摘要：結合 差(cha)壓式流量計(jì) 和 渦街流量(liang)計 的原理，對(duì)節流裝置、巴(bā)類流量元件(jian)和渦街流量(liàng)計測量蒸汽(qì)流量的主要(yao)影響因素進(jin)行分析，并根(gēn)據🈲幾種不同(tóng)儀表的特點(diǎn)，分别就選型(xing)、安裝、經濟效(xiào)益等方面進(jìn)行分析，并總(zong)結幾種測量(liang)儀表的優點(dian)與不足。
蒸汽(qi)是使用最廣(guang)泛的載熱工(gong)質，是重要的(de)二次能源，蒸(zheng)🚶汽流🥰量的測(cè)量對加強管(guǎn)理、公平貿易(yi)、節約能源、提(tí)高經濟效益(yì)等方面都有(yǒu)重要意義。蒸(zheng)汽流量測量(liàng)方法按工作(zuo)原理，可分爲(wèi)直接式和推(tui)導式兩大類(lèi)。現在廣泛使(shǐ)用的蒸汽流(liú)量計爲推導(dǎo)式，包括節流(liu)裝置、巴類流(liu)量元件⭕及渦(wō)街流量✉️計等(deng)，這些測👉量方(fāng)法有各自的(de)優缺點，适用(yong)于不同場合(hé)。
1節流裝置
　　節(jiē)流式差壓流(liu)量元件是一(yi)種曆史悠久(jiǔ)、用量最大的(de)流量⭐計。節流(liu)式差壓流量(liang)計依據流體(ti)流過節流裝(zhuāng)置，使部分壓(ya)力能轉變爲(wèi)動能産生差(cha)壓的原理來(lai)工作。節流裝(zhuāng)✂️置分爲🌈标準(zhǔn)型和非标準(zhun)型兩大類♌。标(biāo)準型節流元(yuan)件按🐪照GB/T2624設計(jì)、制造、安裝和(hé)使用，無需❗實(shí)流校準。節流(liú)式差壓流量(liàng)計可測量所(suo)有單向流，包(bāo)括液、氣、蒸汽(qi)等。标準節流(liu)裝置世界通(tong)用，并得到♍國(guó)際計量組織(zhī)的認可。
　　節流(liu)裝置見圖1。當(dang)流體通過标(biāo)準節流裝置(zhì)時，在1-I截🥵面前(qián)，流體未✊受節(jiē)流件的影響(xiang)，管道内流速(su)分布均勻。管(guan)道軸心處和(he)管♉壁處的靜(jing)壓相等。I-I截面(miàn)後(約0.5D~2D)，流體開(kai)始🚩受節流件(jiàn)影響，靠近管(guan)壁處的♻️流體(tǐ)向中心🚶加速(su)，平均流速逐(zhu)漸升高，直至(zhi)II-II截面，流束收(shou)縮到最📧小，平(píng)均流速達到(dao)最大值。自II-II截(jié)面後，流束開(kāi)始膨脹，直至(zhi)川-I截面，又恢(huī)複到I-I截面前(qián)的情況，此時(shí)平🏃🏻均流速逐(zhú)漸降低，與平(píng)🌈均流速🐇相對(dui)應的靜壓也(yě)由低到高再(zai)恢複到低值(zhí)。流💘體在節流(liu)件前、後的管(guan)壁附近形成(cheng)渦流，渦流即(jí)有橫向脈動(dong)🌈，還有逆向運(yùn)動，孔闆或噴(pēn)嘴的壓力損(sǔn)失高，就🈲是因(yin)爲渦流能量(liàng)耗散造成的(de)。

　　式中，Z、p/ρ、Kv2/2分别表(biǎo)示單位質量(liang)流體在過流(liu)斷面上的位(wei)能、壓力能和(he)動能的平均(jun1)值。εv212表示單位(wei)質量流體的(de)💃🏻平均能量損(sun)失💋。
推導出不(bú)可壓縮流體(ti)的流量方程(cheng)式:

