過熱蒸汽

蒸汽是比較特殊的介質(zhì)，一般情況下所說的蒸汽是指過熱蒸汽。過熱蒸汽是常見的動力能源，常用來帶動汽輪機旋轉(zhuǎn)，進而帶動發(fā)電機或離心式壓縮機工作。過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，屬于實際氣體。過熱蒸汽的溫度與壓力參數(shù)是兩個獨立參數(shù)，其密度應(yīng)由這兩個參數(shù)決定。過熱蒸汽在經(jīng)過長距離輸送后，隨著工況（如溫度、壓力）的變化，特別是在過熱度不高的情況下，會因為熱量損失溫度降低而使其從過熱狀態(tài)進入飽和或過飽和狀態(tài)，轉(zhuǎn)變成為飽和蒸汽或帶有水滴的過飽和蒸汽。飽和蒸汽突然大幅度減壓，液體出現(xiàn)絕熱膨脹時也會轉(zhuǎn)變成為過熱蒸汽，這樣就形成汽液兩相流介質(zhì)。

 

飽和蒸汽

1.飽和蒸汽的溫度與壓力之間一一對應(yīng)，二者之間只有一個獨立變量。

2.飽和蒸汽容易凝結(jié)，在傳輸過程中如有熱量損失，蒸汽中便有液滴或液霧形成，并導

致溫度與壓力的降低。含有液滴或液霧的蒸汽稱為濕蒸汽。嚴格來說，飽和蒸汽或多或少都含有液滴或液霧的雙相流體，所以，不同狀態(tài)下不能用同一氣體狀態(tài)方程式來描述。飽和蒸汽中液滴或液霧的含量反映了蒸汽的質(zhì)量，一般用干度這一參數(shù)來表示。蒸汽的干度是指單位體積飽和蒸汽中干蒸汽所占的百分數(shù)，以“x”表示。 

3.準確計量飽和蒸汽流量比較困難，因為飽和蒸汽的干度難以保證，一般流量計都不能

準確檢測雙相流體的流量，蒸汽壓力波動將引起蒸汽密度的變化，流量計示值產(chǎn)生附加誤差。所以在蒸汽計量中，必須設(shè)法保持測量點處蒸汽的干度以滿足要求，必要時還應(yīng)采取補償措施，實現(xiàn)準確的測量。

 

測量的分析

目前使用流量儀表測量蒸汽流量，測量介質(zhì)都是指單相的過熱蒸汽或飽和蒸汽。對于相流經(jīng)常變化的蒸汽，肯定會存在測量不準確的問題。這個問題的解決方法是保持蒸汽的過熱度，盡量減少蒸汽的含水量，例如加強蒸汽管道的保溫措施，減少蒸汽的壓力損失等，以提高測量的準確度。然而這些方法并不能徹底解決蒸汽流量測量不準確的問題，解決這一問題的根本辦法是開發(fā)一種可測兩相流動介質(zhì)的流量儀表。用于檢測氣體流量的流量計種類很多，以速度式和容積流量計應(yīng)用*普遍，它們的共同特點是只能連續(xù)測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際流量，工程上一般都以標準狀態(tài)體積流量或質(zhì)量流量表示。所謂標準狀態(tài)體積是0℃、1個標準大氣壓下的氣體體積或20℃、1個標準大氣壓下的體積。以質(zhì)量流量為計量單位的情況，目前應(yīng)用不多。采用刻度氣體流量計時，選定氣體正常溫度、壓力為設(shè)計條件，將設(shè)計狀態(tài)下的體積流量折算為標準體積流量或質(zhì)量流量，其折算系數(shù)中含有氣體密度的因素，當氣體介質(zhì)的工作狀態(tài)偏離設(shè)計狀態(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，對流量測量也產(chǎn)生影響，所以蒸汽流量的測量更需要采取補償措施，并且因蒸汽的狀態(tài)變化補償因素也比較復雜。

 

1、量程比不足

量程比是指一個流量計能確保給定的精度和再現(xiàn)性的范圍內(nèi)，所能測量的*大流量和*小流量之比。但涉及量程比時我們必須小心，因為量程比是基于實際的流速，蒸汽系統(tǒng)一般的*大允許速度為35ms，更高的流動速度會引起系統(tǒng)的沖蝕和噪音。而不同的流量計允許的*低流速是不同的，一般渦街流量計所能測量的*低蒸汽流速為2.8ms，對于量程比不足的情況，應(yīng)采用大量程比的流量計（流量計的*低允許流速為0.6ms，*大量程比可達100：1）或選擇多個流量計并聯(lián)。

