摘(zhāi)要:由标(biāo)準節流(liú)裝置組(zǔ)成的 差(cha)壓式流(liu)量計 在(zai)蒸汽計(jì)量上廣(guǎng)泛使用(yòng),根據标(biao)準節流(liú)裝置 測(ce)量流體(ti)流量一(yī)般原理(lǐ),分析了(le)蒸汽密(mi)度對蒸(zheng)汽計量(liàng)的👅影🐪響(xiang),比較了(le)蒸汽密(mi)度求取(qǔ)的兩種(zhong)方法,提(tí)出了一(yi)種寬量(liang)程比蒸(zhēng)汽計量(liang)的方案(àn),并闡述(shu)了噴🙇‍♀️嘴(zui)在蒸汽(qì)計量上(shàng)的應用(yong)優勢㊙️。
0前(qián)言
　　蒸汽(qi)是工業(yè)生産中(zhōng)重要的(de)工藝介(jiè)質和二(er)次能源(yuan),也是城(cheng)鎮市政(zhèng)供熱中(zhōng)主要的(de)供熱介(jie)質。随着(zhe)工業化(huà)和城鎮(zhen)化的✏️飛(fēi)速發展(zhǎn),蒸汽用(yong)量與日(rì)俱增,蒸(zheng)汽消耗(hao)量成爲(wei)生🧡産運(yun)行經濟(ji)考核的(de)重要指(zhi)标,蒸汽(qi)的準确(què)計量尤(you)爲重要(yao),在廣泛(fàn)👣使用的(de)蒸汽計(ji)量器具(jù)中,由标(biao)準節流(liu)裝置組(zǔ)成的差(cha)壓流🐪量(liàng)計和渦(wō)街🐆流量(liàng)計是蒸(zheng)❤️汽計量(liàng)器具的(de)主流選(xuǎn)擇。
　　節流(liu)裝置具(jù)有結構(gòu)簡單、制(zhi)造容易(yi)、維護方(fang)便、成本(ben)👈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(zhi),無需進(jin)行實流(liu)标定就(jiu)能得到(dào)較高的(de)測量精(jīng)度,節流(liu)裝置也(yě)存在測(cè)量範圍(wéi)小、壓力(lì)損失大(da)、檢定周(zhou)期短等(deng)不足。 渦(wo)街流量(liàng)計 受工(gong)作原理(li)、敏感元(yuán)件和結(jié)構的局(ju)限,在被(bèi)測流體(tǐ)在溫度(dù)、壓力高(gāo)于一定(ding)數值時(shi),管道或(huo)環境振(zhèn)動較大(da)時,使用(yòng)渦街流(liú)量計測(ce)量存在(zài)困難［1］;渦(wo)街流量(liang)計的檢(jian)定,要放(fàng)在流量(liàng)标準裝(zhuāng)置上進(jìn)行🔅,不僅(jǐn)拆裝、搬(ban)🌐運、送檢(jian)費事,而(er)且要将(jiang)流量計(jì)停用較(jiào)長時間(jiān),檢定成(cheng)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(shí)上升明(míng)顯,尤其(qí)是在流(liu)體溫度(dù)較高(T＞300℃)時(shi),價格劣(lie)勢尤爲(wei)明顯。
　　因(yin)此渦街(jie)流量計(ji)在上世(shì)紀70年代(dài)投入工(gōng)業應用(yòng)至今,雖(sui)然占📧領(lǐng)了标準(zhun)節流裝(zhuang)置的部(bu)分市場(chǎng),但在高(gao)溫、高壓(yā)流體,管(guǎn)🔅徑較大(dà)的測量(liang)對象和(he)環境振(zhen)動較大(dà)的場合(he),标準節(jie)流裝置(zhì)仍是不(bu)可替♍代(dài)的,尤其(qi)是熱電(diàn)等行業(ye)仍然普(pǔ)遍使用(yòng)标準節(jiē)流裝置(zhi)。
1蒸汽密(mi)度
1.1标準(zhǔn)節流裝(zhuang)置測量(liàng)流體流(liu)量一般(bān)原理
标(biao)準節流(liu)裝置測(ce)量流體(tǐ)流量一(yī)般原理(li)表達式(shi)爲［2］:

　　式中(zhōng):qm爲質量(liàng)流量,kg/s;C爲(wei)流出系(xì)數;ε1爲可(ke)膨脹系(xi)數;d爲節(jiē)流件的(de)開孔☎️直(zhí)徑;ΔP爲差(chà)壓;ρ1爲被(bèi)測流體(ti)密度;β爲(wei)直徑比(bǐ),β=d/D,D爲✂️管道(dào)内徑。
　　在(zài)式(1)中,β和(he)d爲常數(shù),C和ε1在一(yi)定的流(liu)量範圍(wéi)之内也(yě)可看作(zuò)常數,因(yīn)此式(2)可(kě)簡化爲(wei):

　　從式(2)可(ke)清楚看(kàn)出,儀表(biǎo)示值同(tóng)ρ1密切相(xiàng)關。而蒸(zhēng)汽工況(kuang)(溫度t,壓(ya)力P)的變(biàn)化,必然(rán)使ρ1産生(shēng)相應的(de)變化。因(yīn)此,标準(zhǔn)🔞節流裝(zhuāng)置必須(xu)與用以(yǐ)求取蒸(zheng)汽密度(dù)的工況(kuang)測量儀(yí)表配合(hé)⭕,并同計(jì)算部分(fen)一起組(zu)🌐成蒸汽(qi)質量✂️流(liu)量計,才(cai)能保證(zheng)測㊙️量精(jing)度。
1.2蒸汽(qì)密度求(qiu)取方法(fa)
　　水蒸汽(qì)的物理(li)性質與(yu)理想氣(qì)體大不(bú)相同,不(bú)能采用(yong)理想氣(qi)體狀态(tài)方程進(jin)行密度(dù)補償,需(xū)先求取(qu)蒸汽密(mi)度再做(zuo)密度補(bǔ)償。蒸🔞汽(qì)密度的(de)求取方(fāng)法歸納(nà)起來主(zhu)要是采(cǎi)用數學(xué)模型法(fa)和計算(suàn)機查表(biǎo)法兩類(lei)［3］。
(1)數學模(mo)型法
①一(yī)次函數(shu)法。這種(zhong)方法的(de)顯著特(te)點是簡(jian)單,适用(yòng)飽🐪和🌈蒸(zhēng)汽,其表(biao)達式爲(wèi):
ρ=AP+B(3)
　　式中:ρ爲(wèi)蒸汽密(mì)度,kg/m3;P爲蒸(zhēng)汽絕對(dui)壓力,MPa;A、B爲(wèi)系數和(he)常數。
　　式(shì)(3)不足之(zhi)處是僅(jǐn)在較小(xiǎo)的壓力(lì)範圍内(nèi)變化适(shì)用,壓力(li)🔴變🌈化範(fan)圍較大(da)時,由于(yú)誤差太(tai)大,就不(bú)适用了(le)。因爲對(dui)于👣飽和(he)蒸汽來(lai)說,ρ=f(P)是一(yi)條曲線(xian),用一條(tiáo)直線拟(ni)合它,範(fan)圍越大(da),當然誤(wu)差越㊙️大(dà)。
　　解決這(zhè)個矛盾(dùn)的方法(fǎ)是分段(duàn)拟合,即(jí)在不同(tong)的壓✨力(li)段采用(yòng)✔️不同的(de)系數和(he)常數。表(biao)1所示爲(wèi)不同壓(ya)力段對(dui)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼應的⚽不(bu)同密度(dù)計算式(shì)［4］。

②用指數(shù)函數拟(ni)合密度(du)曲線。使(shi)用較多(duō)的是:

　　式(shi)(4)描述的(de)是一條(tiáo)曲線,用(yòng)它來拟(nǐ)合飽和(he)蒸汽ρ=f(P)曲(qǔ)線能得(dé)到更高(gāo)的精度(du),但是在(zài)壓力變(bian)化範圍(wéi)較大的(de)💃🏻情況下(xia),仍有千(qian)📐分之🥵幾(jǐ)的誤差(chà)。
③狀态方(fang)程法。狀(zhuang)态方程(cheng)法用于(yu)計算過(guo)熱蒸汽(qì)密度,其(qi)中著名(ming)的㊙️有烏(wū)卡諾維(wei)奇狀态(tài)方程和(he)莫裏爾(er)狀态方(fang)程,狀🌏态(tai)方程的(de)計算公(gong)式較爲(wèi)複雜,在(zài)儀表常(cháng)♊用數據(jù)手冊及(ji)其他相(xiang)關書籍(jí)資料中(zhōng)均有描(miáo)述,這⭕裏(li)不做贅(zhui)📞述。
(2)計算(suàn)機查表(biǎo)法現在(zai)國際上(shàng)通用的(de)蒸汽密(mi)度表是(shi)根🏃‍♀️據🔴“工(gōng)業用1697年(nián)IFC公式”計(ji)算出來(lái)的。根據(ju)現有的(de)過熱蒸(zhēng)汽密度(du)表,查取(qu)與☔溫度(du)、壓力相(xiang)對應的(de)過熱蒸(zheng)汽密度(dù),對😄于蒸(zheng)汽密度(du)表中兩(liang)點之間(jian)的數據(jù),采用數(shu)🙇🏻學内插(chā)法☎️處理(lǐ)确定。
表(biao)2的過熱(re)蒸汽密(mi)度表中(zhong),将壓力(lì)以0.1MPa爲間(jiān)距劃分(fèn)5個🛀🏻區🌐間(jian),将㊙️溫度(du)🍓以10℃爲間(jiān)距劃分(fèn)爲7個區(qu)間,在壓(ya)力、溫度(du)💔區間内(nèi)可采用(yong)線性内(nèi)插💰法計(jì)算求取(qu)蒸汽密(mi)度。例:過(guò)熱蒸🛀汽(qì)實測壓(ya)力爲2.82MPa,實(shi)測溫😍度(du)爲282℃,求✂️取(qu)過熱蒸(zheng)汽密度(dù)。