按照GB/T2624，流出(chu)系數C的定義(yì)式爲:

　　在一定(dìng)的安裝條件(jian)下給定的節(jiē)流裝置，該C值(zhi)僅與雷諾數(shu)有關，即C=f(ReD，節流(liú)件類型，D，β)。由此(ci)，可以算出流(liu)出系💚數，進👅而(er)得到節💚流裝(zhuāng)置的選型計(jì)算。
　　流出系數(shù)與雷諾數的(de)關系見圖2。低(di)雷諾數區域(yu)屬✌️于層流區(qu)，流體繞過限(xian)流孔後不會(huì)形成噴射現(xian)象，流出系數(shù)随雷諾數增(zēng)高而增大;中(zhōng)雷諾數區域(yu)内流動從層(céng)流發展到紊(wen)流，流出⭐系數(shù)随雷諾數增(zeng)高而增大的(de)速度緩慢。對(dui)于孔闆，由于(yú)慣性作用加(jia)強，孔口處開(kāi)始形成噴射(shè)，流束在孔口(kou)外産生縮流(liu)，因此C值下降(jiàng);在⛷️高雷諾數(shu)區域，C值都趨(qū)于穩定，對于(yú)孔闆，β值越高(gāo)，趨于穩定時(shí)的雷諾數就(jiu)越高。

2巴類流(liú)量元件
　　巴類(lèi)流量元件是(shì)一-種新型的(de)差壓式流量(liàng)元件，采用💁差(chà)壓式的工作(zuò)原理，插入式(shi)的安裝方法(fa)。其通過一-根(gēn)㊙️直徑爲十幾(ji)毫⁉️米的探頭(tóu)取壓，探頭前(qian)後有二排不(bu)均勻分布的(de)、若幹個幾毫(háo)米的引壓孔(kong)。通過這兩排(pai)孔将🈲管道從(cóng)上到下的不(bu)同壓力在孔(kong)内取平💋均以(yǐ)構成差壓。巴(ba)類流量💜元件(jiàn)精度高，壓損(sun)小，對探頭磨(mó)損小，在安🐕裝(zhuang)合适的情況(kuàng)下，可以長期(qi)保持精度。
巴(ba)類流量元件(jian)質量流量的(de)計算公式:

　　阻(zu)斷系數ζ隻與(yu)探頭結構有(you)關。對于不可(ke)壓縮.介質🔞，由(you)于壓👣損不會(huì)影響密度的(de)變化，膨脹系(xì)數ε爲1。對于🎯可(kě)壓⭐縮的介質(zhi)，随着管道内(nei)壓力損失增(zeng).加和管道内(nei)靜壓的減小(xiao)，膨脹系數ε從(cong)1開始，按照比(bi)例下降。

　　式中(zhong)，Pp爲設計壓力(li)，pg爲工況壓力(lì)，εg爲設計膨脹(zhang)系數，dp,爲設計(ji)差壓，當前工(gong)況密度爲ρg。若(ruò)介質的實際(ji)工作狀态與(yǔ)設計✌️狀态相(xiang)近，使用理想(xiang)氣體方程可(kě)以得到足夠(gou)精度的結🈲果(guǒ):

3渦街流量計(jì)
　　 渦街流量計(jì)根據卡門(Karman)渦(wō)街原理研究(jiu)生産，渦街流(liu)量計壓損小(xiao)，量程範圍大(dà)，精度高，在測(ce)量工況體積(jī)流量時幾乎(hū)不受流體密(mi)💃🏻度、壓力、溫度(du)、粘度等參數(shù)💔的影響👨‍❤️‍👨，無可(ke)動機械零件(jian)，維護量小。渦(wo)👉街流量計在(zai)流體中設置(zhi)三角柱型旋(xuán)渦發🏃‍♂️生體，流(liu)體㊙️在管道中(zhong)🏃🏻經過渦街流(liú)量計時，在三(sān)角柱的旋渦(wo)發生體後，上(shàng)👉下交替産生(sheng)正比于流速(su)的兩列旋渦(wo)，旋渦的釋放(fàng)頻率與流過(guò)旋渦發生體(tǐ)的流體平均(jun1)速度及旋渦(wō)⛱️發生體特征(zheng)寬度有✨關:

