摘要(yao)：詳細介紹了蒸(zheng)汽汽錘的成因(yīn)和汽錘的5種具(jù)體的物㊙️理形态(tai)。在此基礎上，安(ān)裝在蒸汽管線(xiàn)上的 渦街流量(liàng) 和 孔闆流量計(ji) 的設計選型，進(jìn)行了詳細的比(bǐ)較和分析。并對(dui)比了蒸🆚汽流量(liang)測量的種不同(tóng)的溫壓補償設(shè)計方案。然後，對(dui)氣動球閥和氣(qi)動單座閥在蒸(zhēng)汽工況下的應(yīng)用也進☔行了深(shēn)入探讨。最後，指(zhi)出了于✌️蒸汽工(gong)況下流量計和(hé)👉氣動開關閥設(shè)計選型的若幹(gan)建議。
1.概述
　　化工(gong)行業經常使用(yòng)飽和蒸汽對工(gong)藝介質進行加(jiā)熱，因此🤩蒸汽管(guǎn)線在化工廠裏(li)随處可見。蒸汽(qi)管線中的☁️飽和(hé)蒸汽很容易發(fā)生冷凝，并形成(chéng)冷凝水。如果蒸(zhēng)汽管線過🈲長，且(qie)未進行合理支(zhi)撐，那麽，在重力(lì)⭕的作用下，管道(dao)的中間部分會(hui)下垂，并在㊙️蒸汽(qì)管線⚽停用後，積(jī)存一部分冷凝(ning)水。蒸汽疏水閥(fá)設置和安裝的(de)不合理，也會導(dao)緻蒸汽管路的(de)排水不暢。當蒸(zhēng)汽管線再次啓(qǐ)用時，入管📞道的(de)蒸汽和積存在(zài)管道内的冷凝(níng)水相遇，就會在(zai)管道内形成🔞汽(qì)錘。汽錘會對安(an)裝在蒸汽管線(xian)上的設備、儀表(biao)和閥門造成破(po)🈲壞。此外，蒸汽的(de)溫度也較高。在(zai)工程設計中，對(dui)這些不利因素(su)都🧡應加以考慮(lü)和防範。
2.汽錘的(de)物理形态
　　汽錘(chui)有以下5種主要(yao)的物理形态：
1）蒸(zhēng)汽管線裏積存(cun)的冷凝水，在蒸(zhēng)汽的加熱下快(kuai)速蒸發，使👅得管(guan)🔱道内的氣體體(tǐ)積迅速膨脹，壓(ya)力上升，從而對(duì)安裝在🔱管線上(shang)的儀表和閥門(mén)形成壓力沖擊(ji)。
2）蒸汽流速過快(kuai)，部分蒸汽沖入(rù)積存的冷凝水(shui)之中，使得😄中間(jian)📱一段管道全部(bu)被蒸汽占據，而(er)兩側則仍然是(shì)冷凝水，當這部(bù)分蒸⛷️汽在冷凝(níng)水中發生冷凝(níng)時，形成局部真(zhēn)空，使冷凝水從(cóng)兩頭向🛀中間快(kuai)速流動，填補真(zhen)空，并發生激烈(liè)碰撞，在管線中(zhōng)産生較大的壓(ya)強和沖擊波。
3）冷(lěng)凝水在管線底(dǐ)部，被進入管線(xian)的蒸汽吹動，向(xiang)下遊流💁動，像❗海(hǎi)水被海風吹拂(fu)着，形成了海浪(lang)。當管線上的🥵開(kāi)關⛹🏻‍♀️閥關☀️閉過于(yú)迅速時，流動的(de)冷凝水漣漪，也(yě)會如海浪疊加(jia)撞擊岸邊的峭(qiào)壁一樣，疊加撞(zhuàng)擊并損壞開關(guān)閥的閥内件。
4）如(ru)果蒸汽管線上(shang)的開關閥打開(kāi)過快，則閥後的(de)冷凝水有可能(néng)會被高速流動(dòng)的蒸汽吹起，如(ru)子彈一般的，撞(zhuàng)擊下遊的管件(jian)和儀表，并造成(cheng)相應的損壞。
