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多參數渦街流量計在蒸汽計量上研究
发布时间:2021-1-20 08:17:38

摘要:由于蒸汽系統溫度較高,飽和蒸汽又易變爲氣液兩相流,相比之下測量難度大,甚至無法測量,因此對蒸汽測量系統的要求就要高于其他普通介質測量,有些計量器具滿足不了要求。各廠級間的蒸汽計量爭議較大,從長遠來看,蒸汽計量工作迫切需要提高精度。本課題討論多參數渦街流量計對蒸汽計量的應用。
1前言
  蒸汽作爲重要的二次能源,在節能降耗領域有著很重的角色,承鋼的能源短缺,降成本是重中之重要考慮的。進行節能降耗活動,首先想到的應是計量,只有准確的計量才有資格說節能了多少。隨著公司蒸汽計量網絡的完善,各加熱爐都進行了蒸汽回收的計量。承鋼在節能減排這.-塊應重點想到蒸汽的利用,但怎麽衡量節能減排的量,蒸汽計量就尤爲顯的重要。
2蒸汽流量的測量的知識
2.1.蒸汽流量測量不准確是的原因
2.1.1過熱蒸汽
  蒸汽是比較特殊的介質,一般情況下所說的蒸汽是指過熱蒸汽。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是兩個獨立參數,其密度應由這兩個參數決定。
  過熱蒸汽在經過長距離輸送後,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,會因爲熱量損失溫度降低而使其從過狀態進入飽和或過飽和狀態,轉變成爲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,液體出現絕熱膨脹時也會轉變成爲過熱蒸汽,這樣就形成汽液兩相流介質。
2.1.2飽和蒸汽
  未經過熱處理的蒸汽稱爲飽和蒸汽。它是無色、無味不能燃燒又無[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量,一般用千度這一參數來表示。蒸汽的幹度是指單位體積飽和蒸汽中幹蒸汽所占的百分數,以“x”表示。
  准確計量飽和蒸汽流量比較困難,因爲飽和蒸汽的幹度難以保證,一般流量計都不能准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,流量計示值産生附加誤差。所以在蒸汽計量中,必須設法保持測量點處蒸汽的幹度以滿足要求,必要時還應采取補償措施,實現准確的測量。
2.2測量的分析
  目前使用流量儀表測量蒸汽流量,測量介質都是指單相的過熱蒸汽或飽和蒸汽。對于相流經常變化的蒸汽,肯定會存在測量不准確的問題。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,以提高測量的准確度。然而這些方法並不能徹底解決蒸汽流量測量不准確的問題,解決這一問題的根本辦法是開發-種可測兩相流動介質的流量儀表。
  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用最普遍,它們的共同特點是只能連續測定工況下的體積流量,而體積流量又是狀態的函數,工作狀態下的體積流量不能確切的表示實際流量,工程上-般都以標准狀態體積流量或質量流量表示。所謂標准狀態體積是0℃、1個標准大氣壓下的氣體體積或20℃、1個標准大氣壓下的體積。以質量流量爲計量單位的情況,目前應用不多。采用刻度氣體流量計時,選定氣體正常溫度、壓力爲設計條件,將設計狀態下的體積流量折算爲標准體積流量或質量流量,其折算系數中含有氣體密度的因素,當氣體介質的工作狀態偏離設計狀態,流量示值將産生誤差。此外氣體介質的組成、含量或溫度的變化,對流量測量也産生影響,所以蒸汽流量的測量更需要采取補償措施,並且因蒸汽的狀態變化補償因素也比較複雜。
  過熱蒸汽的密度由蒸汽的溫度、壓力兩個參數決定,而且在參數的不同範圍內,密度的表達形式也不相同,無法用同一通式表示,所以不能獲得統一的密度計算公式,只能個別推導求得溫度、壓力補償公式。在溫度、壓力波動範圍較大的場合,除進行溫度、壓力補償外,還需要考慮對氣體膨脹系數ε的補償。
  無論采用何種流量計檢測飽和蒸汽的流量,在蒸汽壓力波動的條件下工作,必須采取壓力補償措施,這是因爲在流量方程中,都含有蒸汽密度的因素,工作條件與設計條件不一致時,讀數會産生誤差,誤差的大小和工作壓力與設計壓力偏差的大小有關,P實>P設將出現負誤差,否則將出現正誤差。蒸汽的幹度條件是關系到能否准確計量蒸汽流量的重要條件,目前正在研制在線蒸汽幹度檢測儀表,待幹度儀表應用于蒸汽流量計量與補償系統,必將進一步提高計量的准確性。目前應采取以下三項措施:
(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設置疏水器,及時排出冷凝水。
(3)鍋爐操作中應避免出現汽包液位過高現象,盡量減少負荷出現大的波動。
2.3流量儀表的選型
  對于蒸汽計量在選擇流量儀表時應考慮5個主要因素:被測流體特性、生産工藝情況、安裝條件、維護需求以及流量儀表的特性。這裏,著重討論流量儀表的特性、安裝條件,維護需求以及選用流量儀表應注意的幾個問題。目前,測量蒸汽流量的儀表主要有渦街流量計、差壓式(孔板流量計、均速管、彎管)流量計、分流旋翼式流量計、阿牛巴流量計、浮子式流量計等。
本课题讨论多參數渦街流量計对蒸汽计量的应用,是因为其测量几乎不受流体参数(温度压力密度黏度)变化的影响。
3渦街流量計
  渦街流量計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,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渦街流量計的比例大幅度上升,已经广泛用于各个领域,将在未来流量仪表中占主导地位,是孔板流量計的理想替代产品。
3.1渦街流量計的特点
(1)結構簡單牢固,無可動部件,長期運行十分可靠;
(2)維護十分方便,安裝費用低;
(3)傳感器不直接接觸介質,性能穩定,壽命長;
(4)輸出是與流量成正比的脈沖信號,無零點漂移,精度高,並方便與計算機聯網;
(5)測量範圍寬,量程比可達1:10;
(6)壓力損失小,運行費用低,更具節能意義;
(7)在一定的雷諾數範圍內,輸出信號頻率不受流體物理性質和組分變化影響,儀表系數僅與漩渦發生體的形狀和尺寸有關,測量流體的體積流量無需補償,調換配件後無需重新標定儀表.的系數;
(8)應用範圍廣,氣體、液體的流量均可測量;
(9)檢定周期爲2-4年。
3.2渦街流量計的局限性
(1)渦街流量計是一种速度式流量计,旋涡分离的稳定性受流速影响,故它对直管段有一定.的要求,一般是前10D、后5D;
(2)測量液體時,上限流速受壓損和氣蝕現象限制,一般是0.5--8m/s;
(3)測量氣體是,上限流速受介質可壓縮性.變化的限制,下限流速受雷諾數和傳感器靈敏度的限制,蒸汽是8-25m/s;
(4)应力式渦街流量計对振动较为敏感,故在振动较大的管道安装流量计时,管道要有一定的减震措施;
(5)应力式渦街流量計采用压电晶体作为检测传感器,故其受温度的限制,-般为-40-+300℃。
4渦街流量計的安装规范