　　式(shi)中，f爲旋渦的(de)釋放頻率;v爲(wei)流過旋渦發(fā)生體的流體(tǐ)平均速度;d爲(wei)旋渦發生體(ti)特征寬度;St爲(wei)斯特勞哈💋爾(ěr)數，範圍爲0.14～0.27，是(shi)雷諾數的函(hán)數。

　　當雷諾數(shu)Re在102~10時範圍内(nei)，St值約爲0.2。在測(ce)量中，需滿足(zú)流體的雷💋諾(nuo)數在102~105,此時旋(xuan)渦頻率:

　　由此(ci)，通過測量旋(xuán)渦頻率就可(ke)以計算出流(liú)過旋渦發生(shēng)體💜的流體平(píng)均速度v，再由(yóu)式q=vA，可以求出(chū)流量q，其中A爲(wei)流體流過㊙️旋(xuán)渦發生體的(de)截面積。
4三種(zhong)流量計比較(jiao)
4.1選型比較
　　标(biao)準節流裝置(zhi)隻有在滿足(zu)以下條件下(xià)，流量系數才(cái)與規範🌐中提(ti)供的數據相(xiàng)符:①被測介質(zhi)應充滿全部(bu)管道截面連(lián)續地流動;②管(guǎn)道内的流速(su)(流動狀态)應(yīng)是穩🔅定的;③被(bei)測介質在通(tōng)過節流裝置(zhì)時，應不發生(sheng)相變;④節流裝(zhuāng)置前後有足(zu)夠長度的直(zhí)👨‍❤️‍👨管段。
　　巴類流(liu)量元件運用(yong)廣泛，可以測(cè)量幹燥氣體(tǐ)、潮濕氣體、液(ye)體🌈或蒸汽的(de)介質，不受介(jie)電常數的影(yǐng)響，适用通徑(jìng)廣🧡。一-般用于(yu)大口徑管道(dào)上蒸汽流量(liàng)測量。
　　渦街流(liu)量計可以在(zai)測量介質流(liú)速0.5~12m/s範圍内選(xuan)用。渦街流📐量(liang)計的口徑不(bú)一定與工藝(yi)管道相同，選(xuan)型時考慮測(cè)量流量範圍(wei)是否在流速(sù)範圍内，當管(guǎn)道流速偏低(di)，需縮小儀表(biǎo)口徑，提高流(liu)速，從而得到(dào)滿意的測量(liang)結果。
4.2安裝比(bǐ)較
　　節流裝置(zhì)和巴類流量(liang)元件都需要(yào)與差壓 顯示(shì)儀 表連接，測(cè)量蒸汽時都(dou)采用伴熱保(bǎo)溫來應對蒸(zhēng)汽冬季凝結(jié)的情況，見圖(tú)3、圖4。節流裝置(zhì)的現場安裝(zhuang)條件要求較(jiao)高，需較長的(de)直管段，一般(bān)爲前20D,後15D。巴類(lei)流量元件的(de)前後直管段(duàn)🥵要求相對短(duǎn)一些，一般爲(wèi)前7D，後3D。節流裝(zhuang)置或巴類流(liu)量元件與差(cha)壓顯示儀表(biǎo)之間引壓管(guǎn)線亦爲薄弱(ruò)環節，易産生(shēng)洩漏、堵塞及(ji)凍結、信号失(shi)真等故障。

　　巴(ba)類流量元件(jian)安裝工作量(liàng)小。該探頭采(cai)用的是插入(ru)式的工👈作方(fāng)式，安裝方便(biàn)、簡單。安裝的(de)時候隻要在(zài)現場直接開(kāi)孔焊接即可(kě)，見圖5。


