摘要:由于蒸汽系統(tǒng)溫度較高,飽和蒸汽又易變?yōu)闅庖簝上嗔?相比之下測(cè)量難度大,甚至無(wú)法測(cè)量,因此對(duì)蒸汽測(cè)量系統(tǒng)的要求就要高于其他普通介質(zhì)測(cè)量,有些計(jì)量器具滿足不了要求。各廠級(jí)間的蒸汽計(jì)量爭(zhēng)議較大,從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看,蒸汽計(jì)量工作迫切需要提高精度。本課題討論多參數(shù)渦街流量計(jì)對(duì)蒸汽計(jì)量的應(yīng)用。
1前言
蒸汽作為重要的二次能源，在節(jié)能降耗領(lǐng)域有著很重的角色,承鋼的能源短缺，降成本是重中之重要考慮的。進(jìn)行節(jié)能降耗活動(dòng),首先想到的應(yīng)是計(jì)量,只有準(zhǔn)確的計(jì)量才有資格說(shuō)節(jié)能了多少。隨著公司蒸汽計(jì)量網(wǎng)絡(luò)的完善，各加熱爐都進(jìn)行了蒸汽回收的計(jì)量。承鋼在節(jié)能減排這.-塊應(yīng)重點(diǎn)想到蒸汽的利用,但怎么衡量節(jié)能減排的量,蒸汽計(jì)量就尤為顯的重要。
2蒸汽流量的測(cè)量的知識(shí)
2.1.蒸汽流量測(cè)量不準(zhǔn)確是的原因
2.1.1過(guò)熱蒸汽
蒸汽是比較特殊的介質(zhì)，一般情況下所說(shuō)的蒸汽是指過(guò)熱蒸汽。過(guò)熱蒸汽是由飽和蒸汽加熱升溫獲得。其中絕不含液滴或液霧，屬于實(shí)際氣體。過(guò)熱蒸汽的溫度與壓力參數(shù)是兩個(gè)獨(dú)立參數(shù)，其密度應(yīng)由這兩個(gè)參數(shù)決定。
過(guò)熱蒸汽在經(jīng)過(guò)長(zhǎng)距離輸送后,隨著工況(如溫度、壓力)的變化,特別是在過(guò)熱度不高的情況下，會(huì)因?yàn)闊崃繐p失溫度降低而使其從過(guò)狀態(tài)進(jìn)入飽和或過(guò)飽和狀態(tài)，轉(zhuǎn)變成為飽和蒸汽或帶有水滴的過(guò)飽和蒸汽。飽和蒸汽突然大幅度減壓，液體出現(xiàn)絕熱膨脹時(shí)也會(huì)轉(zhuǎn)變成為過(guò)熱蒸汽,這樣就形成汽液兩相流介質(zhì)。
2.1.2飽和蒸汽
未經(jīng)過(guò)熱處理的蒸汽稱為飽和蒸汽。它是無(wú)色、無(wú)味不能燃燒又無(wú)[wiki]腐蝕[/wiki]性的氣體。飽和蒸汽中液滴或液霧的含量反映了蒸汽的質(zhì)量,一般用千度這一參數(shù)來(lái)表示。蒸汽的干度是指單位體積飽和蒸汽中干蒸汽所占的百分?jǐn)?shù)，以“x”表示。
準(zhǔn)確計(jì)量飽和蒸汽流量比較困難，因?yàn)轱柡驼羝母啥入y以保證，一般流量計(jì)都不能準(zhǔn)確檢測(cè)雙相流體的流量，蒸汽壓力波動(dòng)將引起蒸汽密.度的變化,流量計(jì)示值產(chǎn)生附加誤差。所以在蒸汽計(jì)量中，必須設(shè)法保持測(cè)量點(diǎn)處蒸汽的干度以滿足要求,必要時(shí)還應(yīng)采取補(bǔ)償措施,實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的測(cè)量。
2.2測(cè)量的分析
目前使用流量?jī)x表測(cè)量蒸汽流量，測(cè)量介質(zhì)都是指單相的過(guò)熱蒸汽或飽和蒸汽。對(duì)于相流經(jīng)常變化的蒸汽,肯定會(huì)存在測(cè)量不正確的問(wèn)題。這個(gè)問(wèn)題的解決方法是保持蒸汽的過(guò)熱度，盡量減少蒸汽的含水量,例如加強(qiáng)蒸汽管道的保溫措施,減少蒸汽的壓力損失等,以提高測(cè)量的正確率。然而這些方法并不能徹底解決蒸汽流量測(cè)量不正確的問(wèn)題，解決這一問(wèn)題的根本辦法是開(kāi)發(fā)-種可測(cè)兩相流動(dòng)介質(zhì)的流量?jī)x表。
