蒸汽流量测量准确度

蒸汽流量测量准确度（精选6篇）

蒸汽流量测量准确度 第1篇

1蒸汽流量的特征

1.1蒸汽流量的特点

目前还不能直接测量蒸汽的质量流量[1],工程上普遍使用推导蒸汽质量流量测量系统,但在流量方程中质量流量与蒸汽密度ρ直接相关,因此,要准确测量质量流量,关键是求取蒸汽密度。对于饱和蒸汽,蒸汽密度ρ只与压力p有关,即ρ=ρ(p);而对于过热蒸汽,蒸汽密度ρ与压力P、温度t有关,即ρ=ρ(p,t),但不再遵循理想气体状态方程,并随蒸汽工况参数的变化而变化,无法用一个通式表示即不能获得统一的密度计算公式,只能根据具体情况个别推导求得温度、压力补偿公式。采用节流装置时,当温度、压力、雷诺数变化较大时,还应动态修正C、ε、d、β等参数,以提高测量的准确度。否则,即使已实现了密度的完全补偿,这些余留参数变化累加后,引入的误差仍然较大。

1.2蒸汽流量的计量仪表

用于测量蒸汽流量的仪表有:节流式差压流量计、涡街流量计、阿纽巴流量计等。蒸汽流量信号进入DCS系统,在DCS中实现蒸汽流量温度、压力公式补偿。组态人员根据实际工况温度、压力的范围,采用正确合适的温度、压力补偿公式,并在DCS系统上进行组态转换,以实现准确补偿。但在实际组态中,要动态修正C、ε、d、β等参数是很难实现的。因此,组态的计算式中用一常数K代替流量方程中的诸项[2]。对于蒸汽测量:涡街流量计耐高温只能到200℃,对320℃以上的蒸汽系统缺乏应用经验,最大的弱点是抗振性能差[3];阿纽巴流量计所产生的差压信号值较低,应用中波动大、流量小时偏差大;蒸汽在输送过程中,存在压力、温度损失。因此,蒸汽计量数据偏差大,在成本核算时,不得不进行平衡与分摊。

2标准喷嘴、温度补偿元件、3095MV变送器组成的蒸汽流量计

2.1标准节流装置

普遍使用的节流装置—孔板和喷嘴已经标准化,ISA1932喷嘴其几何形状在20世纪30年代就已开始标准化。标准节流装置[4]得到国际标准化组织和国际法制计量组织的认可,对标准型测量元件进行的试验研究是国际性的,按照标准文件ISO 5167或GB 2624设计、制造、安装和使用的标准节流装置无须实流校准,即可确定其流量值并估算其测量误差。目前,在全部流量计中,它是唯一达到此标准的。由标准喷嘴、温度补偿元件及3095MV变送器组成的蒸汽流量计如图1所示。

节流装置的测量原理:当流体流经管道内的节流元件时,流束将在节流元件处形成局部收缩,流速增加,静压力降低,于是在节流件前后产生了压差ΔP;流量愈大,压差愈大。这种测量方法是以流动连续性方程、伯努力方程为基础的,其流量公式为:

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式中:qm为质量流量,kg/s;C为流出系数 ;d为节流元件的开孔直径,m ;ε为可膨胀性系数 ; ρ为被测流体密度,kg/m3 ; Δp 为差压,Pa;β为节流元件孔径与直管段内径之比,β=d/D。

2.2 标准喷嘴

标准喷嘴的结构形式如图1中所示。标准喷嘴[5]的特点:①具有光滑的收缩内壁,当流体流过时是逐渐收缩的,因此在同样流量和相同β值时喷嘴的压力损失只有孔板的30%。②由于入口是光滑的曲面,且结构比孔板厚实,不易磨损,使用寿命长。③流出系数大并且稳定。④喷嘴的测量范围比孔板大。⑤适应于高温、高压、高流速介质。

2.33095MV变送器

3095MV变送器[6]是美国Rosemount公司为蒸汽、气体提供的高效质量流量变送器,其特点:①体积小巧,结构简单,安装方便。②可灵活配套不同的一次测量元件如孔板、喷嘴、阿纽巴等,3095MV变送器的EA组态软件数据库中记录了这些测量元件及过程流体数据。③多变量测量,精度高。可同时测量压力、差压、温度、流量4个参数,差压、压力的测量精度为量程的0.075%,温度的测量精度为0.56℃,重复性0.1%。④采用实时动态的完全公式来计算所有参数,最大限度地提高了测量的准确性。传统的差压流量是用一个简化的质量流量公式在DCS或流量仪中计算的即undefined,公式中用一个常数K代表真实流量计算中的许多参数。事实上,只有单位换算系数是常数,其它项都是过程变量的函数,简化公式不能补偿这些量的变化,故在计算的流量中产生不可预见的误差。⑤二线制、直接输出与量程相对应的质量流量信号。⑥3095MV变送器的优点弥补了传统意义上差压流量计的缺点,如量程比从3∶1拓宽到10∶1。

2.4温度补偿元件

工况下的蒸汽温度信号直接进入3095MV变送器进行补偿,其安装位置尽可能靠近节流装置,但又要在节流装置需要的直管段外,还要保证插入深度,以实现准确的测量。

3蒸汽管网计量系统

蒸汽管网及计量点如图2所示。

图2中各流量计的配置:FQ0103、FQ3702为孔板+差压变送器,信号进入DCS系统后作温度压力补偿;FQ1002、FQ506001、FQ506002、FQ61307为标准喷嘴+补偿热电阻+3095MV变送器,标准喷嘴均为同一厂家制造;FQ3707为涡街流量计。主要考查:FQ1002+FQ0103是否等于FQ506001+FQ61307+损失量;FQ506002+减温水是否等于FQ3707+损失量,从而验证流量计是否满足准确计量要求。