　　渦街流(liú)量計結構簡(jiǎn)單、安裝維護(hu)方便、無需導(dǎo)壓管和 三閥(fá)組 ，減少了洩(xiè)漏、堵塞和凍(dòng)結等。但是，渦(wō)街流量計對(dui)管✔️道機械振(zhèn)動敏感，不宜(yi)用于強振動(dong).的場所。渦街(jiē)流量計的前(qian)後直管段要(yào)求前15D，後10D，通常(cháng)用于管徑在(zài)300mm以下的工況(kuàng)，見圖6。

4.3經濟性(xìng)比較
　　節流式(shi)差壓流量計(ji)中的标準孔(kong)闆結構易于(yú)複制，性🆚能可(ke)靠，價格低，無(wú)需實流校準(zhǔn)就能夠使用(yòng);其測量精度(du)在流量計中(zhōng)👄屬于中等水(shuǐ)平。由于很多(duo)因素🔞影響錯(cuo)綜複雜，精度(du)難🛀以提高;測(cè)量範圍窄，差(chà)壓信号與流(liu)量爲平方關(guān)系，量程比僅(jin)爲3:1~4:1;孔闆或噴(pēn)嘴的壓損較(jiao)大，能🆚耗高。
　　巴(ba)類流量元件(jiàn)壓損較孔闆(pan)大幅減少，隻(zhī)有孔闆的5%~10%，減(jiǎn)小了系🔴統的(de)運營成本。由(yóu)于壓差小，則(ze)對應的差壓(ya)變送器選擇(zé)要求㊙️提高💜，相(xiàng)應增大了差(chà)壓變送器的(de)采購成本。
　　渦(wō)街流量計壓(yā)損小，約爲節(jiē)流式元件的(de)1/4，其儀表購置(zhì)費用高，安裝(zhuang)費用和運行(hang)費用較低。
4.4精(jīng)度與小流量(liang)切除性能比(bi)較
　　滿足規範(fàn)GB/T2426生産的節流(liú)式差壓流量(liang)計的精度在(zai)+0.55%左右💁;巴類🔴流(liu)量元件的精(jīng)度與前後直(zhi)管段有關，當(dāng)前直管段長(zhǎng)度爲🏃‍♀️14D，後直🔴管(guan)段㊙️長度爲3D時(shi)，精度可以達(dá)到+0.5%，當前直管(guan)段爲7D，後直管(guǎn)段爲3D時，精度(du)可💔以達到+1%;而(ér)渦街流量計(ji)的精度在🔱土(tu)1.0%，對于内縮徑(jing)型的渦街流(liu)量💯計，其精度(dù)在士1.35%左右。
　　當(dang)某測點由開(kai)車工況變化(huà)至正常工況(kuang)時，其測點往(wǎng)往流量值逐(zhu)步由小流量(liàng)遞增至正常(chang)流量。當工況(kuang)流量低于三(sān)種儀🌂表可以(yǐ)測量的範圍(wei)内，會出現測(ce)量不準确的(de)🧡現象。對🌏于節(jie)流📞裝置，當雷(lei)諾數小于🐉5000時(shí)，精度就會遠(yuan)超0.55%;巴類流量(liang)元件對雷諾(nuò)數的要求不(bú)高，在保證滿(mǎn)管的情況下(xià)，若雷諾數低(di)，巴類流量元(yuan)件的輸出差(chà)壓會偏小，影(ying)響🧑🏾‍🤝‍🧑🏼差壓變送(sòng)器的測量精(jīng)度;渦街🆚流量(liang)計的最小雷(lei)諾數極限爲(wèi)10000。
4.5案例比較
　　針(zhēn)對某精餾工(gōng)段換熱器的(de)蒸汽流量測(ce)量，做了計🤩算(suan)對比🔞:
　　該位置(zhi)點管道壓力(lì)等級爲150#，管徑(jìng)250mm，蒸汽操作壓(ya)力爲0.4MPa，操☎️作☀️溫(wen)度爲❌151℃，蒸汽流(liu)量爲4000kg/h,允許壓(ya)損爲20kPao
