摘要:蒸汽流量的計(jì)量問(wèn)題是流量計(jì)量的難點(diǎn)。文章通過(guò)分析蒸汽流量計(jì)量的特點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)影響蒸汽流量計(jì)量的主要問(wèn)題，并提出提高蒸汽流量計(jì)量正確率的建議。
1蒸汽的特點(diǎn)
1.1飽和蒸汽流量計(jì)量中的“兩相流”問(wèn)題"
在石油化工的生產(chǎn)中,會(huì)用到多種壓力等級(jí)的蒸汽，就蘭州石化而言，從10MPa到0.6MPa總共有十余種等級(jí)的蒸汽，這些蒸汽大多數(shù)屬于過(guò)熱蒸汽或飽和蒸汽，用干度(指飽和蒸汽中的含水量多少)來(lái)衡量過(guò)熱蒸汽或飽和蒸汽,其含水量可忽略不計(jì);干度差的稱濕飽和蒸汽，含水量最多可達(dá)30%，這就存在著蒸汽的“兩相流”問(wèn)題。因?yàn)槿魏握羝?jì)量?jī)x表在計(jì)算飽和蒸汽流量時(shí)所用的設(shè)計(jì)壓力下的蒸汽密度值都采用其干度X=1時(shí)的數(shù)值，也就是干蒸汽的數(shù)值;同時(shí)，濕蒸汽因含有密度比干蒸汽大數(shù)百倍的液體水粒,在管道中流動(dòng)時(shí)其速度要比干蒸汽小,這樣所測(cè)得的差壓值就低了，反映在儀表讀數(shù)、記錄上就存在著密度和流速受干度影響所帶來(lái)的疊加性的雙重負(fù)誤差，并造成濕飽和蒸汽計(jì)量難度。
1.2蒸汽密度隨溫度壓力變化
計(jì)量飽和蒸汽或過(guò)熱蒸汽常用質(zhì)量流量，單位為kg/h或th。質(zhì)量流量大小與蒸汽的密度有關(guān)，而蒸汽的密度又直接受蒸汽的壓力及溫度影響。在蒸汽計(jì)量過(guò)程中，隨著蒸汽壓力及溫度不斷變化，密度也隨著變化，使質(zhì)量流量也隨著變化。如果計(jì)量?jī)x表不能跟蹤這種變化，就會(huì)造成計(jì)量誤差。在蒸汽計(jì)量過(guò)程中,一般都是通過(guò)壓力及溫度傳感器跟蹤蒸汽壓力及溫度變化來(lái)達(dá)到密度補(bǔ)償目的。飽和蒸汽的密度變化與其壓力或溫度成正比關(guān)系，因而單獨(dú)通過(guò)測(cè)壓力或測(cè)溫度都可以對(duì)飽和蒸汽進(jìn)行密度補(bǔ)償。過(guò)熱蒸汽的密度與其壓力、溫度成函數(shù)關(guān)系，而不是正比關(guān)系。過(guò)熱蒸汽的密度補(bǔ)償必須同時(shí)測(cè)其壓力和溫度。
1.3蒸汽流量計(jì)量中的高溫高壓?jiǎn)栴}
高溫高壓是蒸汽計(jì)量又一顯著特點(diǎn)，它造成大多數(shù)計(jì)量?jī)x表難以適應(yīng),因而可供蒸汽計(jì)量的儀表種類不多。例如西固熱電廠輸送的過(guò)熱蒸汽，5.0MPa高達(dá)450℃以上。使用蒸汽計(jì)量?jī)x表首先要考慮耐高溫、高壓，而且要求有良好的穩(wěn)定性、可靠性、密封性。
2影響蒸汽流量計(jì)量的主要問(wèn)題
蒸汽的計(jì)量不同于其它流體如水、空氣等介質(zhì)，在實(shí)際測(cè)量中影響其正確測(cè)量的因素比較多,歸結(jié)起來(lái)主要有以下五個(gè)方面。
2.1量程比不足
量程比是指一個(gè)流量計(jì)能確保給定的精度和再現(xiàn)性的范圍內(nèi)，所能測(cè)量的最大流量和最小流量之比。量程比是基于實(shí)際的流速,蒸汽系統(tǒng)一般的最大允許速度為35m/s。而不同的流量計(jì)允許的最低流速是不同的，一般渦街流量計(jì)所能測(cè)量的最低蒸汽流速為2.8m/s，對(duì)于量程比不足的情況，應(yīng)采用大量程比的流量計(jì)或選擇多個(gè)流量計(jì)并聯(lián)。當(dāng)然，也不是量程比越大越好，而是在測(cè)量精度相當(dāng)?shù)那疤嵯?保證長(zhǎng)期穩(wěn)定性和可靠性才是最重要的。
2.2.上下游直管段不足
