用范围广，适合测量全部单相流体(液、气、蒸汽)及部分混相流。其原理结构如图1、图2、图3。

目前我国蒸汽流量测量用表90%以上采用标准孔板节流装置。但孔板流量计的缺点也是显而易见，即入口直角锐利度在流体冲刷下易发生钝化，国内有关部门曾对新装孔板进行跟踪校验，在孔板连续使用2-3个月时，钝化引起流量系数偏差1-3%，个别严重的在4%以上，这已引起了业界高度重视。目前，解决标准孔板钝化问题的最好方法是采用标准喷嘴，由于喷嘴的入口为光滑曲面，不易磨损，它的流量系数非常稳定，所以JJG640-94规程规定ISA1932喷嘴的检定周期为4年。再者，喷嘴在相同流量和相同β值条件下，阻力损失比孔板小得多(仅为孔板的50-60%)，长期运行情况表明，由于喷嘴结构上具有耐冲击抗变形的优点，适应于高温、高压、高流速介质。所以我公司第二热电厂高压高温主蒸管道上都安装喷嘴流量计，实践表明，长期使用计量可靠稳定。

3、供热蒸汽流量测量装置的选择及流量计未来选型方向

由于孔板和喷嘴流量计在测量的重复性、精确度上，在众多类型流量计中属于中等水平，加之安装问题，精确度难于提高。此外范围度窄，由于流量系数与雷诺数有关，一般范围度仅3:1，且有较长的直管段长度要求，对小热用户测量误差大，特别是孔板流量计压力损失大，造成对外供热管损很大。

我厂对外供热部分使用涡街流量计测量蒸汽流量。涡街流量计基于卡门涡街原理，原理如图4。

70年代以来得到了迅速发展。据介绍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，广泛用于各个领域，未来是孔板流量计的理想替代产品。由于它具有其它流量计不可兼得的优点：涡街流量计结构简单牢固，安装维护方便，适用流体种类多，如液体、气体、蒸汽和部分混相流体。整体式结构精确度一般能达到测量值的(±1％～±2％)，而插入式结构精度较低，此外范围度较宽，量程比达到10∶1，压损较小，约为孔板的1/4～1/2，涡街流量计输出与流量成正比的脉冲信号，适用于总量计量。

同样，涡街流量计不适用于低雷诺数测量(雷诺数Re≥20000），故在高粘度、低流速、小口径环境下使用受到限制。测量精度受到管道流速不均因素影响较大，插入式结构精度更低，易受安装对称性及管道截面积不确定因素的影响。稳定性差，且受多种因素干扰，准确调定困难。由于采用频率信号，受环境电磁干扰严重。抗震性能差，不适用于高速冲击和强震动场所，例如：对蒸汽测量，当流速超过40m/s时，管道产生的附加振动会引起较大的测量误差，而40～60m/s正是蒸汽的经济流速。直管段要求高，对测量脏污介质适应性差。耐温性能差，理论上工作在300℃以下，实际一般建议在200℃以下使用，虽然有耐高温型涡街，但检测元件长期在高温环境工作，使用寿命也会大打折扣。仪表系数较小，分辨率低，口径越大越低，一般用于DN300以下的管径。

考虑到蒸汽流量计的精度、稳定性和管道压力损失问题，未来我厂在供热蒸汽流量测量上有如下两款流量计选型，以替换涡街流量计：

(1)V锥流量计：V锥流量计(V-cone flowmeter)是美国富沃得公司在20世纪80年代开始研发的一种差压流量计，它的开发成功是差压式流量测量质的飞跃。它利用V锥体在流场中产生的节流效应，通过检测上下游压差来测量流量。与普通节流件相比，它改变了节流布局，从中心孔节流改为环状节流，工作原理如图5。

实践证明，V锥流量计与其他流量仪表相比，具有长期精度高、稳定性好、受安装条件局限小、耐磨损、测量范围宽、压损小、适合脏污介质等优点。而且V锥体本身作为流场的整流器而成为一种具有独特性能的优异的新型流量计。由V锥传感器和差压变送器组合而成的V锥流量计，可精确测量宽雷诺数(8000≤Re≤5E+7)范围内各种介质的流量。新型V锥流量计主要技术参数：精度等级，0.5级；重复性好，优于0.1%；工作压力，0～40MPa(有多个压力等级可供选择)；工作温度，-40～850℃；安装直管段要求，前0-3D直管道，后0-1D直管段；量程比宽，通常为10∶1，选择合适的参数可达到50：1；压损小，同样的β值，压损是孔板1/3～1/5。

