摘(zhai)要:由标(biao)準節流(liu)裝置組(zu)成的 差(chà)壓式流(liu)量計 在(zài)蒸汽計(jì)量上廣(guǎng)泛使用(yong),根據标(biao)準節流(liu)裝置 測(cè)量流體(ti)流量一(yī)般原理(lǐ),分析了(le)蒸汽密(mi)度對蒸(zhēng)汽🔞計✏️量(liang)的影響(xiang),比較了(le)蒸汽密(mì)度求取(qu)的兩種(zhong)方法,提(tí)出了一(yi)種寬量(liàng)程比蒸(zhēng)汽🌍計量(liang)的方案(an),并闡述(shù)了噴嘴(zuǐ)在蒸💃🏻汽(qi)計量上(shang)的應用(yòng)優勢。
0前(qian)言
　　蒸汽(qì)是工業(ye)生産中(zhōng)重要的(de)工藝介(jiè)質和二(èr)次能源(yuan),也❌是城(cheng)鎮市政(zhèng)供熱中(zhong)主要的(de)供熱介(jie)質。随着(zhe)工業化(hua)和城鎮(zhen)化的❤️飛(fēi)速發展(zhan),蒸汽用(yong)量與日(ri)俱增,蒸(zheng)汽消耗(hào)量成爲(wei)生産運(yun)行🏒經濟(jì)考核的(de)重要指(zhi)标,蒸汽(qi)的準确(que)計量尤(yóu)爲重要(yao),在廣泛(fan)⭐使用的(de)蒸汽計(jì)量器🌂具(ju)中,由标(biao)準節流(liú)裝置組(zu)成的差(chà)壓流量(liang)計和渦(wō)街流量(liang)計是蒸(zhēng)🙇‍♀️汽計量(liang)器具的(de)主流選(xuǎn)擇。
　　節流(liu)裝置具(ju)有結構(gou)簡單、制(zhi)造容易(yi)、維護方(fāng)便、成本(běn)💛較🌈低、可(ke)靠🆚性高(gāo)等優點(dian),按照标(biao)準GB/T2624－2006設計(jì)、制造的(de)标準節(jiē)流裝置(zhì),無需進(jìn)行實流(liu)标定就(jiù)能得到(dao)較高的(de)測👣量精(jīng)度,節流(liu)裝置也(ye)存在測(cè)量範圍(wéi)小、壓力(li)損失大(da)、檢定周(zhou)期短等(deng)不足。 渦(wō)街流量(liang)計 受工(gōng)作原理(li)、敏感元(yuán)件和結(jié)構的局(ju)限,在被(bei)測流體(tǐ)在溫📐度(dù)、壓力高(gao)于一定(dìng)數值時(shí),管道或(huo)環境振(zhen)動較大(dà)時,使用(yong)渦街流(liu)量☎️計測(cè)量存在(zai)困難［1］;渦(wō)街流量(liàng)計的檢(jian)定,要放(fang)在🧑🏾‍🤝‍🧑🏼流量(liang)标準裝(zhuang)置上進(jìn)行,不僅(jin)拆裝、搬(bān)♉運、送檢(jiǎn)費事,而(ér)且要🥰将(jiang)流量計(ji)停用較(jiào)長時間(jiān),檢定成(chéng)本和時(shí)間成本(běn)較高;渦(wō)💰街流量(liang)計的成(cheng)本,在儀(yí)表口徑(jìng)增大時(shi)💰上升明(míng)顯,尤其(qi)是在流(liu)體溫度(du)較高(T＞300℃)時(shi),價格劣(liè)勢尤爲(wei)明🤩顯。
　　因(yīn)此渦街(jiē)流量計(ji)在上世(shì)紀70年代(dai)投入工(gōng)業應用(yong)至今,雖(suī)然♌占🏃‍♂️領(ling)了标準(zhun)節流裝(zhuang)置的部(bu)分市場(chang),但在高(gāo)溫、高🔴壓(ya)流體,管(guǎn)徑較🔞大(da)的測量(liang)對象和(he)環境振(zhen)動較大(da)的場合(he),标準節(jiē)流裝置(zhì)仍是不(bú)可替代(dai)的,尤其(qi)是熱電(diàn)等行業(ye)仍然普(pǔ)遍使用(yong)标準節(jiē)流裝置(zhì)。
1蒸汽密(mì)度
1.1标準(zhǔn)節流裝(zhuang)置測量(liàng)流體流(liu)量一般(ban)原理
标(biāo)準節流(liú)裝置測(cè)量流體(ti)流量一(yī)般原理(lǐ)表達式(shi)爲［2］:

　　式中(zhong):qm爲質量(liàng)流量,kg/s;C爲(wei)流出系(xì)數;ε1爲可(kě)膨脹系(xi)數;d爲節(jie)流件的(de)開孔直(zhi)徑;ΔP爲差(chà)壓;ρ1爲被(bei)測流體(ti)密度;β爲(wei)直徑比(bi),β=d/D,D爲管道(dao)内徑。
　　在(zai)式(1)中,β和(he)d爲常數(shù),C和ε1在一(yī)定的流(liú)量範圍(wei)之内也(ye)可☔看作(zuo)🐉常數,因(yin)此式(2)可(ke)簡化爲(wei):

　　從式(2)可(kě)清楚看(kàn)出,儀表(biao)示值同(tong)ρ1密切相(xiang)關。而蒸(zheng)汽工況(kuàng)🚶(溫🔆度t,壓(yā)🌈力🍉P)的變(biàn)化,必然(rán)使ρ1産生(sheng)相應的(de)變化。因(yīn)此,标準(zhǔn)㊙️節流裝(zhuāng)置必須(xu)☁️與用以(yi)求取蒸(zhēng)汽密度(dù)的工況(kuàng)測量儀(yi)表配合(hé),并同計(jì)算部分(fèn)✊一起組(zu)🌐成蒸汽(qi)質量流(liu)量計,才(cai)能保證(zhèng)測量精(jīng)度。
1.2蒸汽(qì)密度求(qiu)取方法(fa)
　　水蒸汽(qi)的物理(li)性質與(yǔ)理想氣(qi)體大不(bu)相同,不(bu)能采用(yòng)理想氣(qi)🏃🏻體狀态(tai)方程進(jìn)行密度(dù)補償,需(xu)先求取(qu)蒸汽密(mì)度再做(zuò)密💘度補(bu)償。蒸汽(qi)密度的(de)求取方(fāng)法歸納(na)🏃‍♀️起來主(zhu)要是采(cai)用數學(xué)模型法(fǎ)和計算(suan)機查表(biao)法兩類(lèi)［3］。
(1)數學模(mó)型法
①一(yī)次函數(shù)法。這種(zhong)方法的(de)顯著特(te)點是簡(jian)單,适用(yòng)飽和蒸(zheng)🌍汽,其表(biao)達式爲(wèi):
ρ=AP+B(3)
　　式中:ρ爲(wèi)蒸汽密(mi)度,kg/m3;P爲蒸(zhēng)汽絕對(duì)壓力,MPa;A、B爲(wèi)系數和(he)常數。
　　式(shì)(3)不足之(zhi)處是僅(jin)在較小(xiǎo)的壓力(li)範圍内(nei)變化适(shì)用,壓力(lì)變🏃🏻‍♂️化範(fan)圍較大(dà)時,由于(yu)誤差太(tai)大,就不(bu)适用了(le)。因爲📞對(duì)于飽和(he)蒸汽🈲來(lái)說,ρ=f(P)是一(yi)條曲線(xiàn),用一條(tiao)直線拟(nǐ)合它,範(fan)圍越大(da),當然誤(wù)差越大(da)。
　　解決這(zhe)個矛盾(dun)的方法(fa)是分段(duàn)拟合,即(jí)在不同(tóng)的壓力(lì)段采用(yong)不🌍同的(de)系數和(he)常數。表(biǎo)1所示爲(wei)不同壓(ya)力段對(dui)應的不(bu)同密度(du)計算式(shi)［4］。

②用指數(shù)函數拟(nǐ)合密度(dù)曲線。使(shǐ)用較多(duo)的是:

　　式(shi)(4)描述的(de)是一條(tiao)曲線,用(yong)它來拟(nǐ)合飽和(hé)蒸汽ρ=f(P)曲(qǔ)線能得(de)到更高(gāo)的精度(dù),但是在(zài)壓力變(bian)化範圍(wéi)較大的(de)情況下(xià),仍有千(qian)分之幾(jǐ)的誤差(cha)。
③狀态方(fang)程法。狀(zhuàng)态方程(chéng)法用于(yu)計算過(guò)熱蒸汽(qì)密度🎯,其(qí)💃🏻中著名(ming)🏃🏻‍♂️的有烏(wu)卡諾維(wei)奇狀态(tài)方程和(hé)莫裏爾(ěr)狀态方(fāng)程,狀态(tài)方程的(de)計算公(gong)式較爲(wèi)複雜,在(zai)儀表常(cháng)用數據(ju)手冊及(jí)其他相(xiang)關書籍(ji)資料中(zhong)♉均有描(miao)述,這裏(lǐ)不做贅(zhui)述。
(2)計算(suan)機查表(biao)法現在(zài)國際上(shàng)通用的(de)蒸汽密(mì)度表是(shì)根據“工(gōng)業用1697年(nián)IFC公式”計(ji)算出來(lai)的。根據(jù)現有的(de)過熱蒸(zhēng)汽密度(dù)👈表,查取(qǔ)與🐉溫度(du)㊙️、壓力相(xiang)對應的(de)過熱蒸(zhēng)汽密度(du),對于蒸(zhēng)汽密度(du)表中兩(liang)點之間(jiān)的數據(jù),采用數(shu)學内插(chā)法處理(lǐ)确定🛀。
表(biǎo)2的過熱(rè)蒸汽密(mì)度表中(zhong),将壓力(li)以0.1MPa爲間(jiān)距劃分(fèn)5個區間(jian),将溫度(du)以10℃爲間(jian)距劃分(fen)爲7個區(qū)間,在壓(ya)力、溫度(dù)區間内(nei)可采用(yong)線性内(nèi)插法計(jì)算求取(qu)蒸汽密(mì)度。例:過(guo)熱蒸汽(qi)實測壓(yā)力爲2.82MPa,實(shí)測溫度(dù)爲282℃,求取(qu)過熱蒸(zhēng)汽密度(dù)。


