摘要:由标(biao)準節流裝(zhuang)置組成的(de) 差壓式流(liu)量計 在蒸(zheng)汽計量上(shang)廣泛使用(yong),根據标準(zhun)節流裝置(zhi) 測量流體(ti)流量一般(ban)原理,分析(xi)了蒸汽密(mi)度對蒸汽(qi)計⛹🏻‍♀️量的🈲影(ying)響,比較了(le)蒸汽密度(du)求取的兩(liang)種方法,提(ti)出了一種(zhong)寬量🤟程比(bi)蒸汽計量(liang)的方案,并(bing)闡述了噴(pen)嘴在蒸汽(qi)計量上的(de)應🚶用優勢(shi)💋。
0前言
　　蒸汽(qi)是工業生(sheng)産中重要(yao)的工藝介(jie)質和二次(ci)能源,也是(shi)城🧡鎮市政(zheng)供熱中主(zhu)要的供熱(re)介質。随着(zhe)工業化和(he)城鎮化的(de)飛速發展(zhan),蒸汽用量(liang)與日俱增(zeng),蒸汽消耗(hao)量成爲生(sheng)🐪産運行經(jing)濟考核的(de)重💁要指标(biao),蒸汽的準(zhun)确計💋量尤(you)爲重♍要,在(zai)廣泛使用(yong)的蒸汽計(ji)量器具中(zhong),由标準節(jie)流裝置組(zu)成的差壓(ya)流💞量計和(he)渦街流量(liang)計是蒸汽(qi)計量器具(ju)的主流選(xuan)擇。
　　節流裝(zhuang)置具有結(jie)構簡單、制(zhi)造容易、維(wei)護方便、成(cheng)本✨較低、可(ke)靠性高等(deng)優點,按照(zhao)标準GB/T2624－2006設計(ji)、制造的标(biao)準節流裝(zhuang)置,無需🔴進(jin)行實流标(biao)定就能得(de)到較高的(de)測量精度(du),節流裝🐇置(zhi)也存在測(ce)量範圍小(xiao)⛹🏻‍♀️、壓力損失(shi)大、檢定周(zhou)期短等不(bu)足。 渦街流(liu)量計 受工(gong)作原理、敏(min)感元件和(he)結構的局(ju)限,在被測(ce)流體在溫(wen)度、壓力高(gao)于一定數(shu)值時,管道(dao)或環境振(zhen)動較⭕大時(shi),使用渦街(jie)流量計測(ce)量存在困(kun)難［1］;渦街流(liu)量計的檢(jian)定,要放在(zai)流量标準(zhun)裝置上進(jin)行,不僅拆(chai)裝、搬運、送(song)檢費事,而(er)且要将流(liu)量計停用(yong)較長💔時間(jian),檢定成本(ben)和時間成(cheng)本較高;渦(wo)街流量計(ji)的🌈成本,在(zai)儀表⭐口徑(jing)增大時上(shang)升明顯,尤(you)其是在流(liu)體溫度較(jiao)高(T＞300℃)時,價格(ge)劣勢尤爲(wei)明顯。
　　因此(ci)渦街流量(liang)計在上世(shi)紀70年代投(tou)入工業應(ying)用至今,雖(sui)然占領了(le)标準節流(liu)裝置的部(bu)分市場,但(dan)在高溫、高(gao)壓流體,管(guan)徑較㊙️大的(de)測量對象(xiang)和環境振(zhen)動較大的(de)場合,标準(zhun)節流裝置(zhi)仍是不可(ke)替✉️代的,尤(you)其是熱電(dian)等行業仍(reng)然普遍使(shi)用标準節(jie)流裝置。
1蒸(zheng)汽密度
1.1标(biao)準節流裝(zhuang)置測量流(liu)體流量一(yi)般原理
标(biao)準節流裝(zhuang)置測量流(liu)體流量一(yi)般原理表(biao)達式爲［2］:

　　式(shi)中:qm爲質量(liang)流量,kg/s;C爲流(liu)出系數;ε1爲(wei)可膨脹系(xi)數;d爲節流(liu)件🐪的開孔(kong)直徑;ΔP爲差(cha)壓;ρ1爲被測(ce)流體密度(du);β爲直徑比(bi),β=d/D,D爲管道内(nei)徑👨‍❤️‍👨。
　　在式(1)中(zhong),β和d爲常數(shu),C和ε1在一定(ding)的流量範(fan)圍之内也(ye)可看作常(chang)💚數,因此式(shi)(2)可簡化爲(wei):