對(duì)于傳統(tǒng)的渦街或孔板流量計(jì),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(huì)導(dǎo)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(gè)或兩個(gè)以上空間(立體)彎管所引起的。上下游直管段不足也可以通過(guò)安裝流動(dòng)調(diào)整器來(lái)調(diào)整,最簡(jiǎn)單有效的辦法是采用對(duì)上下游直管段要求較低的流量計(jì)。
2.3蒸汽的密度補(bǔ)償不正確
為了正確計(jì)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(bǔ)償。首先是補(bǔ)償精度的差異，測(cè)溫對(duì)補(bǔ)償精度影響較大。如采用相同精度等級(jí)的溫度和壓力感應(yīng)器,測(cè)溫誤差引起的密度差異要大于測(cè)壓誤差。其次是壓力測(cè)量影響因素,在蒸汽壓力的測(cè)量中,由于引壓管內(nèi)冷凝水的重力作用會(huì)使壓力變送器測(cè)量到的壓力同蒸汽壓力之間出現(xiàn)一定的差值。測(cè)壓誤差如果不予以校正，則會(huì)影響蒸汽密度的計(jì)算，引起流量計(jì)量的誤差。對(duì)于上述現(xiàn)象，可在二次表(流量計(jì)算機(jī)內(nèi))進(jìn)行零點(diǎn)遷移。最后是溫度測(cè)量影響因素，從流量計(jì)現(xiàn)場(chǎng)使用的情況來(lái)看，溫度測(cè)量誤差除了測(cè)溫元件的固有誤差之外,還同安裝的不規(guī)范有關(guān)。
2.4蒸汽干度的影響
目前,用于測(cè)量蒸汽流量的流量計(jì)大部分為體積流量計(jì),先是測(cè)得體積流量，然后通過(guò)蒸汽的密度計(jì)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(huì)低于實(shí)際的流量。因此流量計(jì)的二次儀表(流量計(jì)算機(jī))應(yīng)該具有設(shè)置飽和蒸汽干度的功能。但在實(shí)際工況下確定蒸汽的干度也很困難。如果能夠改進(jìn)蒸汽流量計(jì)入口處的蒸汽品質(zhì)，則能改進(jìn)蒸汽流量計(jì)的測(cè)量精度。
2.5差壓傳送誤差
一是零點(diǎn)漂移。差壓變送器安裝到現(xiàn)場(chǎng)投用后，往往發(fā)現(xiàn)零位輸出與校驗(yàn)時(shí)的零位輸出不一致。這種零位輸出偏離稱為靜壓誤差。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)可能出現(xiàn)的氣泡較快地升到母管內(nèi),管內(nèi)出現(xiàn)的雜質(zhì)等就可以較快地下沉到排污閥。
3如何提高蒸汽計(jì)量的準(zhǔn)確性國(guó)
3.1對(duì)蒸汽計(jì)量?jī)x表進(jìn)行正確選型
選擇蒸汽流量計(jì)量?jī)x表，首先要考慮量程問(wèn)題。有些是冬季用汽量相對(duì)大，而夏季用汽量相對(duì)較小，用汽量相差過(guò)于懸殊，那么蒸汽計(jì)量?jī)x表在保證測(cè)量正確率的前提下,蒸汽計(jì)量?jī)x表的流量范圍就難以適應(yīng)。因此，要明確最小流量(不是零)及最大流量,在此基礎(chǔ)上選擇符合相關(guān)運(yùn)行參數(shù)的計(jì)量?jī)x表。
3.2對(duì)蒸汽計(jì)量?jī)x表進(jìn)行正確安裝
對(duì)于任何計(jì)量?jī)x表都必須安裝正確，否則就無(wú)法正常工作。正確安裝蒸汽計(jì)量?jī)x表，必須做到五點(diǎn)。
①在所要安裝計(jì)量?jī)x表的前后必須留有足夠長(zhǎng)的直管段。
②蒸汽計(jì)量?jī)x表不能安裝在整套管路最低處。
③必須高度重視冷凝器的安裝:兩個(gè)冷凝器必須處于同一水平上,冷凝器的作用是使導(dǎo)壓管中被測(cè)蒸汽冷凝;并使正、負(fù)導(dǎo)壓管中的冷凝液面有相等高度;還必須保持長(zhǎng)期穩(wěn)定;還要充分考慮維護(hù)、拆換、吹掃便利。
