摘(zhāi)要：結合(hé) 差壓式(shì)流量計(ji) 和 渦街(jiē)流量計(ji) 的原理(li)，對節流(liú)裝置、巴(ba)類流量(liang)元件和(hé)渦街流(liu)量計測(ce)量蒸⭐汽(qì)✂️流量的(de)主要影(ying)響因素(sù)進行分(fen)析，并根(gēn)據幾種(zhǒng)📐不同儀(yí)表的特(te)點，分别(bié)就選型(xíng)、安裝、經(jing)濟效益(yi)🚶等方面(miàn)進行分(fèn)析，并總(zong)結幾種(zhong)測量儀(yí)表的優(you)點與不(bú)足。
蒸汽(qì)是使用(yòng)最廣泛(fan)的載熱(rè)工質，是(shì)重要的(de)二次能(néng)源，蒸汽(qi)流量的(de)測量對(dui)加強管(guǎn)理、公平(ping)貿易、節(jiē)約能源(yuan)、提高經(jing)濟效益(yì)等方面(mian)都有重(zhòng)要意義(yì)。蒸汽流(liu)量測量(liàng)方法按(àn)工👨‍❤️‍👨作原(yuán)理，可分(fèn)爲直接(jiē)式和推(tuī)導式兩(liǎng)大類。現(xiàn)在廣泛(fàn)使用的(de)蒸汽流(liu)量計爲(wèi)推導式(shi)，包括節(jiē)流裝置(zhì)、巴類流(liú)量元件(jian)🔞及渦街(jiē)流量計(ji)等，這些(xie)測量方(fang)法有各(ge)自的優(you)缺點，适(shì)用于不(bu)同場合(he)。
1節流裝(zhuang)置
　　節流(liu)式差壓(yā)流量元(yuán)件是一(yi)種曆史(shǐ)悠久、用(yong)量最大(dà)的流量(liàng)‼️計。節🛀流(liú)式差壓(yā)流量計(ji)依據流(liu)體流過(guo)節流💋裝(zhuāng)置，使部(bu)🙇‍♀️分壓🌈力(li)能🙇🏻轉變(biàn)爲動能(neng)産生差(cha)壓的原(yuan)理❌來工(gōng)作。節流(liu)裝置分(fèn)爲标準(zhǔn)型和非(fei)标🈲準型(xing)兩大類(lèi)。标準型(xíng)節流元(yuán)件按照(zhao)GB/T2624設計、制(zhì)造、安裝(zhuāng)和使用(yong)，無需實(shi)流校準(zhǔn)。節流式(shi)差壓流(liu)🧡量計可(ke)測量所(suo)有單向(xiàng)流，包括(kuò)液、氣、蒸(zheng)汽等。标(biao)準節流(liu)裝🆚置世(shi)界通用(yòng)，并得到(dao)國際計(ji)量組織(zhī)的認可(ke)。
　　節流裝(zhuāng)置見圖(tú)1。當流體(tǐ)通過标(biao)準節流(liú)裝置時(shí)，在1-I截面(miàn)🚶‍♀️前，流體(tǐ)未受節(jie)流件的(de)影響，管(guan)道内流(liú)速分布(bu)均勻。管(guǎn)道軸😘心(xin)處和管(guǎn)壁處的(de)靜壓相(xiàng)等。I-I截面(mian)後(約0.5D~2D)，流(liu)👈體開始(shǐ)㊙️受節流(liú)件影響(xiang)，靠近管(guǎn)壁處的(de)流體向(xiang)中心加(jia)速，平均(jun1)流速逐(zhú)漸👣升高(gāo)，直至㊙️II-II截(jie)面，流束(shu)收縮到(dào)最小，平(ping)均流速(sù)🔴達到最(zuì)大值。自(zì)II-II截面後(hou)，流💃束開(kāi)始膨脹(zhang)，直至川(chuān)-I截面⛷️，又(you)恢複到(dao)I-I截面前(qian)的情況(kuàng)，此時平(píng)均流✍️速(su)逐漸降(jiang)低，與平(ping)均流速(sù)相對應(ying)的靜壓(yā)也由低(di)到高再(zai)恢複到(dào)低值。流(liú)體在節(jie)流件前(qian)、後的管(guan)壁附近(jin)形成渦(wo)流，渦流(liú)即有橫(héng)向脈動(dong)，還有逆(ni)向運動(dong)，孔闆🔞或(huò)噴嘴的(de)壓力損(sun)失高，就(jiù)是因爲(wèi)渦流能(néng)量耗散(sàn)造成的(de)。