(1)傳感器上遊應盡量避免安裝調節閥或半開閥門,調節閥或半開閥門安裝在傳感器的下遊8DN(通徑的八倍)之後。
(2)渦街流量傳感器的上遊側和下遊側應有較長的直管段。其上、下遊直管段長度根據管道狀況不同而不同,直管段的具體安裝長度和要求見下圖3。

(3)安裝傳感器的直管段應盡可能的與傳感器通徑(DN)-致。若無法一致時,應采用比傳感器通徑略大的管徑,誤差要≤3%並不超過5mm。
(4)被測介質含有較多雜質時,應在傳感器上遊直管段要求的長度以外加裝過濾器。
(5)傳感器應避免安裝在有機械振動的管道上,並盡量避開強電磁場幹擾。當振動不能避免時,應考慮在傳感器前後約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遊和下遊直管段上,應使專用法蘭與直管段的內徑嚴格保持垂直和同心。
(2)將傳感器夾裝在焊有專用法蘭的上、下遊直管段.上,並用螺栓緊固。應使上遊和下遊直管段與傳感器保持同心。
(3)應注意傳感器的流向標志要與管道內流體的流向一致。
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聯設備安全柵組成本質安全型防爆系統(見圖4),通過電源.信號安全柵再連接到流量顯示儀表上。

(1)安裝前應在安全場所將傳感器與防爆安全柵通電檢查,無異常後再進行安裝。在易爆場所安裝傳感器,應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方可有效。與其它設備組成系統時,防爆性能.消失。絕對不允許將安全柵安裝在危險場所。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定值。.
7安裝渦街流計時應特別注意
(1)專用法蘭與直管段焊接時,應卸下傳感器,一定不能帶著傳感器焊接法蘭。
(2)傳感器安裝前,法蘭凹槽內必須放好密
封圈。
(3)取壓點和測溫點,應分別在傳感器的下遊3-5DN處和6~8DN處見圖5。

(4)高溫管道進行保溫處理時,不要將傳感器包起來,以免導致損壞。
(5)连接渦街流量計的电缆走向,应尽可能远离强电磁场的干扰场合。绝对不允许与高压电缆一起敷设。屏蔽电缆应尽量缩短,最大长度不超,过500米,且不得盘卷,以减少分布电感。
8結束語
   蒸汽流量测量还有很多问题亟待解决,在开发新的测量技术的同时,我们更应注重运用现代科学手段,进行应用技术深层次的开发,切实有效地解决一些实际问题。

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