　　從式(2)可清(qing)楚看出,儀(yi)表示值同(tong)ρ1密切相關(guan)。而蒸汽工(gong)況(溫💜度t,壓(ya)力P)的變化(hua),必然使ρ1産(chan)生相應的(de)變化。因此(ci),标準節流(liu)裝置必須(xu)與用以求(qiu)取蒸汽密(mi)度的工況(kuang)🌍測量儀表(biao)配合,并同(tong)計算部分(fen)💃🏻一起組成(cheng)蒸汽質量(liang)流量計,才(cai)能保證測(ce)量精度。
1.2蒸(zheng)汽密度求(qiu)取方法
　　水(shui)蒸汽的物(wu)理性質與(yu)理想氣體(ti)大不相同(tong),不能采用(yong)💛理🈲想氣體(ti)狀态方程(cheng)進行密度(du)補償,需先(xian)求取蒸汽(qi)密❓度再做(zuo)密度補償(chang)。蒸汽密度(du)的求取方(fang)法歸納起(qi)來主要是(shi)采🧡用數學(xue)模型法🛀和(he)計算機查(cha)表法兩類(lei)［3］。
(1)數學模型(xing)法
①一次函(han)數法。這種(zhong)方法的顯(xian)著特點是(shi)簡單,适用(yong)飽和蒸汽(qi),其表💋達式(shi)爲:
ρ=AP+B(3)
　　式中:ρ爲(wei)蒸汽密度(du),kg/m3;P爲蒸汽絕(jue)對壓力,MPa;A、B爲(wei)系數和常(chang)數。
　　式(3)不足(zu)之處是僅(jin)在較小的(de)壓力範圍(wei)内變化适(shi)用,壓力變(bian)化範圍較(jiao)大時,由于(yu)誤差太大(da),就不适用(yong)了。因爲對(dui)于飽和⭕蒸(zheng)汽來說,ρ=f(P)是(shi)一條曲線(xian),用一條直(zhi)線拟合它(ta),範圍越大(da),當然誤差(cha)越🔴大。
　　解決(jue)這個矛盾(dun)的方法是(shi)分段拟合(he),即在不同(tong)的壓力💞段(duan)采用不同(tong)的系數和(he)常數。表1所(suo)示爲不同(tong)壓力段對(dui)㊙️應的不同(tong)密度計算(suan)式［4］。

②用指數(shu)函數拟合(he)密度曲線(xian)。使用較多(duo)的是:

　　式(4)描(miao)述的是一(yi)條曲線,用(yong)它來拟合(he)飽和蒸汽(qi)ρ=f(P)曲線能得(de)到更高的(de)精度,但是(shi)在壓力變(bian)化範圍較(jiao)大的情況(kuang)❌下,仍有千(qian)分之幾的(de)誤差。
③狀态(tai)方程法。狀(zhuang)态方程法(fa)用于計算(suan)過熱蒸汽(qi)密度,其中(zhong)著❓名的有(you)烏卡諾維(wei)奇狀态方(fang)程和莫裏(li)爾狀态方(fang)程,狀态方(fang)程的計算(suan)公式較爲(wei)複雜,在儀(yi)表常用數(shu)據手冊及(ji)其他相🔅關(guan)書籍資料(liao)中🌈均有描(miao)述,這裏不(bu)做贅述。
(2)計(ji)算機查表(biao)法現在國(guo)際上通用(yong)的蒸汽密(mi)度表是根(gen)據“工🐇業用(yong)1697年IFC公式”計(ji)算出來的(de)。根據現有(you)的過熱蒸(zheng)汽密度表(biao),查取與溫(wen)度、壓力相(xiang)對應的過(guo)熱蒸汽密(mi)度,對于蒸(zheng)汽✔️密度表(biao)中兩點之(zhi)間的數據(ju),采用數學(xue)内插法處(chu)理确定。
表(biao)2的過熱蒸(zheng)汽密度表(biao)中,将壓力(li)以0.1MPa爲間距(ju)劃分5個區(qu)間,将溫度(du)🚶‍♀️以10℃爲間距(ju)劃分爲7個(ge)區間,在壓(ya)力、溫度區(qu)間内可采(cai)用♍線性内(nei)插法計算(suan)求取蒸汽(qi)密度。例:過(guo)熱蒸汽實(shi)測壓力爲(wei)2.82MPa,實測溫度(du)爲282℃,求取過(guo)熱蒸汽密(mi)度。