　　節流裝(zhuang)置經過選型(xing)計算，采用滿(man)刻度壓差10kPa，正(zheng)常差壓爲🏒5kPa，開(kāi)孔直✌️徑比爲(wei)0.44，最大壓損爲(wèi)7.9kPa。一整套節流(liú)裝置🈲的采購(gou)安裝費用大(dà)緻在2.5萬元左(zuǒ)右。
　　巴類流量(liàng)元件經計算(suan)，其滿刻度差(cha)壓爲0.3kPa，正常差(chà)壓爲0.18kPa，最大壓(yā)損爲0.02kPa。其采購(gòu)安裝費用大(dà)緻在4.2萬元左(zuo)右。該處非振(zhèn)動管道，因此(ci)可以采用渦(wo)街流量計。渦(wō)街流量計經(jīng)過計🔅算，選用(yòng)縮徑爲150mm管徑(jing)的👣法蘭式流(liú)量計，其最大(dà)壓損爲2.9kPa。其采(cǎi)購安裝費用(yòng)大緻🔆在5萬元(yuán)左🐆右。
　　通過比(bǐ)較，可得結論(lùn):①節流裝置壓(yā)損最大，巴類(lei)流量元🔞件👉壓(ya)損最小。考慮(lǜ)長期運行能(néng)耗，巴類流量(liàng)元件經濟🈚性(xìng)最好，渦街次(ci)之;②節流裝置(zhì)選用 差壓變(biàn)送器 可采用(yòng)普通量程範(fàn)圍型，巴類流(liú)量元件選用(yòng)差壓變送器(qì)需采用微小(xiao)差壓測量型(xing)變送器，③當該(gāi)測點由開車(chē)工況變化至(zhì)正常工況時(shí)，流量高于51.57kg/h，節(jie)流式差壓流(liú)🌈量元件🛀🏻才能(neng)确保應有的(de)精度;流量高(gao)于802kg/h，渦街流量(liàng)計可以達到(dao)應有的精度(dù);流量高于1500kg/h，巴(ba)類流量元件(jian)輸出🔆能達到(dào)差壓變送器(qì)的精🈲度下限(xian)值;④若🧑🏽‍🤝‍🧑🏻考慮總(zǒng)承包采購成(chéng)本的限制，可(ke)選用節流裝(zhuāng)置測🈲量蒸汽(qi)流量。若考慮(lǜ)綜合💁采購及(ji)運行成本，包(bao)括長期🥰運行(háng)蒸汽壓力損(sun)失成本和冬(dōng)季保✌️溫伴熱(re)蒸汽成本，可(kě)選🚶‍♀️用渦街流(liú)量計。若遇⭐到(dao)蒸汽管線口(kǒu)徑增大至300mm以(yǐ)上，可考慮采(cai)用巴類流量(liàng)元件，此時巴(ba)類流量元件(jian)的采購成本(ben)将比其餘兩(liang)種流量計低(di)得多。
5結語
　　蒸(zhēng)汽流量儀表(biao)的選用非常(chang)重要，準确測(cè)量蒸汽流量(liàng)是生産部門(mén)的需要。随着(zhe)經濟的發展(zhǎn)，提高測量⛷️水(shui)平的呼聲越(yue)來越高。在實(shi)際選用中，設(shè)計人員需根(gēn)據蒸汽的性(xìng)質和工🌈況精(jing)度的要求、成(chéng)本核算等條(tiao)件來選擇适(shi)合的蒸汽儀(yi)表。節流裝置(zhi)、巴類流量🌏元(yuan)件和渦街流(liu)量計各有🏃‍♀️利(li)弊，需要充✔️分(fen)考慮工藝✏️、環(huán)境要求，合理(li)地選擇流量(liàng)計，才能保證(zheng)蒸汽計量的(de)準确性。

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