5）如(rú)果蒸汽管線上(shang)的開關閥打開(kāi)過快，蒸汽流速(su)較快，則蒸汽會(huì)🐅和原積存在管(guan)線内的，低溫的(de)冷凝水混合在(zai)一🐆起，并在冷凝(níng)水内部形成由(yóu)蒸汽構成的👄氣(qi)泡，當這些蒸汽(qì)氣泡破裂時，周(zhou)圍的冷凝水在(zai)瞬間填補蒸汽(qì)氣泡破裂後形(xing)成😍的空間，形🈲成(chéng)高壓強，并破壞(huai)臨近的管件、閥(fa)門和儀表。這個(gè)過程有點類似(si)于氣蝕裏🙇‍♀️的空(kong)化。
3.渦街流量計(jì)和孔闆流量計(jì)分别應用于蒸(zheng)汽管線🙇🏻
　　渦街流(liu)量計通常是利(lì)用差動電容，測(cè)量漩渦發生體(ti)後産生的卡門(mén)渦街的漩渦頻(pín)率，從而推算出(chu)被💞測流體的🏃流(liú)量。其量程比👈大(dà)緻爲10∶1。孔闆流量(liang)計則是通過測(ce)㊙️量孔闆前後的(de)㊙️壓差，由伯努利(li)‼️方程（孔闆兩側(cè)的壓差的開方(fang)值，與流經孔闆(pan)的流體🈲的流量(liàng)成正比），推算出(chu)流體的流量。其(qi)量程比比渦街(jie)流量計狹窄，大(da)緻爲♍3∶1。當渦街流(liú)量計和孔闆流(liú)量計分别應用(yòng)在蒸汽管線上(shàng)時：
1）渦街流量計(jì)測量漩渦的差(cha)動電容是完全(quán)處于蒸汽管線(xiàn)内部的。因此，差(chà)動電容幾乎時(shi)刻處于高溫之(zhī)中，其使用壽命(ming)較💘短。孔闆流量(liàng)計分兩種：一體(ti)化孔闆流量計(jì)和帶冷凝罐的(de)孔闆流量📧計。一(yi)體化孔闆流量(liàng)計的差壓測🔅量(liàng)元件，在管道上(shàng)方，并不在管道(dao)内。而帶冷凝罐(guàn)的孔闆流量計(jì)，其差👉壓測量元(yuán)件，隻接觸冷凝(níng)罐内的冷凝水(shuǐ)，與蒸汽是完全(quan)隔絕的。因此，孔(kǒng)闆🏃流量計差壓(ya)測量元件的❗使(shǐ)用壽命較長。
　　渦(wō)街流量計通過(guò)可動部件（通常(cháng)爲機械件極小(xiǎo)的位移），去檢測(ce)卡門渦街的漩(xuan)渦，并通過機械(xiè)傳動，将這一物(wu)理位移傳遞給(gei)差動電容。當蒸(zheng)汽管線内發生(shēng)汽錘時，該可動(dòng)部件将受到較(jiao)大的沖擊力，有(you)可能發生永久(jiu)形變。同時，差動(dong)電容本身也💜可(ke)能被該可動部(bu)件傳🐉來的力直(zhí)接破壞，從而導(dǎo)緻渦街流量計(ji)傳感器損壞。而(er)孔闆流量計則(zé)沒有任何可動(dong)部件。且安裝在(zai)管道🌈内，作爲孔(kong)闆流量計一次(ci)測量部件的孔(kǒng)闆，機構簡單，非(fēi)常堅固。因此，孔(kǒng)闆流量計很難(nan)被汽錘打壞。
　　當(dang)汽錘發生時，蒸(zhēng)汽管線内的蒸(zhēng)汽受到壓力波(bo)的幹擾，流場發(fa)生紊亂，管線本(ben)身也強烈震動(dòng)。這會嚴重幹擾(rao)卡門渦街的穩(wen)定生成，從而影(ying)響渦街流量計(ji)的正🐪常測量。當(dang)然，對渦街流🈲量(liang)計兩側的管道(dào)，進行額外的加(jia)固支撐，可以在(zai)一定程度上減(jian)輕渦街⚽流量計(jì)的震動。但卻無(wú)法消除，臨近管(guǎn)道内所發生的(de)汽錘所帶🌈來的(de)管道内蒸汽流(liú)場本身的紊亂(luan)和波動。而對孔(kong)闆流量計來☎️說(shuo)，汽錘所産生的(de)管道震動和流(liu)場紊亂，并不會(huì)影響孔闆前後(hòu)🐆的壓差，也就不(bú)會影響🍓孔闆流(liu)量計進行準确(què)可靠的流量測(ce)量。