　　通用流(liu)量演算(suàn)器可将(jiāng)蒸汽密(mi)度表裝(zhuang)入其内(nèi)存中✍️,在(zai)CPU的控制(zhi)下,模拟(ni)人工查(chá)表的方(fāng)法,采用(yòng)計算機(jī)查表與(yu)線性内(nèi)插相結(jié)合的技(ji)術,能得(dé)到人工(gong)查表相(xiang)‼️同的精(jing)度。
2寬量(liàng)程比計(jì)量方案(àn)
　　蒸汽消(xiao)耗受熱(rè)負荷變(biàn)化制約(yue),流量變(biàn)化範圍(wei)廣,有時(shí)甚至隻(zhī)有滿量(liàng)程的百(bǎi)分之幾(ji),如果要(yào)保證差(cha)壓式流(liú)💜量計在(zai)蒸汽計(jì)量全量(liang)程範圍(wéi)内的測(ce)量精度(du),必須想(xiang)辦法擴(kuo)大差壓(ya)式流量(liàng)🐪計的量(liang)程比。
　　标(biao)準節流(liú)裝置測(ce)量範圍(wei)不理想(xiang),這主要(yào)是由其(qi)測量✊原(yuan)理⛹🏻‍♀️決定(ding)的,由式(shi)(8)可知,對(duì)流量測(ce)量範圍(wéi)度影響(xiang)最大的(de)因素是(shì)差壓測(cè)量不确(que)定度,其(qí)表達式(shi)爲
量測(ce)量不确(què)定度的(de)影響爲(wei)1%。即爲了(le)獲得±1%的(de)流量測(cè)量精度(du),如果選(xuan)用的是(shi)0.075精度等(děng)級的差(chà)壓變送(song)器,隻有(you)當差壓(ya)大于🌍3.75%,即(ji)流🧑🏾‍🤝‍🧑🏼量小(xiao)‼️于19.36%FS時,才(cái)能保證(zheng)精度。
　　差(cha)壓變送(sòng)器 ,其差(cha)壓低端(duan)的示值(zhi)誤差無(wu)法進一(yi)步減小(xiǎo)的原因(yin)是㊙️其精(jing)度并非(fei)可以任(rèn)意确定(dìng),而且受(shòu)膜盒面(mian)積、環境(jìng)溫度以(yi)及長期(qi)漂移等(děng)因素制(zhì)約,爲了(le)提高相(xiang)對流量(liàng)較小時(shi)的✨差壓(yā)測㊙️量精(jīng)度,另外(wài)增🌐設一(yī)台低量(liang)程差壓(yā)變送器(qì)是一個(ge)行之有(you)效的方(fāng)法。
例如(ru),有一蒸(zhēng)汽流量(liang)測量對(duì)象,最大(dà)流量100t/h,最(zuì)小流量(liàng)3t/h,常用壓(yā)力1.1MPa,常用(yòng)溫度250℃,公(gong)稱通徑(jìng)DN500,高量程(cheng)差壓變(biàn)送器測(ce)量範圍(wei)🔆:0～100kPa,低量程(chéng)差🌈壓變(bian)🏃🏻送器測(cè)量範圍(wéi):0～3.75kPa。兩台0.075級(jí)精度等(deng)級的差(cha)壓變送(sòng)器,在雙(shuāng)量程流(liú)量演算(suan)器的配(pèi)合下,選(xuǎn)定合适(shì)的高低(dī)量程切(qie)✍️換點,在(zài)流量量(liàng)程3～100%範圍(wei)内,qmqm爲1.25%。
　　上(shang)述寬量(liàng)程比計(ji)量方案(an)中,流量(liang)測量不(bu)确定度(dù)會受❄️标(biao)準節流(liu)裝置流(liú)出系數(shù)C非線性(xìng)和可膨(peng)脹系數(shù)ε1偏離的(de)制約［5］,采(cǎi)用通♌用(yong)流量演(yan)算器實(shí)時計算(suan)流出系(xì)數C和可(kě)膨脹系(xi)數ε1,對其(qí)影響🔞進(jìn)行在線(xiàn)修正。
3噴(pēn)嘴
　　目前(qián)蒸汽計(ji)量應用(yong)中普遍(biàn)使用的(de)标準節(jie)流裝置(zhì)是标準(zhun)⭐孔闆,标(biao)準孔闆(pǎn)的入口(kou)直角銳(rui)利度在(zai)流體沖(chòng)刷❗下易(yì)🙇‍♀️發生鈍(dun)化🍓,國内(nei)㊙️有關部(bù)門曾對(duì)新裝标(biāo)準孔闆(pǎn)進行跟(gen)蹤校驗(yàn),在❤️标準(zhun)孔闆連(lian)續使用(yong)2－3個月時(shi),鈍化引(yǐn)起的流(liu)出系數(shù)偏度在(zai)1－3%,個别嚴(yán)重的在(zai)4%以上,測(ce)量誤差(cha)明顯增(zeng)大。
　　解決(jue)标準孔(kǒng)闆鈍化(hua)問題的(de)最好方(fāng)法是采(cǎi)用ISA1932噴嘴(zuǐ),如👈圖1所(suǒ)示,ISA1932噴嘴(zuǐ)的入口(kǒu)爲光華(hua)曲面,不(bú)易磨損(sun),流出系(xì)數非常(cháng)穩定,JJG640－2016檢(jian)定規程(chéng)規定ISA1932噴(pen)嘴的檢(jian)定周期(qī)爲4年,而(er)标準孔(kǒng)闆檢定(ding)周期爲(wei)2年［6］。再者(zhe),噴嘴在(zài)相同流(liu)🌍量和相(xiàng)同β值條(tiáo)件下,永(yong)久壓力(li)損失比(bǐ)孔闆小(xiao)得多☀️,僅(jǐn)爲孔闆(pan)的50～60%,有利(lì)于減小(xiao)能耗。長(zhang)期運行(hang)情況表(biao)明,由于(yú)噴嘴在(zai)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼結構上(shang)的優勢(shi)具有耐(nài)沖擊抗(kàng)變🧡形的(de)優點,适(shì)用于高(gao)溫、高壓(yā)、高流速(su)的蒸汽(qì)介質。

4結(jié)語
　　由标(biāo)準節流(liú)裝置組(zu)成的差(chà)壓式流(liú)量計,在(zai)蒸汽計(jì)量🚶應💔用(yòng)中需将(jiang)經典技(ji)術與現(xiàn)代技術(shu)相結合(he),合理地(di)選用流(liú)量計算(suan)機和ISA1932噴(pen)🎯嘴,實現(xiàn)蒸汽工(gōng)況密度(dù)實時計(ji)算和在(zai)線補償(cháng)功能,克(kè)服🐉傳統(tong)節流裝(zhuang)置量程(cheng)比小、阻(zu)力損失(shī)大、容易(yì)變形、檢(jiǎn)定周期(qī)短等缺(quē)點,以滿(man)足蒸汽(qì)計量寬(kuān)量程、精(jing)💚度和低(dī)能耗的(de)新要求(qiú)。上述計(ji)量器具(jù)配備方(fāng)案在蒸(zheng)汽計量(liang)應用中(zhong)已日趨(qū)成熟,并(bìng)在石化(huà)、化工、熱(rè)電、冶金(jīn)以及城(cheng)市供熱(re)等行業(yè)中得到(dao)了廣泛(fàn)應🈲用。

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