　　通用流(liu)量演算器(qi)可将蒸汽(qi)密度表裝(zhuang)入其内存(cun)中♉,在CPU的控(kong)制下,模拟(ni)人工查表(biao)的方法,采(cai)用計算機(ji)查表與線(xian)性内插相(xiang)結合的💛技(ji)術,能得到(dao)人工查表(biao)相同的精(jing)度。
2寬量程(cheng)比計量方(fang)案
　　蒸汽消(xiao)耗受熱負(fu)荷變化制(zhi)約,流量變(bian)化範圍廣(guang),有時甚至(zhi)隻有滿量(liang)程的百分(fen)之幾,如果(guo)要保證差(cha)壓式流量(liang)計在蒸🌂汽(qi)計🐕量全量(liang)程範圍内(nei)的測量精(jing)度,必須想(xiang)辦法擴大(da)差壓式流(liu)量計的量(liang)程比。
　　标準(zhun)節流裝置(zhi)測量範圍(wei)不理想,這(zhe)主要是由(you)其測量原(yuan)理決定的(de),由式(8)可知(zhi),對流量測(ce)量範圍度(du)影響最大(da)♋的因素是(shi)差壓測量(liang)不确定度(du),其表達式(shi)爲
量測量(liang)不确定度(du)的影響爲(wei)1%。即爲了獲(huo)得±1%的流量(liang)測量精度(du),如果選用(yong)的是0.075精度(du)等級的差(cha)壓變送器(qi),隻有當差(cha)壓大于3.75%,即(ji)流量小于(yu)19.36%FS時,才能保(bao)證精度。
　　差(cha)壓變送器(qi) ,其差壓低(di)端的示值(zhi)誤差無法(fa)進一步減(jian)小的原因(yin)是其精度(du)并非可以(yi)任意确定(ding),而且受膜(mo)盒面積、環(huan)境溫💔度以(yi)及長期漂(piao)移等因素(su)制約,爲了(le)提高相對(dui)😍流量較小(xiao)時的差壓(ya)測量精度(du),另外增設(she)一台低量(liang)程差壓變(bian)送器是一(yi)個行之有(you)🔞效的方法(fa)🔴。
例如,有一(yi)蒸汽流量(liang)測量對象(xiang),最大流量(liang)100t/h,最小流量(liang)⭕3t/h,常用壓力(li)1.1MPa,常用溫度(du)250℃,公稱通徑(jing)DN500,高量程差(cha)壓變送器(qi)測量範圍(wei):0～100kPa,低量程差(cha)🔞壓變送器(qi)測量範圍(wei):0～3.75kPa。兩台0.075級精(jing)度等級的(de)差壓變送(song)器,在雙量(liang)程流量🐪演(yan)算器的配(pei)❤️合下,選定(ding)合适的高(gao)低量程切(qie)換點,在流(liu)量量程3～100%範(fan)圍内,qmqm爲1.25%。
　　上(shang)述寬量程(cheng)比計量方(fang)案中,流量(liang)測量不确(que)定度會🍓受(shou)标準節流(liu)🏃🏻裝置流出(chu)系數C非線(xian)性和可膨(peng)脹系數ε1偏(pian)離的制約(yue)［5］,采用通用(yong)流量演算(suan)器實時計(ji)算流出系(xi)數C和可膨(peng)脹🈚系數ε1,對(dui)其影響🌈進(jin)行在☎️線修(xiu)正。
3噴嘴
　　目(mu)前蒸汽計(ji)量應用中(zhong)普遍使用(yong)的标準節(jie)流裝置是(shi)标準💯孔闆(pan),标準孔闆(pan)的入口直(zhi)角銳利度(du)在流體🈲沖(chong)刷下易發(fa)生鈍化,國(guo)内有關部(bu)門曾對新(xin)裝标準孔(kong)闆進❄️行跟(gen)蹤校驗,在(zai)标準孔闆(pan)連續使用(yong)2－3個月時,鈍(dun)化引起的(de)流出系數(shu)偏度在1－3%,個(ge)别嚴重的(de)在4%以上⛹🏻‍♀️,測(ce)量誤差明(ming)顯增大。
　　解(jie)決标準孔(kong)闆鈍化問(wen)題的最好(hao)方法是采(cai)用ISA1932噴嘴,如(ru)圖1所示,ISA1932噴(pen)嘴的入口(kou)爲光華曲(qu)面,不易磨(mo)損,流出系(xi)數非常穩(wen)定,JJG640－2016檢定💯規(gui)程規定ISA1932噴(pen)嘴的檢定(ding)周期爲4年(nian),而标⚽準孔(kong)闆檢定周(zhou)期爲2年［6］。再(zai)者,噴💞嘴在(zai)相同流⛱️量(liang)和相同β值(zhi)條件下,永(yong)久壓力損(sun)失比孔闆(pan)小得多🐇,僅(jin)爲孔闆的(de)50～60%,有利于減(jian)小能耗。長(zhang)期運行情(qing)況表明,由(you)于噴嘴在(zai)結構上的(de)優勢具有(you)耐沖擊抗(kang)變🔅形的優(you)點,适用于(yu)高溫、高壓(ya)、高♍流速的(de)蒸汽介質(zhi)。

4結語
　　由标(biao)準節流裝(zhuang)置組成的(de)差壓式流(liu)量計,在蒸(zheng)汽計💔量應(ying)用中需将(jiang)經典技術(shu)與現代技(ji)術相結合(he),合理地選(xuan)用流📱量計(ji)算機和ISA1932噴(pen)嘴,實現蒸(zheng)汽工況密(mi)度實時計(ji)算🏒和在線(xian)補償功能(neng),克服🈲傳統(tong)節流裝置(zhi)量程比小(xiao)、阻力損失(shi)大、容👌易變(bian)形、檢定周(zhou)期短等缺(que)點,以滿足(zu)蒸汽計量(liang)寬量程、精(jing)度和低能(neng)耗‼️的新要(yao)求。上述計(ji)量器具配(pei)備方案在(zai)蒸汽計量(liang)應用中已(yi)日趨成熟(shu),并在👨‍❤️‍👨石化(hua)、化工、熱電(dian)、冶金以及(ji)城市供熱(re)等行🌏業中(zhong)得到了廣(guang)泛應用。

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