3.1FQ1002+FQ0103与FQ506001+FQ61307+损失量

3.1.1流程及数据采集

三废锅、35 t锅炉的蒸汽经FQ1002、FQ0103到1#分配缸,汇合后的蒸汽一路经FQ506001计量并经减压减温后进入2#蒸汽分配缸,另一路经过约1015 m蒸汽管、若干弯头、疏水阀后经FQ61307计量后并入3#蒸汽分配缸,考查时段内的数据见表1。

注:蒸汽产量=FQ1002累+FQ0103累,蒸汽用量=FQ506001累+FQ61307累

3.1.2FQ1002、FQ0103、FQ506001、FQ61307的状况

FQ1002在考查时用给水流量作过对比,能满足计量要求;经过FQ0103的蒸汽压力在3.2 MPa、410℃以上时偏差小,在考查时段内满足这一条件;FQ506001在选型计算范围内;到达FQ61307的蒸汽存在一定的损失量。

3.1.3数据分析

1)第1～5组数据

①三废炉、35 t/h锅炉、合成氨系统(3机)平稳生产;5#硫酸停车,6#硫酸、发电系统正常开车。②数据满足重复性、线性关系。③1#分配缸内的蒸汽平均压力、温度为3.56 MPa、423℃,经FQ61307的蒸汽平均压力、温度为3.35 MPa、415℃,平均流量损失=(FQ1002+FQ0103-FQ506001-FQ61307)/(FQ1002+FQ0103)×100%=2.2%。④经过1015 m的管线、几十个的弯头及疏水阀后,2.2%的蒸汽流量损失小于估算值,对于蒸汽测量来说这是一个理想的测量结果。

2 )第6组数据5#硫酸刚开车,蒸汽富余;35 t/h锅炉停车,FQ0103为零;合成氨系统(3机)平稳生产。1#分配缸内的蒸汽压力、温度分别为3.53 MPa、420℃,经FQ61307的蒸汽压力、温度分别为3.41 MPa、403℃,流量只有前5组的70%,损失为3.1%。

3)第7～12组数据

①5#硫酸已开车正常,合成氨系统(3机)平稳生产。1#分配缸内的蒸汽平均压力、温度分别为3.54 MPa、420℃,经FQ61307的蒸汽平均压力、温度分别为3.48 MPa、390℃,流量只有1～5组的47%,损失已达16.4%。②数据满足重复性、线性关系。

4 )第13组数据①由于公司开始检修,数据时段的前8小时合成氨系统(3机)平稳生产;后32小时合成氨系统停车、三废炉降负荷生产,蒸汽主要经FQ61307并入3#蒸汽分配缸。②在数采时段内,经FQ61307的蒸汽流量只有1～5组33%,损失达20.6%。

流量是一个推导量,由一些基本参数组成;同时它又是一个动态量,只有流体流动时才产生流量,因此它与流体物性、流动的特性密切相关。蒸汽的经济流速为20～30 m/s,流速高于经济流速上限,则阻力损失会随着流量的增加而急剧增加;流速低于经济流速下限,运行热损增大,流量损失随之增大。取7～12组数据的平均值与第6组作对比,当FQ1002、FQ506001的变化不大时,从FQ61307上取得的数据应与第6组的数据差别不大,损失的差别也应该不大,但实际上从FQ61307取得的每小时流量相对第6组数据只减小了32%,而流量损失却是第6组数据的5.3倍。数采时段内的主要区别是5#硫酸刚开车时及开车正常后并入3#蒸汽分配缸的蒸汽量大小不同。第6组数据处于5#硫酸刚开车时,并入3#蒸汽分配缸的蒸汽量小;而第7～12组数据,5#硫酸已正常并汽到3#分配缸且蒸汽量大、压力高。5#硫酸的蒸汽并入3#蒸汽分配缸混和后的蒸汽压力及蒸汽进出3#分配缸的平衡关系影响了来自1#分配缸蒸汽的畅通流动即1、3#蒸汽分配缸间压差减小,如表1中1、3#分配缸间压差数据所示,这一情况使输送的蒸汽流速下降,热损增大,一定程度上影响了蒸汽的流态甚至出现汽、液两相流,直接影响FQ61307的测量,这就是第7～12组数据与第6组数据差别大的根本原因,第13组数据进一步对这种差别进行了证明。

综上所述,管网物料进出平衡,流量计能满足准确计量要求;蒸汽通过管网、疏水后存在一定的流量损失;管网存在一个温度、压力、流量损失最小的最佳操作、输送范围。

3.2 FQ506002+减温水与FQ3707+损失量

3.2.1流程及数据采集

2#分配缸出来的一路蒸汽经FQ506002计量、PV-3710减压、喷水减温后再经FQ3702、FV-3702流量调节进入石墨换热器,石墨换热器出来的冷凝水经冷凝液槽收集由FQ3707计量出装置。考查时段内的数据见表2。

3.2.2FQ506002、FQ3702、FQ3707的状况

FQ506002工作在设计选型计算的范围内;冷凝液槽液位高度考查前后保持不变;从图2可知,FQ3702与FQ3707的测量数据应很接近,但在考查时段内由于生产负荷低,采集到的蒸汽参数(0.05 MPa、110℃左右)比设计值(0.12～0.14 MPa、<125℃)低很多,因此FQ3702经过DCS系统补偿后的流量偏差较大,从理论分析可知,当P实

3.2.3减温水用量

减温水用量、相关参数及取值:

1) 减压、减温前的蒸汽参数取FQ506002测量数据:p=1.15MPa(表压),t =270℃,h1= 2977.025 kJ/kg,蒸汽总量Gv =2696 t。

2) 减压减温后的参数: p=0.05 MPa(表压),t =110℃,h=2693.35 kJ/kg。

3) 减温水的参数: p=3.5 MPa(表压), t=100℃;hw=421.69 kJ/kg。

4) 不考虑中间损失。

减温水用量:

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3.2.4FQ506002+减温水与FQ3707+损失量

在考查时段内,FQ506002累积数为2696 t、减温水用量Gw为337 t,FQ3707累积数为3025 t,即:

FQ506002累计量+减温水用量Gw=2696+337=3033 t与FQ3707的累计量3025t偏差很小,总损失量为8t,量损仅为0.26%,FQ506002满足准确计量要求。

综上所述,由标准喷嘴、温度补偿元件及3095MV变送器组成的蒸汽流量计在考查时段内都表现出了良好的特性,即:①重复性。流量计对一个确定的流量能重复显示,测量示值在允许的范围内。确定的流量在本系统内是以相同时段、蒸汽压力温度的稳定、生产条件的稳定来界定的。好的重复性是确定各流量计间关系的重要依据,也是实现高精确度的基础。②线性。在不同倍数的时段内,各量值基本呈一种单值的倍数关系即线性关系,对于测量仪表,这是一个关键的技术参数。③稳定性、可靠性。流量是一个推导量,在考查的时段内,对于可验证的温度、压力等基本参数均能稳定、可靠、准确的测量。④准确性。表1中的1～6组数据、表2中的数据充分表明了这一点。

4结语

由标准喷嘴、温度补偿元件、3095MV变送器组成的蒸汽流量计,是经典节流装置与现代技术巧妙结合,其技术优势非常适合云天化国际红磷分公司蒸汽管网的特点。此外,优化的调度管理及测量技术的有机结合,才能实现蒸汽的准确计量,改变蒸汽结算分摊的尴尬局面。蒸汽的准确计量、监测及合理的调度分配利用,可帮助企业节约5%～20%的能耗[7]。

参考文献

[1]尉忠友.工业企业能源计量与管理技术指南[M].北京:环境科学出版社,2007:55-76.

[2]李自皋,刘佳,卢宏明.在DCS中实现蒸汽流量测量温压补偿的途径和方法[J].石油化工自动化,2007,(2):64-67.

[3]郑灿亭,孙晓峰,吴兆喜,等.蒸汽计量中存在的两大难题[J].石油化工自动化,2007,(2):85-88.

[4]苏彦勋,梁国伟,盛健.流量计量与测试[M].第二版.北京:中国计量出版社,2007:128-173.

[5]李绪燕,张德华,李瑞芳,等.冶金企业蒸汽流量计量的几点体验[J].工业计量,2008,(6):31-33

[6]Rosemount.3095MV MultiVariable Mass Flow Trans-mitter Reference Manual[M].Rev JA.EmersonProcess Managemnt,2008.

蒸汽流量测量准确度 第2篇

关键词：蒸汽；流量测量；补偿

中图分类号：TK313文献标识码：A

蒸汽在人类生活生产中是重要的二次能源。对蒸汽流量准确测量助于生产的有效控制节约能源。现阶段对蒸汽流量的测量有多种方法，均需要对蒸汽参数进行设置，根据压差和蒸汽流量所产生的固定计量关系测定其流量值。而在实际运用中，蒸汽的关键参数都处于不断的变化中，与其设定的值存在偏差，需要对这些偏差进行一定的温度、压力修正，实现精准测量。因此对蒸汽参数波动提出一种合理的补偿算法，对现代业界蒸汽流量的精准测量有着积极的意义。

1 蒸汽流量测量的方法

目前业界所采用的蒸汽流量测量设备多为推导式。其中，节流式差压流量计与涡街流量计为最为常见。

1.1 标准节流装置差压流量计

节流式差压流量计原理为： 。其中，q为流量， 为直径比，D为内径，d为开孔直径， 为膨胀系数，C为流出系数， 为压差， 为流体密度。如式，最终的测量值和流体密度紧密相关，而蒸汽的温度和压力的波动会直接影响流体密度。在装置实际运行中，会通过测量温度t和压力p，计算其密度，再用公式计算其流量，即为温度和压力补偿。

1.2 双量程节流式差压流量计

使用标准差压式流量计，其测量范围不够精准，现把节流式差压流量计原理公式简化，可将 近似为 。再对其无量纲处理，能获得qm=f（Δp）的关系。为更好地表示差压测量的准确性对流量值准确性的影响，需借助偏微分方法。得： 。其中，Δp的相对值变化时， 也改变。因此可下结论：当我们为得到±1%的测量精度，且采用了7.5%精度等级的差压变送器，需要在差压≧3.75%FS，方保其确度。

1.3 孔板差压流量计

线性孔板环隙面积能根据流量大小的变化而自动调节，因有圆锥塞子随差压弹簧来回活动，环隙面积的大小变化迫使输出差压和流量呈正相关，因此可拓宽测试的范围。当蒸汽经过面积为A的孔板时，蒸汽流量q和孔板差压 具备 的正比关系。在孔板处放一把活塞，设差压造成的活塞和弹簧在活动中的移动长度为X，可认为 等于 ， 为弹簧弹性系数。活塞移动，开孔面积受到挤压而变化，得出 与 成正比关系，系数为 。进一步得出 与 亦为正比关系，系数为 。整理以上关系得出： 。其中 ，为常数。可见，蒸汽的流量和差压呈正相关关系，根据差压信号就能计算出流量值。

1.4 涡街流量计

该流量计基于卡门涡街原理，假定旋涡的发生频率和蒸汽速度正比关系： ，f为旋涡发生频率，v为流速，d为三角柱宽度，St为斯特劳哈数。

流体旋涡会对三角柱施加周期性压力，该压力产生电信号传至前段放大，连接频率计，后者显示出频率。

2 蒸汽流量测量温度与压力的补偿方法

补偿方法如下几种。

2.1 行业标准推荐公式补偿法

水和水蒸气性质国际委员会（IAPWS）1997年发布“水和水蒸气热力性质工业公式”，为蒸汽测量参数的标准。其把水的状态分为五个区域，能基于其自身的特性计算方程式得出水状态特性，具体区域如图1所示：