④導(dǎo)壓管長(zhǎng)度最好在16m以內(nèi)，內(nèi)徑最好選用中10mm~016mm有防堵塞為好。導(dǎo)壓管全程保溫并確保正、負(fù)管處于同等溫度以免密度變化引起誤差。
⑤裝測(cè)溫元件地方最好在節(jié)流件下游側(cè)10D以外處,在管道或正壓管上取壓時(shí)，如壓力變送器裝在節(jié)流裝置下方，必須對(duì)壓力變送器的管路液柱值進(jìn)行修正，以提高計(jì)量正確率。
4蒸汽流量計(jì)在企業(yè)實(shí)際應(yīng)用中出現(xiàn)的問(wèn)題我公司
蒸汽流量計(jì)量主要是以差壓式流量計(jì)占多數(shù)，如:孔板流量計(jì)、威力巴流量計(jì)、文丘里流量計(jì)等。在實(shí)際應(yīng)用中,發(fā)現(xiàn)我公司接西固熱電廠“中壓蒸汽量差偏大，通過(guò)對(duì)供接雙方計(jì)量表選型、安裝及儀表內(nèi)部參數(shù)設(shè)置等進(jìn)行查看核實(shí)后,發(fā)現(xiàn)我方計(jì)量監(jiān)督表在安裝方面存在以下問(wèn)題:--是引壓管有滲漏現(xiàn)象;二是伴熱管溫度偏高，且距離引壓管太近，所以.造成計(jì)量誤差偏大。于是對(duì)引壓管滲漏進(jìn)行了密封處理,并對(duì)伴熱管的位置做了合理性的調(diào)整。通過(guò)2012年幾個(gè)月的觀察比對(duì),量差基本控制在允許誤差范圍之內(nèi)。計(jì)量?jī)x表誤差比對(duì)圖、表分別見(jiàn)圖1、表1.
5對(duì)蒸汽計(jì)量?jī)x表的維護(hù)
蒸汽計(jì)量?jī)x表在長(zhǎng)期運(yùn)行后,無(wú)論管道還是節(jié)流裝置都會(huì)發(fā)生變化，如結(jié)垢、磨損、腐蝕等;節(jié)流件是依靠結(jié)構(gòu)形狀及尺寸保持信號(hào)的正確率,任何幾何形狀尺寸的變化都會(huì)給測(cè)量帶來(lái)誤差。而測(cè)量誤差的變化并不能從信號(hào)中覺(jué)察到,因此必須對(duì)節(jié)流件進(jìn)行定期檢查;由于儀表長(zhǎng)期處在高溫、高壓的水蒸汽環(huán)境中，很容易造成表件損壞、銹蝕、雜質(zhì)阻塞等情況,因此需要經(jīng)常維護(hù)和定期檢修;引壓管線應(yīng)定期檢查維護(hù)，確保無(wú)泄漏無(wú)堵塞,引壓管的內(nèi)徑與被測(cè)流體的性質(zhì)和引壓管總長(zhǎng)度有關(guān)。為了避免正負(fù)壓引壓管內(nèi)介質(zhì)溫度不一致,導(dǎo)致密度出現(xiàn)差異，引起傳送失真，正負(fù)引壓管應(yīng)盡量靠近布置。當(dāng)用于室外或嚴(yán)寒地區(qū)時(shí),引壓管中的液體可能會(huì)結(jié)冰,因此如有需要伴熱保溫，應(yīng)避免將伴熱管直接繞在引壓管上,導(dǎo)致介質(zhì)部分汽化，出現(xiàn)虛假誤差。
由于我們的企業(yè)是連續(xù)生產(chǎn)性質(zhì)的,計(jì)量?jī)x表的維護(hù)、檢修一般是與大檢修同步進(jìn)行。在公司大檢修期間，要對(duì)孔板差壓式蒸汽流量計(jì)進(jìn)行檢查,特別要檢查孔板開(kāi)口的圓面是否銹蝕，有沒(méi)有附著臟物，要進(jìn)行清洗，對(duì)銹蝕嚴(yán)重的孔板要更換。如果幾何尺寸變化不大仍可繼續(xù)使用,也應(yīng)根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，以保證測(cè)量的正確。
6結(jié)束語(yǔ)
蒸汽的計(jì)量是一個(gè)困擾企業(yè)計(jì)量人員的難題，找到了一些規(guī)律性的東西，也為我們解決蒸汽計(jì)量問(wèn)題找到了一些辦法，但我們還是感覺(jué)蒸汽的計(jì)量還有許多待解決的難題，我們將在以后的工作實(shí)踐中不斷總結(jié),為更好地解決這一問(wèn)題不懈努力。
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