 

2、上下游直管段不足

對于傳統(tǒng)的渦街或孔板流量計，其前后安裝直管段要求分別約為20D和5D。如果上下游直管段不足，則會導致流體未充分發(fā)展，存在旋渦和流速分布剖面畸變。流速剖面畸變通常由管道局部阻礙（如閥門）或彎管所造成，而旋渦普遍是由兩個或兩個以上空間（立體）彎管所引起的。上下游直管段不足可以通過安裝流動調(diào)整器來調(diào)整，*簡單有效的辦法是采用對上下游直管段要求較低的流量計。

 

3、溫度測量影響因素

從流量計現(xiàn)場使用的情況來看，溫度測量誤差除了測溫元件的固有誤差之外，還同安裝的不規(guī)范有關(guān)。

①補償精確度的差異。測溫對補償精確度影響較大。如采用相同精度等級的溫度和壓力感應(yīng)器，測溫誤差引起的密度差異要大于測壓誤差。

②壓力測量影響因素。在蒸汽壓力的測量中，由于引壓管內(nèi)冷凝水的重力作用會使壓力變送器測量到的壓力同蒸汽壓力之間出現(xiàn)一定的差值。測壓誤差如果不予以校正，則會影響蒸汽密度的計算，引起流量計量的誤差。對于上述現(xiàn)象，可在二次表（流量計算機內(nèi)）進行零點遷移，既簡單又準確。

③蒸汽的密度補償不正確。為了正確計量蒸汽的質(zhì)量流量，必須考慮蒸汽壓力和溫度的變化，即蒸汽密度補償。不同類型的流量計受密度變化影響的方式不同。渦街流量計的信號輸出只和流速有關(guān)，而和介質(zhì)的密度、壓力和溫度無關(guān)，差壓式流量計其質(zhì)量流量與流量計的幾何外型、差壓平方根和密度平方根有關(guān)。

 

4、蒸汽干度的影響

目前，用于測量蒸汽流量的流量計大部分為體積流量計，*先測得體積流量，然后通過蒸汽的密度計算質(zhì)量流量，也就是假定蒸汽為完全干燥。但是，蒸汽并非完全干燥，如果不考慮蒸汽干度的影響，得出的數(shù)據(jù)會低于實際的流量。因此流量計的二次儀表（流量計算機）應(yīng)該具有設(shè)置飽和蒸汽干度的功能。但在實際工況確定蒸汽的干度也很困難。如果能夠改進蒸汽流量計入口處的蒸汽品質(zhì)，則能改進蒸汽流量計的測量精度。

 

5、管道振動

渦街流量計等對機械振動比較敏感，計量結(jié)果易受干擾，應(yīng)對流量計前后管道作可靠的支撐設(shè)計。如管道振動不可避免，應(yīng)采用抗干擾能力強的差壓式流量計。

 

6、差壓傳送誤差（差壓式流量計）

一是零點漂移。差壓變送器安裝到現(xiàn)場投入時，往往發(fā)現(xiàn)零位輸出出廠校驗時的零位輸出不一致。這種零位輸出偏離稱為靜壓誤差。其調(diào)整方法是向正負壓室通入相同的靜壓，將三閥組的高低壓閥中一個打開，另一個關(guān)閉，將平衡閥打開，如果懷疑正負壓室內(nèi)尚未充滿被測介質(zhì)，則可通過正負壓室上的泄流閥排盡積氣（或積液），然后再檢查變送器的輸出。二是引壓管布置不合理。引壓管線應(yīng)保證合理的坡度使管內(nèi)能出現(xiàn)的氣泡較快地升到母管內(nèi)，管內(nèi)出現(xiàn)的雜質(zhì)等較快地下沉到排污閥。引壓管線應(yīng)定期檢查維護，確保無泄漏無堵塞。引壓管的內(nèi)徑與被測流體的性質(zhì)和引壓管總長度有關(guān)，對于蒸汽系統(tǒng)，引壓管的內(nèi)徑一般在10mm左右。為了避免正負壓引壓管內(nèi)介質(zhì)溫度不一致，導致密度出現(xiàn)差異，引起傳送失真，正負引壓管應(yīng)盡量靠近布置。當用于室外或嚴寒地區(qū)時，引壓管中的液體可能會結(jié)冰，因此需要伴熱保溫，但應(yīng)避免將伴熱管直接繞在引壓管上，導致介質(zhì)部分汽化，出現(xiàn)虛假誤差。