　　通用流(liú)量演算(suàn)器可将(jiang)蒸汽密(mì)度表裝(zhuāng)入其内(nei)存中,在(zài)CPU的控❤️制(zhi)下㊙️,模拟(nǐ)人工查(chá)表的方(fang)法,采用(yòng)計算機(ji)查表與(yu)線性🙇‍♀️内(nèi)插相結(jie)合的技(ji)術,能得(de)到人工(gōng)查表相(xiang)同的精(jīng)度。
2寬量(liang)程比計(ji)量方案(an)
　　蒸汽消(xiāo)耗受熱(re)負荷變(biàn)化制約(yuē),流量變(bian)化範圍(wei)廣,有時(shí)甚至隻(zhī)有滿量(liàng)程的百(bǎi)分之幾(jǐ),如果要(yào)保證差(cha)壓式流(liú)量計在(zài)蒸汽計(jì)量全量(liàng)程範圍(wei)内的測(ce)量精度(du),必須想(xiang)🆚辦法擴(kuò)🈲大差壓(yā)式流量(liàng)計的量(liang)程比。
　　标(biāo)準節流(liú)裝置測(ce)量範圍(wéi)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(dui)流量測(cè)量範圍(wei)度影響(xiang)☀️最大的(de)因素是(shì)差壓測(cè)量不确(què)定度,其(qi)表達式(shì)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(xuǎn)用的是(shì)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(jí)流💰量小(xiao)于19.36%FS時,才(cai)能保證(zheng)精度。
　　差(chà)壓變送(sòng)器 ,其差(chà)壓低端(duan)的示值(zhí)誤差無(wú)法進一(yī)步減小(xiǎo)的原因(yīn)是其🈚精(jing)💁度并非(fei)可以任(rèn)意确定(dìng),而且受(shou)膜盒面(miàn)積、環境(jìng)溫度以(yi)及長♍期(qī)漂移等(deng)因素制(zhì)約,爲了(le)提高相(xiang)對流量(liang)較小時(shí)的差壓(yā)測㊙️量精(jing)度,另外(wai)增設一(yi)台低量(liàng)程差壓(ya)變🚶‍♀️送器(qi)是一個(ge)行之有(you)效的方(fāng)法。
例如(ru),有一蒸(zheng)汽流量(liàng)測量對(duì)象,最大(da)流量100t/h,最(zui)小流量(liàng)3t/h,常用壓(ya)🙇🏻力1.1MPa,常用(yong)溫度250℃,公(gong)稱通徑(jing)DN500,高量程(cheng)差壓變(bian)送器測(ce)量範圍(wéi):0～100kPa,低量程(chéng)差壓變(biàn)送器測(ce)量範圍(wéi):0～3.75kPa。兩台0.075級(jí)精度等(deng)級♍的差(cha)壓變送(song)器,在雙(shuang)量程流(liú)量演算(suan)器的配(pèi)合下,選(xuan)定🙇‍♀️合适(shì)的高低(dī)量程切(qie)換點,在(zai)流量量(liang)程3～100%範圍(wei)内,qmqm爲1.25%。
　　上(shàng)述寬量(liàng)程比計(ji)量方案(an)中,流量(liang)測量不(bú)确定度(dù)會受标(biao)準節流(liu)裝置流(liú)出系數(shu)C非線性(xìng)和可膨(peng)脹系數(shù)❗ε1偏離的(de)制約［5］,采(cai)用通用(yòng)流量演(yǎn)算器實(shí)時計算(suan)流出系(xi)數C和😘可(kě)膨脹🔞系(xì)數ε1,對其(qi)影響進(jin)行在㊙️線(xiàn)修正。
3噴(pēn)嘴
　　目前(qián)蒸汽計(jì)量應用(yong)中普遍(bian)使用的(de)标準節(jiē)流裝置(zhi)♉是标準(zhǔn)🔆孔闆,标(biao)準孔闆(pan)的入口(kou)直角銳(ruì)利度在(zài)流體沖(chòng)刷下易(yì)發生鈍(dùn)化,國内(nèi)💃有關部(bù)門曾對(dui)新裝标(biao)準孔闆(pan)進行跟(gēn)蹤校驗(yan),在标準(zhun)孔⚽闆連(lián)續使用(yong)2－3個月時(shí)☎️,鈍化引(yin)起的流(liu)出系數(shu)偏度在(zai)1－3%,個别嚴(yan)重的在(zài)4%以上,測(ce)量誤差(chà)明顯增(zeng)大。
　　解決(jue)标準孔(kong)闆鈍化(hua)問題的(de)最好方(fāng)法是采(cai)用ISA1932噴嘴(zui),如圖㊙️1所(suo)㊙️示🔞,ISA1932噴嘴(zuǐ)的入口(kou)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(cheng)🔱規定ISA1932噴(pēn)嘴的檢(jian)定周期(qi)爲4年,而(ér)标準孔(kǒng)闆💜檢定(ding)周期爲(wèi)2年［6］。再者(zhě),噴嘴在(zai)相同流(liu)量和相(xiàng)同β值條(tiao)件下,永(yong)久壓力(lì)損失比(bǐ)孔闆小(xiao)得多,僅(jin)爲孔闆(pan)的❗50～60%,有利(li)于減小(xiao)能耗。長(zhǎng)期運行(háng)情況表(biǎo)明,由于(yu)噴嘴在(zài)結構上(shàng)的優勢(shì)具㊙️有耐(nai)沖擊抗(kang)變🔞形的(de)優點,适(shi)用于高(gao)溫⚽、高壓(ya)、高流速(su)的蒸🔞汽(qi)介質。

4結(jie)語
　　由标(biāo)準節流(liu)裝置組(zu)成的差(cha)壓式流(liú)量計,在(zai)蒸汽計(ji)量⭐應🍓用(yong)中需将(jiāng)經典技(ji)術與現(xian)代技術(shu)相結合(he),合理地(dì)選用流(liu)量計算(suan)機和ISA1932噴(pēn)🚶嘴,實現(xian)蒸汽工(gong)況密度(du)實時計(jì)算⭐和在(zài)線補償(chang)功能,克(ke)服傳統(tǒng)節流裝(zhuang)置量程(cheng)比小、阻(zǔ)力損失(shi)大、容易(yi)變形、檢(jiǎn)定周期(qi)短等缺(quē)點,以滿(mǎn)足蒸汽(qi)計量寬(kuān)量程、精(jīng)🤩度和低(di)能耗的(de)新要求(qiú)。上述計(ji)量器具(ju)🈲配㊙️備方(fāng)案在蒸(zheng)汽計量(liàng)應用中(zhōng)已日趨(qū)成熟,并(bìng)在石化(hua)、化工、熱(rè)電👅、冶金(jīn)以及城(chéng)市供熱(re)等行業(ye)中得到(dao)了廣泛(fan)應用。

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