图1 液态水与气态水的区域参数分布图

蒸汽处于图中的区域2，参考图，可知其密度参数取决于温度和压力，关系如式：

（1）

式中， ， ， ， ，R为气体常数，这里的系数 、 、 、 在IAPWS文件中均有说明。对蒸汽流量进行测量时根据即刻获得的蒸汽温与压力带入式（1），可准确修正密度值。

2.2插值补偿法

假设蒸汽温度为TS，压力为PS，密度为ρ，以ρ（TS，PS）为中心，温度在（0.9-1.1）TS之间波动，压力在（0.9-1.1）PS之间浮动，用平面几何仿真，坐标轴横向为温度，竖向为压力，得一正方形区间，选取M*N 组蒸汽点，根据图表查询等得到蒸汽密度值，建立一组二维数组，借助二元插值公式，得到蒸汽密度近似值。对于已经选取的M*N 个节点（Ti，Pj），均对应密度值ρij，任选插值点（T，P），其密度ρ如式：

（2）

2.3 经验补偿法

在蒸汽流量测定领域中，其具体场景中，蒸汽的物理参数、流量范围比较固定，员工可凭经验进行温度和压力补偿计算，假设压力的范围：0.1MPa

（3）

3 补偿方法的取舍

如果对流量测量的精准度要求较高，参考式（1）。如蒸汽参数的浮动可控制在一定范围，参考式（2）。如欲采用式（3）类的经验公式，需对其参数范围能否接受经验公式的限制。

4 结语

目前业界进行蒸汽流量测量时常用的装置包括标准节流装置差压流量计、双量程节流式差压流量计、孔板差压流量计等几种，无论哪种方法都需要对温度、压力进行一定的补偿才能提高其测量准确度。

参考文献：

[1]IAPWS.The international association for the properties of water and steam[M].Lucerne， Switzerland： IAPWS 2007.

[2]蔡武昌，孙淮清.流量测量方法和仪表的选用[M].北京：化学工业出版社，2001

关于蒸汽流量测量的讨论 第3篇

供热行业中, 蒸汽流量测量不准确是普遍存在的问题, 其中主要原因分析如下。

1.1 过热蒸汽。

蒸汽是比较特殊的介质, 一般情况下所说的蒸汽是指过热蒸汽。过热蒸汽是常见的动力能源, 常用来带动汽轮机旋转, 进而带动发电机或离心式压缩机工作。过热蒸汽是由饱和蒸汽加热升温获得。其中绝不含液滴或液雾, 属于实际气体。过热蒸汽的温度与压力参数是两个独立参数, 其密度应由这两个参数决定。

过热蒸汽在经过长距离输送后, 随着工况 (如温度、压力) 的变化, 特别是在过热度不高的情况下, 会因为热量损失温度降低而使其从过热状态进入饱和或过饱和状态, 转变成为饱和蒸汽或带有水滴的过饱和蒸汽。饱和蒸汽突然大幅度减压, 液体出现绝热膨胀时也会转变成为过热蒸汽, 这样就形成汽液两相流介质。

1.2 饱和蒸汽。

未经过热处理的蒸汽称为饱和蒸汽。它是无色、无味、不能燃烧又无腐蚀性的气体。饱和蒸汽具有如下特点。

a.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。b.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。c.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。所以在蒸汽计量中, 必须设法保持测量点处蒸汽的干度以满足要求, 必要时还应采取补偿措施, 实现准确的测量。

2 测量的分析

目前使用流量仪表测量蒸汽流量, 测量介质都是指单相的过热蒸汽或饱和蒸汽。对于相流经常变化的蒸汽, 肯定会存在测量不准确的问题。这个问题的解决方法是保持蒸汽的过热度, 尽量减少蒸汽的含水量, 例如加强蒸汽管道的保温措施, 减少蒸汽的压力损失等, 以提高测量的准确度。然而这些方法并不能彻底解决蒸汽流量测量不准确的问题, 解决这一问题的根本办法是开发一种可测两相流动介质的流量仪表。

用于检测气体流量的流量计种类很多, 以速度式和容积流量计应用最普遍, 它们的共同特点是只能连续测定工况下的体积流量, 而体积流量又是状态的函数, 工作状态下的体积流量不能确切的表示实际流量, 工程上一般都以标准状态体积流量或质量流量表示。所谓标准状态体积是0℃、1个标准大气压下的气体体积或20℃、1个标准大气压下的体积。以质量流量为计量单位的情况, 目前应用不多。采用刻度气体流量计时, 选定气体正常温度、压力为设计条件, 将设计状态下的体积流量折算为标准体积流量或质量流量, 其折算系数中含有气体密度的因素, 当气体介质的工作状态偏离设计状态, 流量示值将产生误差。此外气体介质的组成、含量或温度的变化, 对流量测量也产生影响, 所以蒸汽流量的测量更需要采取补偿措施, 并且因蒸汽的状态变化补偿因素也比较复杂。

过热蒸汽的密度由蒸汽的温度、压力两个参数决定, 而且在参数的不同范围内, 密度的表达形式也不相同, 无法用同一通式表示, 所以不能获得统一的密度计算公式, 只能个别推导求得温度、压力补偿公式。在温度、压力波动范围较大的场合, 除进行温度、压力补偿外, 还需要考虑对气体膨胀系数ε的补偿。

无论采用何种流量计检测饱和蒸汽的流量, 在蒸汽压力波动的条件下工作, 必须采取压力补偿措施, 这是因为在流量方程中, 都含有蒸汽密度的因素, 工作条件与设计条件不一致时, 读数会产生误差, 误差的大小和工作压力与设计压力偏差的大小有关, P实>P设将出现负误差, 否则将出现正误差。蒸汽的干度条件是关系到能否准确计量蒸汽流量的重要条件, 目前正在研制在线蒸汽干度检测仪表, 待干度仪表应用于蒸汽流量计量与补偿系统, 必将进一步提高计量的准确性。目前应采取以下三项措施:

a.输送蒸汽的管路必须有良好的保温措施防止热量损失。

b.在蒸汽管路上要逐段疏水, 在管道的最低处及仪表前的管道上应设置疏水器, 及时排出冷凝水。

c.锅炉操作中应避免出现汽包液位过高现象, 尽量减少负荷出现大的波动。

3 流量仪表的选型

对于蒸汽计量在选择流量仪表时应考虑5个主要因素:被测流体特性、生产工艺情况、安装条件、维护需求以及流量仪表的特性。这里, 着重讨论流量仪表的特性、安装条件、维护需求以及选用流量仪表应注意的几个问题。目前, 测量蒸汽流量的仪表主要有涡街流量计、差压式 (孔板、均速管、弯管) 流量计、分流旋翼式流量计、阿牛巴流量计、浮子式流量计等, 下面以涡街流量计、孔板流量计和弯管流量计为例加以说明。