4.蒸汽流量測(cè)量的溫壓補償(cháng)
　　蒸汽管線流量(liang)計設計選型的(de)另一個要點是(shì)溫壓補償。蒸🌍汽(qì)在化工生産中(zhōng)的主要作用是(shi)對工藝介質進(jìn)行加熱，工💘藝設(she)🔴計師和生産操(cao)作員所關心的(de)是蒸汽的質量(liang)流量，而不是體(ti)積流量。但渦街(jiē)流量計和孔闆(pan)🌈流量計都是體(ti)積流🈲量計，無法(fǎ)直接測量質量(liàng)流量。因此，必須(xū)對渦街流量計(jì)和孔闆流量計(jì)的測量結果🌈進(jìn)行溫壓補償。過(guò)熱蒸汽的溫度(du)和壓力沒有對(duì)應關系，需對過(guò)熱蒸汽的體積(jī)流量同時進行(hang)溫度補償和壓(ya)力補償。飽和蒸(zheng)汽的溫度和壓(ya)力是一一對應(ying)的，隻需對飽和(he)蒸汽的體積流(liú)量進🔱行單一的(de)溫度補💃償或壓(ya)力補償即可。
　　溫(wen)壓補償有兩種(zhong)方案。第一種是(shì)在流量計内集(jí)成溫度測量和(hé)壓力測量元件(jiàn)，并在變送器内(nei)進行溫壓補償(cháng)計算，然後将補(bu)償後的質量流(liú)量信号傳給集(jí)散控制系統（DCS）。第(dì)二種方案是在(zai)管線上加裝溫(wen)度變送器和壓(yā)力變送器，然後(hou)将測得的壓力(li)信号，和蒸汽流(liu)量計測得的補(bǔ)償前的體積流(liu)✨量信号，一起🛀🏻上(shàng)傳DCS，并在DCS内根據(ju)公式進行溫壓(ya)補償計算。
　　對過(guo)熱蒸汽來說，僅(jǐn)有個别品牌的(de)渦街流量計和(he)孔闆流🈲量計，同(tong)時集成了溫度(dù)測量和壓力測(ce)量的功能☂️，而這(zhè)些型号的流量(liàng)❄️計價格也較貴(gui)。當溫度或壓力(li)測量元件損壞(huài)後，需更換💁整個(ge)流量計，則更換(huàn)成本和備品備(bèi)件成🔴本都非常(chang)昂貴。而采用第(dì)二種設計方案(an)，不但采購和更(geng)換成本低，同時(shi)，也可将過🌐熱蒸(zheng)汽管線🏃‍♂️内的溫(wen)度和壓力信号(hào)一起上傳至DCS。有(yǒu)利于生産操作(zuo)人員更好🛀的掌(zhǎng)握蒸汽管線内(nèi)的實際工況。
　　對(duì)飽和蒸汽來說(shuo)，可提供單一溫(wen)度補償的渦街(jiē)流量計或孔闆(pan)流量計都較爲(wei)常見，采購和更(geng)換成本都相對(duì)較低。且采用第(dì)一種方案可以(yǐ)簡化設計，減少(shǎo)施工🔴現場的👉施(shi)工量✊和未來運(yùn)行階段的維護(hu)工作量，因此相(xiang)對較爲合理。
5.球(qiú)閥切斷閥和單(dān)座切斷閥分别(bié)應用于蒸汽管(guǎn)線
　　與管道專業(yè)不同，儀表專業(yè)通常不會選擇(ze)單座閥作🥵爲🔆氣(qì)動切斷閥。這不(bú)僅僅是因爲單(dān)座閥所占用的(de)安裝空間較🐇大(dà)，也是因爲單座(zuo)閥的開關速度(du)比球閥更慢。但(dan)在‼️蒸汽管線上(shàng)，和🙇🏻氣動球閥相(xiang)比，氣動單座切(qie)斷閥卻有若幹(gan)優勢：