(2)弯管流量计：弯管流量计实际上是一个90度标准弯头(如图6)，没有比它结构更简单的流量传感器了。随着机械加工工业的发展和行业标准化及规范化管理不断完善，弯管传感器的标准机制弯头性价比越来越高，它的特点是结构简单价格低廉；弯管流量计传感器耐磨损，对微量磨损不敏感；安装简单可采用直接焊接法进行安装，现场跑冒滴漏问题得到彻底的解决；适应性强；量程范围宽；直管段要求不严，只要是可以用孔板涡街均速管流量计来测量的管道内流体流量都可以用弯管流量计进行测量，而且在耐高温耐高压耐冲击耐振动耐潮湿耐粉尘等方面弯管流量计远优于其它流量计。弯管流量计的量程比可达1:10，对于蒸汽它的适用范围为5-70m/s，可以较好地满足蒸汽流量测量的要求。弯管流量计由于其特殊的测量原理，使其在实际应用时对直管段的要求不严格，一般只要求前5D(D为蒸汽管道内径)后2D即可，远远低于其他流量测量装置的要求，弯管流量计精度高、重现性好，测量精度可达1.0%；重现性精度可达0.2%。一次安装后不再需要重复拆装，因此其安装精度也能得到最佳保证，弯管流量计的最突出特点是无任何附加节流件或插入件，可大大降低流体在管道内输送的动力消耗节约能源。在节能降耗的背景下，为优选流量计产品。

4、关于蒸汽流量测量装置使用的几个问题

1.蒸汽密度问题。目前对蒸汽流量测量使用的质量流量，测量介质都是指单相的过热蒸汽或饱和蒸汽，对于混相蒸汽肯定存在测量不准确的问题。

对于蒸汽的流量测量，一般都要进行压力和温度补偿，只重视差压、温度、压力信号的准确是不够的，不能忽略密度在测量中的重要地位，因为质量流量与密度有关，蒸汽流动产生的差压与密度在测量中是处于同等地位的，然而在实际使用中由于忽视了密度对流量测量的影响，蒸汽流量密度的计算，大多数采用的是简单的数学表达式或查表法，造成蒸汽流量计量不准确。

2.差压信号传送失真及引入的误差。在差压式流量计的标准规范中，对导压管的敷设和仪表的安装一般只简单地提到一句，即差压信号不应有传送失真。实际上要真正做到差压信号的不失真传送是非常不容易的。例如流过流量计的流量已降到零了，但从流量计读数来看，真正示值零的并不多。其中零点漂移的主要原因多半为差压传送过程中的失真。差压信号的传送失真使得差压变送器上接收倒的差压信号与节流装置所产生的差压信号不相等，从而引起附加误差。差压信号传送失真包括稳态值失真和动态失真。在稳定流条件下只存在稳态值失真，在脉动流条件下，既可能存在稳态值失真又会有动态失真。影响差压信号传送失真的因素主要有以下五个方面: 

①导压管引向不合理和切断阀设置不当引起的误差。差压式蒸汽流量计中导压管引向不合理和切断阀设置不当引入的误差已在前面论述。

②冷凝器高度不相等引起的误差。正负压管上两只冷凝器结构应对称，安装高度应相等，从而有可能使得两只冷凝器内液位高度相等，因为液位高度相差lmm就会引入10Pa的差压失真。

③隔离液液位高度不相等引起的误差。

④引压管线引起的传送失真。保证导压管线合理的坡度是为了使管内可能出现的气泡较快地升到气体收集器内或母管内，使管内可能出现的凝液较快地下沉到沉降器、排污阀或母管内。

⑤三阀组可能引入的传送失真。三阀组的通径很小，在测量干燥气体、蒸汽和液体时，一般不会有大问题，但在测量有可能析出凝液的低压气体时，往往会因一滴冷凝液堵在水平放置的三阀组流路中，引起很大误差。解决此问题的简单方法是改变差压变送器的安装方向，将三阀组的流路从水平改为垂直，并将差压变送器安装在高处等。

5、结束语

综上所述，在选择蒸汽流量测量装置时，应按测量的介质、环境选用合适的测量装置。随着技术的发展，V锥流量计和弯管流量计将在更广领域得到更大的应用发展。