3.1 涡街流量计

涡街流量计是基于卡门涡街原理而研制成功的一种新型流量计, 由于它具有其它流量计不可兼得的优点, 20世纪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, 已经广泛用于各个领域, 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。它具有以下特点:a.结构简单牢固, 运行十分可靠;b.维护十分方便, 安装费用低;c.传感器不直接接触介质, 性能稳定, 寿命长;d.输出与流量成正比的脉冲信号, 无零点漂移, 精度高, 并方便与计算机联网;e.测量范围宽, 量程比可达1:10;f.压力损失小, 运行费用低, 更具节能意义;g.在一定的雷诺数范围内, 输出信号频率不受流体物理性质和组分变化影响, 仪表系数仅与漩涡发生体的形状和尺寸有关, 测量流体的体积流量无需补偿, 调换配件后无需重新标定仪表的系数;h.应用范围广, 气体、液体的流量均可测量;i.检定周期为2~4年。

但该流量计也存在一定的局限性:a.涡街流量计是一种速度式流量计, 漩涡分离的稳定性受流速影响, 故它对直管段有一定的要;b.测量液体时, 上限流速受压损和气蚀现象限制;c.测量气体时, 上限流速受介质可压缩性变化的限制, 下限流速受雷诺数和传感器灵敏度的限制;d.应力式涡街流量计对振动较为敏感;e.应力式涡街流量计采用压电晶体作为检测传感器, 故其受温度的限制。

3.2 差压式流量计

以孔板流量计为代表的差压式流量计应用历史悠久, 有国际标准, 理论精度高, 应用十分普遍。但经过几十年的应用, 发现孔板流量计也存在不足:a.应用中许多因素对其测量精度有非常大的影响, 使其测量误差增大;b.安装较为麻烦, 维护及拆洗的工作量较大;c.需配差压变送器使用, 增加了维护的工作量, 另需敷设导压管, 且在冬季需对导压管进行保温, 不可以安装在室外;d.流量量程比为1:3, 局限性大;e.若安装不正确, 容易发生蒸汽泄漏;f.压力损失较大, 运行费用高。

3.3 弯管流量计

弯管流量计实际上是一个90度标准弯头, 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的不断完善, 用作弯管传感器的标准机制弯头性价比越来越高。它的特点是:a.结构简单, 价格低廉。b.弯管流量计传感器耐磨损, 对微量磨损不敏感。c.安装简单, 可采用直接焊接法进行安装, 使现场跑冒滴漏的麻烦得到彻底的解决。d.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。e.弯管流量计的量程比可达1:10, 对于蒸汽, 它的适用范围为0~70m/s, 可以较好地满足蒸汽流量测量的要求。f.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、后2D即可, 远远低于其他流量测量装置的要求。g.弯管流量计精度高, 重现性好, 测量精度可达1.14%, 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。h.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, 尤其对那些大系统、大管径、低压头的测量对象好处更加明显。

蒸汽流量测量准确度 第4篇

1 流量计使用现状

我公司原来安装流量仪表设备17台, 其中测量蒸汽用流量计4台全部为孔板差压流量计, 后全部更换为涡街流量计。

2 存在的问题

我公司蒸汽流量计量, 在使用过程中一直存在测量不准确的问题, 由于我车间的余热蒸汽过量, 供给其它地方, 在计算能耗, 进行能耗分析、成本结算时一直和其它用气单位产生纠纷, 对方说蒸汽量特别小, 而我们这边计量数据显示数据这么多, 老是出现扯皮推诿。

我公司蒸汽流量计在建厂设计时采用孔板差压式流量计, 孔板差压流量计本身存有一定的弱点:安装相对比较复杂, 需要安装三阀组、差压变送器、冷凝管、流量积算仪, 温压补偿的需要安装温度、压力变送器;引压管容易发生堵塞、容易跑冒滴漏、冬天还需要保温等, 这些原因造成仪表一次性安装工程量大, 费用高, 维修工作量也大;孔板为节流型结构, 导致压损大, 长期运行消耗的能耗也大;长时间运行过程中孔板外观几何尺寸发生变化变化, 容易造成锐角变钝, 甚至变成喇叭口形, 影响系统的测量精度;孔板材料锐角会变钝而造成流出系数变化, 使的测量误差增大并且无法修复改善。

3 流量仪表的选型

蒸汽流量测量方法按照工作原理分, 可分为直接式质量流量计和推导式也称间接式质量流量计两大类。前者直接测量与质量流量成函数关系的变量求得质量流量;后者用体积和其他变量测量仪表或两种不同测量原理流量计组合成的仪表计算求得质量流量。现在人们使用最多的是推导式的流量计, 其中以孔板差压流量计和涡街流量计为主流。涡街流量计主要用于工业管道介质的流量计量, 如液体、气体、蒸气等多种介质。其特点是压力损失小, 量程范围大, 精度高, 在测量工况体积流量时几乎不受流体密度、压力、温度、粘度等参数的影响。没有可动机械零件, 因此可靠性高, 维护量小。仪表参数能长期稳定。