用于檢測(cè)氣體流量的流量計(jì)種類很多，以速度式和容積流量計(jì)應(yīng)用最普遍，它們的共同特點(diǎn)是只能連續(xù)測(cè)定工況下的體積流量，而體積流量又是狀態(tài)的函數(shù)，工作狀態(tài)下的體積流量不能確切的表示實(shí)際流量，工程上-般都以標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)體積流量或質(zhì)量流量表示。所謂標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)體積是0℃、1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的氣體體積或20℃、1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的體積。以質(zhì)量流量為計(jì)量單位的情況,目前應(yīng)用不多。采用刻度氣體流量計(jì)時(shí),選定氣體正常溫度、壓力為設(shè)計(jì)條件，將設(shè)計(jì)狀態(tài)下的體積流量折算為標(biāo)準(zhǔn)體積流量或質(zhì)量流量，其折算系數(shù)中含有氣體密度的因素，當(dāng)氣體介質(zhì)的工作狀態(tài)偏離設(shè)計(jì)狀態(tài),流量示值將產(chǎn)生誤差。此外氣體介質(zhì)的組成、含量或溫度的變化,對(duì)流量測(cè)量也產(chǎn)生影響，所以蒸汽流量的測(cè)量更需要采取補(bǔ)償措施，并且因蒸汽的狀態(tài)變化補(bǔ)償因素也比較復(fù)雜。
過(guò)熱蒸汽的密度由蒸汽的溫度、壓力兩個(gè)參數(shù)決定,而且在參數(shù)的不同范圍內(nèi),密度的表達(dá)形式也不相同,無(wú)法用同一通式表示,所以不能獲得統(tǒng)一的密度計(jì)算公式,只能個(gè)別推導(dǎo)求得溫度、壓力補(bǔ)償公式。在溫度、壓力波動(dòng)范圍較大的場(chǎng)合,除進(jìn)行溫度、壓力補(bǔ)償外,還需要考慮對(duì)氣體膨脹系數(shù)ε的補(bǔ)償。
無(wú)論采用何種流量計(jì)檢測(cè)飽和蒸汽的流量，在蒸汽壓力波動(dòng)的條件下工作，必須采取壓力補(bǔ)償措施,這是因?yàn)樵诹髁糠匠讨�，都含有蒸汽密度的因�?工作條件與設(shè)計(jì)條件不一致時(shí),讀數(shù)會(huì)產(chǎn)生誤差，誤差的大小和工作壓力與設(shè)計(jì)壓力偏差的大小有關(guān),P實(shí)>P設(shè)將出現(xiàn)負(fù)誤差,否則將出現(xiàn)正誤差。蒸汽的干度條件是關(guān)系到能否準(zhǔn)確計(jì)量蒸汽流量的重要條件，目前正在研制在線蒸汽干度檢測(cè)儀表，待干度儀表應(yīng)用于蒸汽流量計(jì)量與補(bǔ)償系統(tǒng),必將進(jìn)一步提高計(jì)量的準(zhǔn)確性。目前應(yīng)采取以下三項(xiàng)措施:
(1)輸送蒸汽的管路必須有良好的保溫措施防止熱量損失。
(2)在蒸汽管路上要逐段疏水,在管道的最
低處及儀表前的管道上應(yīng)設(shè)置疏水器，及時(shí)排出冷凝水。
(3)鍋爐操作中應(yīng)避免出現(xiàn)汽包液位過(guò)高現(xiàn)象,盡量減少負(fù)荷出現(xiàn)大的波動(dòng)。
2.3流量?jī)x表的選型
對(duì)于蒸汽計(jì)量在選擇流量?jī)x表時(shí)應(yīng)考慮5個(gè)主要因素:被測(cè)流體特性、生產(chǎn)工藝情況、安裝條件、維護(hù)需求以及流量?jī)x表的特性。這里,著重討論流量?jī)x表的特性、安裝條件，維護(hù)需求以及選用流量?jī)x表應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題。目前,測(cè)量蒸汽流量的儀表主要有渦街流量計(jì)、差壓式(孔板流量計(jì)、均速管、彎管)流量計(jì)、分流旋翼式流量計(jì)、阿牛巴流量計(jì)、浮子式流量計(jì)等。