蒸汽汽錘(chuí)的破壞力驚人(rén)，實際工業生産(chǎn)中，不止一次☔發(fā)生過閥門被汽(qi)錘打壞的案例(lì)。球閥的閥體和(hé)⚽閥芯比較單薄(bao)，所用鋼材較少(shao)，結構相對脆弱(ruò)。而單座閥的👈閥(fa)體和閥芯用㊙️料(liao)厚實，結構堅固(gu)。當汽錘發💁生在(zài)切斷閥附近時(shí)，閥體和閥✨内件(jian)會承受較大的(de)沖擊力。此時，單(dān)座閥會比球閥(fa)更加堅固可靠(kào)，不容🧡易被汽錘(chui)打壞。
　　閥芯和閥(fa)座間密封的可(kě)靠性和密封面(mian)上的密封壓力(lì)有很大✊的關系(xì)。球閥分浮動球(qiú)球閥和固定球(qiú)球閥兩種。浮動(dòng)🔴球球📐閥關閉時(shi)，依靠上下遊的(de)壓差來實現閥(fa)芯和💜閥座間的(de)密封💔，固定球球(qiú)閥關閉時，依靠(kao)閥座内的彈簧(huang)來實現密封，這(zhe)兩種密封力相(xiàng)🔴對都較小。而單(dan)座閥則依靠執(zhí)行機構的輸出(chū)力，将閥芯壓在(zai)閥座上。因此，隻(zhī)要選擇合适的(de)執行機構，就能(néng)在單座閥閥芯(xīn)閥座處獲得較(jiào)大的密封壓力(lì)，從而改善閥座(zuo)處的密封性。當(dāng)蒸汽管線停用(yong)時，單座閥的密(mì)封性更好，洩漏(lou)到下遊管道的(de)蒸汽量就較少(shao)，管道内的凝結(jie)水也會随之減(jian)少。當蒸汽管線(xiàn)再次啓用時⛱️，汽(qi)錘的發生概率(lǜ)也會更低。
　　當蒸(zheng)汽通過球閥時(shí)，閥内溫度上升(shēng)，球閥的閥球和(he)♋閥座會發生熱(rè)膨脹，但由于鋼(gang)材用料量的不(bu)同，閥球和閥座(zuò)的膨脹程度也(yě)會有所不同。這(zhè)樣一來，閥球就(jiu)有🔞可能被閥座(zuò)抱死無法✉️動作(zuò)。而直行程的單(dan)座閥，其打開時(shí)，閥芯👣直接提升(sheng)，離開閥座。閥芯(xin)和閥🛀座之間不(bú)存在靜摩擦力(li)🌐，不會被抱死，因(yīn)此不存在球閥(fa)那樣的問題。
6.結(jie)束語
　　發生在蒸(zheng)汽管線内的汽(qì)錘有5種主要的(de)物理形态🐉，并且(qie)會對安裝在蒸(zheng)汽管線上的儀(yí)表和閥門造成(chéng)破壞✔️。孔闆流量(liàng)計在管道内沒(mei)有測量元件和(he)可動🍓部件，其測(cè)量也不受管道(dào)震動🤩和流體紊(wen)亂的影響，因此(cǐ)，在量程比允許(xu)⛷️的情況下，比渦(wo)街流量計更适(shi)合應用于蒸汽(qi)流量測量。蒸汽(qì)流量的測量需(xu)進行🈲溫壓補償(cháng)，對過熱蒸汽而(ér)言，應在管道上(shàng)安裝💋獨立的溫(wen)度變送器和壓(ya)力變送器，然後(hou)👈在DCS上進行補償(cháng)計💚算。而對飽和(he)蒸汽來說，可在(zai)渦街流😄量計或(huo)孔闆流量計内(nei)部集成溫度傳(chuán)感器，并在流量(liàng)變送器内部進(jìn)行溫度補償計(ji)算。氣動單座閥(fá)的閥⭐内件堅固(gu)可靠，關閉時的(de)密封壓力🏃‍♀️較大(dà)，洩漏量小，且可(kě)選擇📐線性或等(děng)百分比的流量(liang)特性，能較好的(de)限制蒸汽流量(liàng)的快速增加，其(qi)閥芯也不會😘因(yin)爲熱♉膨脹而被(bèi)閥座抱死。因此(ci)，氣動單座閥比(bǐ)氣動♻️球閥更适(shì)合應🔞用于蒸汽(qi)管線的切斷。

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