我们就孔板和涡街做一个对比说明。

共同特点:测量的对象都是蒸汽的体积流量, 先进点的设备都带温度和压力补偿, 通过变换计算出质量流量值。也可以测量液体的流量。精度一般为1.0%-1.5%。

孔板流量计的优点:测量范围可选, 比如10-30m3/h, 或者30-90m3/h, 都可以选择。抗震动性强。可以测量高温高压蒸汽。温度500°以上, 压力大于40MPa。

缺点:安装相对其他流量计复杂:需要安装三阀组、差压变送器、冷凝管、流量积算仪, 不带温度、压力补偿的需要安装温度、压力变送器;量程比窄:配国产差压变送器一般为1:3, 好的进口变送器为1:6;测量有压力损失。

涡街流量计的优点:量程比宽, 智能涡街流量计的量程比一般为1:9、1:10.测量几乎无压力损失。安装简便:安装方式为法兰对夹或者法兰连接式。

缺点:量程范围与口径对应比较固定, 但是可以采用变径来测量一些流量偏小的介质。抗震性能弱。测量高温高压蒸汽不占优势, 一般测量温度上限350°, 压力4MPa。

由此可见流量计的选型很是重要。

4 投资回报对比

一台进口涡街大约1~1.5万元人民币, 国产的1万元以内, 而一台孔板差压流量计装置包括差压变送器、孔板及法兰、导压管、阀门、保温箱等费用肯定超过限度万元。

涡街流量计安装非常简单, 只需要保证流量计前后有一定的直管段即可, 孔板流量计对直线段、同心度、导压管等都长期运行测量精度, 孔板的设计由于差压与流量是非线性关系, 当流量低于30%时, 误差增大, 气体更为严重, 另一方面, 使用介质的长期磨损, 锐角变钝, 使流量系数发生变化, 也是影响精度的一个重要原因。而涡街的特殊结构, 当精度经实际确定后精度几乎是不变的。

涡街流量计除在计量上要求周期性标定外, 一般不会出现故障, 不需要其他的维护保养费用, 而孔板流量计就不一样, 跑冒滴漏, 定期排污, 灌隔离液, 更换导压管、阀门、保温、清洗孔板等, 有一定的维护工作量。还有伴热系统的投入, 这还不包括差压变送器的更新, 孔板更新费用。

有严格的安装要求、并且这些部件安装费时费力, 所以安装费用是涡街的数倍。

还有其他方面涡街流量计优势更加明显, 如可互换性, 量程、可靠性方面。随着技术的不断发展, 涡街流量计的性能更加优异。

5 结论

综上所述, 涡街流量计具有管道介质压力损失小, 量程比大, 测量精度高, 在测量工况体积流量时受流体密度、压力、温度、粘度等参数的影响小, 没有可动机械零件, 因此可靠性高, 维护量小, 仪表参数能长期稳定等特点, 基于以上讨论, 针对涡街流量计的优点, 车间陆续将不能正常投入生产的三台差压流量计更换为涡街流量计, 使用过程中无任何问题, 并且维护量大大减少, 在公司蒸汽流量测量中的成功应用确实给流量测量来许多好处。

摘要：本文介绍了蒸汽流量计的应用现状和蒸汽流量计量中存在的问题以及如何设备选型升级。

关键词：蒸汽流量,测量,孔板流量计

参考文献

[1]王真安.蒸汽流量测量若干问题讨论[Z].北京博时达测控科技有限公司.

[2]卢晓刚.孔板流量计计量中存在的问题及措施[D].西南石油学院.

蒸汽流量测量准确度 第5篇

1 直接测量法

1.1 孔板流量计

1.1.1 流量计的结构

孔板流量计由孔板、导压管、差压变送器及流量积算仪表4部分组成。

1.1.2 基本原理

孔板流量计是基于流体流动的节流原理，利用流体流经孔板时产生压力差，经导压管将此压力差传给差压变送器，差压变送器测出差压后转换成4～20 mA信号。此信号再传给流量积算器(或计算机)，直接数字显示瞬时流量及累积流量。流量及压力差具体关系为[2]：

式中：M为质量流量，kg/s;α为流量系数;ε为流束的膨胀系数;S为流束截面积;ρ为流体密度;Δp为孔板前后的压力差，kPa。

1.1.3 特点

(1)优点：原理简明，应用技术成熟，仪表无可动部件，工作可靠，寿命长，量程比为3:1。

(2)缺点：安装要求严格，对于小口径管道(<50 mm)的流量测量有困难，压损较大，仪表刻度为非线性，测量精度低，维修工作量大，感测元件与显示仪表必须配套使用。

1.1.4 常见故障及解决措施

常见故障及排除方法如表1所示。

1.2 分流旋翼式流量计

1.2.1 组成

分流旋翼式流量计由分流孔板、壳体、分流管、喷嘴、叶轮、磁钢、表头等组成。

1.2.2 原理

分流旋翼式流量计的传感器利用分流相似原理和节流原理设计。当蒸汽流经传感器时，分为2路：一路通过孔板，在分流孔板前后产生压力差，另一路经喷嘴喷射到叶轮的叶片上，使叶轮以一定转速转动。在规定流量范围内根据流体相似原理，流过分流孔板的流量和流过喷嘴板的流量之比固定。即叶轮转速与流量之间有对应关系，叶轮转速传给指示器后，可直接读出流经流量计的蒸汽质量流量或总量[3]。

1.2.3 特点

该流量计具有结构简单、坚固，测量范围宽，调整方便，对压力的变动可自动跟踪补偿，工作可靠，安装、使用、维护方便，成本低等特点。

1.2.4 常见故障及解决措施

常见故障及排除方法如表2所示。

1.3 涡街流量计

1.3.1 组成

涡街流量计由传感器、连杆、漩涡发生器及表体组成。

1.3.2 工作原理

在测量管中垂直插入一个柱状物时，流体通过柱状物两侧可交替地产生有规则的漩涡，这种漩涡称为卡门涡街。实验及理论证明，卡门涡街频率与流体的流动速度成正比，可用下式表示[4]：