本課題討論多參數(shù)渦街流量計(jì)對(duì)蒸汽計(jì)量的應(yīng)用,是因?yàn)槠錅y(cè)量幾乎不受流體參數(shù)(溫度壓力密度黏度)變化的影響。
3渦街流量計(jì)
渦街流量計(jì)是基于卡門渦街原理而研制成功的一種新型流量計(jì)，由于它具有其它流量計(jì)不可兼得的優(yōu)點(diǎn),70年代以來(lái)得到了迅速發(fā)展。據(jù)介紹,現(xiàn)在日本、歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家使用渦街流量計(jì)的比例大幅度上升,已經(jīng)廣泛用于各個(gè)領(lǐng)域,將在未來(lái)流量?jī)x表中占主導(dǎo)地位，是孔板流量計(jì)的理想替代產(chǎn)品。
3.1渦街流量計(jì)的特點(diǎn)
(1)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單牢固,無(wú)可動(dòng)部件,長(zhǎng)期運(yùn)行十分可靠;
(2)維護(hù)十分方便,安裝費(fèi)用低;
(3)傳感器不直接接觸介質(zhì)，性能穩(wěn)定,壽命長(zhǎng);
(4)輸出是與流量成正比的脈沖信號(hào),無(wú)零點(diǎn)漂移,精度高,并方便與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng);
(5)測(cè)量范圍寬,量程比可達(dá)1:10;
(6)壓力損失小,運(yùn)行費(fèi)用低,更具節(jié)能意義;
(7)在一定的雷諾數(shù)范圍內(nèi),輸出信號(hào)頻率不受流體物理性質(zhì)和組分變化影響，儀表系數(shù)僅與漩渦發(fā)生體的形狀和尺寸有關(guān)，測(cè)量流體的體積流量無(wú)需補(bǔ)償，調(diào)換配件后無(wú)需重新標(biāo)定儀表.的系數(shù);
(8)應(yīng)用范圍廣,氣體、液體的流量均可測(cè)量;
(9)檢定周期為2-4年。
3.2渦街流量計(jì)的局限性
(1)渦街流量計(jì)是一種速度式流量計(jì),旋渦分離的穩(wěn)定性受流速影響，故它對(duì)直管段有一定.的要求,一般是前10D、后5D;
(2)測(cè)量液體時(shí),上限流速受壓損和氣蝕現(xiàn)象限制,一般是0.5--8m/s;
(3)測(cè)量氣體是,上限流速受介質(zhì)可壓縮性.變化的限制，下限流速受雷諾數(shù)和傳感器靈敏度的限制,蒸汽是8-25m/s;
(4)應(yīng)力式渦街流量計(jì)對(duì)振動(dòng)較為敏感,故在振動(dòng)較大的管道安裝流量計(jì)時(shí)，管道要有一定的減震措施;
(5)應(yīng)力式渦街流量計(jì)采用壓電晶體作為檢測(cè)傳感器，故其受溫度的限制，-般為-40-+300℃。
4渦街流量計(jì)的安裝規(guī)范
(1)傳感器上游應(yīng)盡量避免安裝調(diào)節(jié)閥或半開(kāi)閥門，調(diào)節(jié)閥或半開(kāi)閥門安裝在傳感器的下游8DN(通徑的八倍)之后。
(2)渦街流量傳感器的上游側(cè)和下游側(cè)應(yīng)有較長(zhǎng)的直管段。其上、下游直管段長(zhǎng)度根據(jù)管道狀況不同而不同，直管段的具體安裝長(zhǎng)度和要求見(jiàn)下圖3。
(3)安裝傳感器的直管段應(yīng)盡可能的與傳感器通徑(DN)-致。若無(wú)法一致時(shí),應(yīng)采用比傳感器通徑略大的管徑，誤差要≤3%并不超過(guò)5mm。
(4)被測(cè)介質(zhì)含有較多雜質(zhì)時(shí),應(yīng)在傳感器上游直管段要求的長(zhǎng)度以外加裝過(guò)濾器。
(5)傳感器應(yīng)避免安裝在有機(jī)械振動(dòng)的管道上，并盡量避開(kāi)強(qiáng)電磁場(chǎng)干擾。當(dāng)振動(dòng)不能避免時(shí)，應(yīng)考慮在傳感器前后約2DN處的直管段上加固定支架。
5安裝步驟.