式中：F为涡街频率;St为系数(称为斯特罗哈数);v为流速;d为柱状物的宽度。

从式(2)可知，漩涡频率与流速成正比，检出频率F就可求得流速v，由v即可算出瞬时流量。斯特罗哈数是涡街流量计的重要系数，当发生体一定时，可视为常数。

1.3.3 特点

涡街流量计特点是：(1)结构简单而牢固，无可动部件，可靠性高;(2)测量范围宽，量程比可达1:10～1:30;(3)输出是与流量成正比的脉冲信号，无零点漂移;(4)安装简单，维护十分方便。

1.3.4 影响仪表测量的主要因素

影响仪表测量的主要因素是干扰信号。干扰主要来自：(1)工业电磁干扰，解决方法是合理选择线路的敷设方式，正确接地;(2)管道震动干扰，解决方法是给管道加装固定支承。

2 间接测量法

2.1 测量原理

采用间接换算法方案，源于汽轮机理论中著名的Flugel公式。对于具有n级的汽轮机组在变工况下未达临界时，级组前后参数与流量之间的关系可由下式表达[5]：

式中：Gr为变工况下的流量，G0为设计工况下的流量;T0,p0表示设计工况下的主蒸汽绝对温度和压力;T0r,p0r表示变工况下的主蒸汽绝对温度和压力;p2表示设计工况下的级后压力，p2r表示变工况下的级后压力。

当所取的级组较多且含凝汽式机组的末级时，由于排汽压力值与级组进汽压力值相比小得多，p02与p22相比可忽略不计，式(3)可变为：

特别是，当级组前温度变化较小时(如再热机组的中压缸进口)，温度修正项接近于1，故式(4)可转为更简单的形式：

目前应用较多的是式(4)。大容量汽轮机组数据采集系统(DAS)显示的主蒸汽流量是根据调节级压力等测量参数经过换算求得的。但目前许多电厂DAS显示的主蒸汽流量值存在较大误差，若将DAS指示的主蒸汽流量作为汽轮发电机组运行热效率监测、计算的基准流量，将导致对机组运行经济性能的评价造成较大偏差。

2.2 产生误差的原因及分析

对式(3～5)的应用有着明确的条件限制：(1)通流面积不变;(2)级组内各级流量相同;(3)级组内各级前温度变化率相同;(4)级组内不得串有其他非线性元件。

对于条件(1)，只要避开调节级，一般易得到满足。而对于条件(2)，情况较为复杂。通常回热式机组各级回热抽汽量在相当范围内与机组的进汽量近似的成正比，且其量与进汽总量相比较小，故应用式(3～5)也能获得较高的准确性[6]。但对于再热机组，这一条件难以满足。事实上，由于再热器的存在，以及再热器喷水和对外供汽等因素，条件(2～4)均不能得到满足(见图1)。若仅将P1点作为流量计算点，应用式(4)，考虑到额定值均为常数，可作归并，则有：

必须注意，式(6)的前提是将高压缸的第一级压力级至低压缸的末级均作为一个级组。但这样却误将中间再热器等及相应的管道均作为汽轮机的压力级(或线性元件)而一并对待，这必然会产生许多问题并导致相应的误差。这是因为再热器及冷、热再热管道均为阻力元件，若先不考虑加热及温度变化，再热器等及相应的管道与汽轮机的级组特性很难相似，直接应用式(6)将产生一定的固有误差。再者，如今大型机组较多的还是采用喷水减温的方法控制再热器出口汽温，由于该流量的注入，使再热器的压降与蒸汽流量的关系中出现了不相关且不可控因素。此外还有厂用汽及对外供热，加热器、给水泵及暖风器的投、切，通流部分结垢，抽汽工况变化等因素都会造成主蒸汽流量测量的误差。

2.3 解决方法

当应用式(3)，并且只计高压缸时，从图1可见，对于高压缸，若高加运行方式不变，仅考察P1、P2点(将高压缸全体压力级作为一级组)，能满足flugel公式的应用条件。由于高压缸通流部分的容积很小，在变工况时响应很快，故在动态时flugel公式也能适用。应用式(3)，并将额定值作为常数归并得：

若考虑高压加热器的切除工况，可采用加修正项的方法解决得：

式中：k1为高压加热器运行状态修正系数，高压加热器投入时为零，可通过试验或计算求出。

通常，高压缸只有一级抽汽，故式(8)中的修正系数仅指一级高压加热器的切、投。现在的大机组普遍采用分散控制系统(DCS)，高压加热器的运行在其掌控之中，故应用式(8)换算，主蒸汽流量易实现。

采用间接换算法进行主蒸汽流量测量，是一种可行方案，在公式应用条件具备情况下能满足工程实用的精度要求。对于大型再热机组，由于系统特殊性，不宜参照一般纯凝汽式机组而直接使用式(4)而应根据系统实际情况，参照式(3)，并进行相应的修正，如采用式(7)、式(8)。另外，因通流部分可能出现结垢问题，为最大限度的控制测量误差，必须定期进行试验，比较给水流量与主蒸汽流量示值间关系，以确定是否存在着结垢及结垢程度，同时还可检查系统误差，若有问题，应采取相应的措施并进行误差修正。

3 结束语

主蒸汽流量的准确获得，是进行火电机组节能降耗工作的基础之一，对于进行热力系统经济性计算和分析，具有重要的意义。本文对电厂目前采用的2种主要测量方法进行了分析，介绍了其测量原理、测量器具组成、测量的特点，并对每种测量方法的误差大小进行了评价。对于目前大型汽轮机组采用较多的间接换算测量法，介绍了其理论基础和应用前提，并浅析了提高测量精度的方法。本文的研究可为电厂的经济性分析及控制系统设计提供指导。

参考文献

[1]孙宝芝,姜任秋.基于传热原理的高温蒸汽流量测量研究[J].计量学报,2005,26(4):326-328.

[2]杨建国,马建忠.蒸汽流量计量温度、压力补偿的数学模型研究[J].工业计量,2004,14(1):27-29.

[3]李梅英,李友文.蒸汽流量的计量[J].氯碱工业,2006,(10):44-45.

[4]冯伟忠.大机组主蒸汽流量测量刍议[J].华东电力,2000,(12):16-19.

[5]孙淮清.流量测量节流装置设计手册[M].北京:化学工业出版社,2000.

蒸汽流量测量准确度 第6篇

1 差压流量计配管方法及运用现状

这是工作中经常使用的差压流量计的配管示意图。目前在实际的安装操作中, 差压流量计一般都会采取上图的配管方案。上图中:1———根部取压阀;2———冷凝罐;3———活接头;4———引压管;5———三阀组;6———焊接式三通;7———针形排污阀;8———直通终端接头。目前, 测量蒸汽所用的差压流量计都会采用上图的施工方法, 按照上图的施工, 在差压计作业过程中, 会出现两种极端的情况。第一种就是流量计在使用的过程中, 会出现流量测量值缓慢的减小, 直至到零。第二种就是测量值会逐渐的增大, 直至达到最大值。主要原因就是冷凝罐中聚集了大量的汽水化合物, 汽水化合物堵住了排气头, 如果这个时候把冷凝罐的排气堵头打开, 放出里面的汽水化合物, 那么差压计就会恢复正常。但是, 在工作二三个小时后, 就又会出现上面提到的两种情况, 这时, 要想使差压计正常工作, 还需要在进行排气。这种配管方法的有效作业时间就是两三个小时, 到了一定的时间就需要排出里面的汽水化合物, 这样差压计才能正常的作业。

2 差压流量计在蒸汽测量变送器配管法中的问题

经过检测分析, 蒸汽测量变送器外接RTD后, 仪表内部可以进行补偿温压, 对变送器的参数进行检测, 发现仪表检测出来的温度与压力都可以正确的反应实际参数, 变送器经检测发现, 变送器差压没有时变的性质, 长期工作稳定。

从上面的结论, 我们可以发现问题出现在差压产生和提取的过程, 在差压产生时候, 其影响作用的有节流件和冷凝罐、引压管。节流件的几何加工较精细, 不会在故障发生后再自动恢复, 因此, 排除是节流件的原因。经过对冷凝罐的检测分析, 发现在正常运作中, 冷凝水是以液态的形式充满管内的, 不可能在管内某时出现介质的状态, 并且每次经过排气, 冷凝罐就可以正常工作, 这就说明冷凝罐也不是造成问题的原因。现在就只剩下引压管了, 经分析, 恰好连接节流件和冷凝罐这段引流管内的介质会在排气进程中出现流动的可能, 由此说明, 引压管的安装导致了两根引压管内形成了附加差压, 附加差压的形成与引压管内的冷凝液没有完全的返回有关。也就是说当两根引压管内残留的冷凝液留量不同时, 就会产生差压, 这就会使原来的差压值增大或者减小, 从而发生变化。

3 解决差压流量计在蒸汽测量配管中问题的方法

图示的设计思路是以节流件与冷凝罐之间的引压管没有冷凝液的残留为前提的, 也就是导压管中没有形成附加差压, 在实际的操作中, 引压管及附近的气温会远低于气态水的温度, 因此, 当蒸汽经过引压管时遇冷, 变成液态水, 并且没有在重力的作用下自动流回, 反而残留在引压管内, 这样如果两根引压管内的残留液积量不同时, 就会形成附加差压。如过能够解决两根引压管内的残留液, 那么问题就相应而解了。如果将引压管水平放置的话, 就不会在两根引压管内产生高度不同的残留液, 这样也不会形成附加差压, 从而不会影响仪表的指示。

把图示中4———引压管的安装由竖着变成水平安装, 这样当蒸汽经过引压管时, 尽管会形成液态水的残留液, 但不会再出现残留量的明显差高, 也就不会形成附加差压。其他的安装按图示不变。改进后, 经过一段时间的运行, 以前出现的流量增加或减少的现象没有了, 并且蒸汽流量测量比较稳定。值得注意的是:当通过导管的介质容易受外部环境影响发生物理形态的变化时, 蒸汽会冷凝, 变成液态水, 在配管时如果不注意, 当管内有大量残留液时, 残留液体就会出现明显的差高, 从而就会出现附加差压, 这就会对测量造成影响。

4 结束语

差压流量计可以有效的对化工作业中蒸汽进行测量, 但安装差压流量计的配管方法不同就会导致不同的效果, 如果不能充分考虑蒸汽的物理性质和配管的严谨性, 在对蒸汽的测量中就会出现差错, 在传统的差压流量计的配管安装中, 引压管是竖着安装的, 这样就会出现蒸汽遇冷变成液态水, 从而残留在引压管内, 当差高明显时, 就会出现附加差压, 从而, 给蒸汽的测量带来影响。因此, 要不断的改进配管的方法, 做到科学合理的配管, 对蒸汽能够有效的测量。

摘要：化工作业生产中, 会产生大量的蒸汽, 这些蒸汽有时会作为资源直接进行化学反应, 有时会成为化工作业的动力能源, 这就需要对蒸汽的化学反应进行计量研究, 以及对热能动力考核, 也就涉及到了蒸汽流量的测量和研究, 喷嘴与孔板在这个研究的过程中, 具有较高的性价比, 和差压流量计配合使用能够获得较高的测量精度, 本文介绍的是差压流量计在蒸汽测量变送器中的配管方法。

关键词：蒸汽测量,变送器,差压流量计,配管法

参考文献

[1]成宏宇.差压式流量计在蒸汽计量中的应用[J].甘肃冶金, 2008.

[2]方淑萍.浅谈孔板流量计的使用和测量误差[J].化学工程与装备, 2010.

[3]吴淑丽.差压变送器引压导管敷设方式分析[J].黑龙江造纸, 2006.

[4]张强.浅谈差压式流量计的基本原理与分类[J].科技创新导报, 2008.