(1)將配備的專用法蘭分別焊接到上游和下游直管段上，應(yīng)使專用法蘭與直管段的內(nèi)徑嚴(yán)格保持垂直和同心。
(2)將傳感器夾裝在焊有專用法蘭的上、下游直管段.上,并用螺栓緊固。應(yīng)使上游和下游直管段與傳感器保持同心。
(3)應(yīng)注意傳感器的流向標(biāo)志要與管道內(nèi)流體的流向一致。
6防爆型傳感器的安裝要求
防爆型傳感器必須與合適的關(guān)聯(lián)設(shè)備安全柵組成本質(zhì)安全型防爆系統(tǒng)(見(jiàn)圖4),通過(guò)電源.信號(hào)安全柵再連接到流量顯示儀表上。
(1)安裝前應(yīng)在安全場(chǎng)所將傳感器與防爆安全柵通電檢查,無(wú)異常后再進(jìn)行安裝。在易爆場(chǎng)所安裝傳感器,應(yīng)避免傳感器由高處墜落,不允許用重物敲擊傳感器和管道。
(2)傳感器必須與指定的安全柵組成防爆系統(tǒng)方可有效。與其它設(shè)備組成系統(tǒng)時(shí),防爆性能.消失。絕對(duì)不允許將安全柵安裝在危險(xiǎn)場(chǎng)所。傳感.器與安全柵之間連接屏蔽電纜的分布電容和電感必須符合防爆銘牌上的規(guī)定值。.
7安裝渦街流計(jì)時(shí)應(yīng)特別注意
(1)專用法蘭與直管段焊接時(shí),應(yīng)卸下傳感器,一定不能帶著傳感器焊接法蘭。
(2)傳感器安裝前,法蘭凹槽內(nèi)必須放好密
封圈。
(3)取壓點(diǎn)和測(cè)溫點(diǎn)，應(yīng)分別在傳感器的下游3-5DN處和6~8DN處見(jiàn)圖5。
(4)高溫管道進(jìn)行保溫處理時(shí),不要將傳感器包起來(lái),以免導(dǎo)致?lián)p壞。
(5)連接渦街流量計(jì)的電纜走向,應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離強(qiáng)電磁場(chǎng)的干擾場(chǎng)合。絕對(duì)不允許與高壓電纜一起敷設(shè)。屏蔽電纜應(yīng)盡量縮短,最大長(zhǎng)度不超，過(guò)500米,且不得盤卷,以減少分布電感。
8結(jié)束語(yǔ)
蒸汽流量測(cè)量還有很多問(wèn)題亟待解決，在開(kāi)發(fā)新的測(cè)量技術(shù)的同時(shí)，我們更應(yīng)注重運(yùn)用現(xiàn)代科學(xué)手段,進(jìn)行應(yīng)用技術(shù)深層次的開(kāi)發(fā),切實(shí)有效地解決一些實(shí)際問(wèn)題。
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