　　式中，Z、p/ρ、Kv2/2分(fen)别表示(shì)單位質(zhi)量流體(tǐ)在過流(liú)斷面上(shàng)的位💰能(neng)、壓力能(neng)和動能(néng)的平均(jun)值。εv212表示(shi)單位質(zhi)量流體(tǐ)的平均(jun1)能量損(sǔn)失。
推導(dǎo)出不可(ke)壓縮流(liu)體的流(liú)量方程(chéng)式:

按照(zhào)GB/T2624，流出系(xì)數C的定(ding)義式爲(wèi):

　　在一定(ding)的安裝(zhuāng)條件下(xia)給定的(de)節流裝(zhuang)置，該C值(zhí)僅與雷(lei)諾數有(you)關，即C=f(ReD，節(jie)流件類(lei)型，D，β)。由此(ci)，可以算(suàn)出流出(chū)系數，進(jin)🤞而得到(dào)節流裝(zhuang)置的🈲選(xuǎn)型計算(suàn)。
　　流出系(xì)數與雷(léi)諾數的(de)關系見(jian)圖2。低雷(lei)諾數區(qu)域屬♋于(yu)✊層流區(qū)，流體繞(rao)過限流(liu)孔後不(bu)會形成(chéng)噴射現(xiàn)象，流出(chū)系數随(sui)雷諾數(shù)增高而(er)增大;中(zhōng)雷諾數(shù)區域内(nei)💰流動從(cong)層流發(fā)展到紊(wen)♋流，流出(chū)系數随(suí)雷諾數(shù)增高而(ér)增大的(de)速度緩(huan)慢。對于(yú)孔闆⛹🏻‍♀️，由(you)于慣性(xing)作用加(jiā)強，孔口(kǒu)處開始(shi)形成噴(pen)射，流束(shu)在孔口(kou)外産生(shēng)縮流，因(yin)此C值下(xia)降;在高(gao)雷諾數(shù)區域，C值(zhi)都趨于(yu)穩定，對(dui)于孔闆(pan)，β值越高(gao)，趨于穩(wěn)定時的(de)雷諾數(shù)就越高(gāo)。

2巴類流(liu)量元件(jiàn)
　　巴類流(liu)量元件(jiàn)是一-種(zhǒng)新型的(de)差壓式(shì)流量元(yuán)件，采用(yong)差👣壓式(shì)的工作(zuo)原理，插(chā)入式的(de)安裝方(fāng)法。其通(tōng)過一-根(gēn)直徑爲(wei)十🚶幾毫(háo)米的⛱️探(tàn)頭取壓(yā)，探頭前(qián)後有二(èr)💚排不均(jun)勻分布(bu)⭐的、若幹(gan)個幾毫(hao)米的引(yǐn)🏃🏻壓孔。通(tōng)過這兩(liang)排孔将(jiang)管道從(cóng)上到下(xià)的不同(tong)壓力在(zài)孔内取(qu)平均以(yǐ)構成差(cha)壓。巴類(lei)流量元(yuan)件精度(dù)高🌈，壓損(sǔn)小，對探(tàn)頭磨損(sǔn)小，在安(ān)裝合适(shì)的情況(kuàng)下，可以(yi)長期保(bao)持精度(du)。
巴類流(liú)量元件(jiàn)質量流(liu)量的計(jì)算公式(shì):

　　阻斷系(xì)數ζ隻與(yu)探頭結(jie)構有關(guān)。對于不(bu)可壓縮(suō).介質，由(you)于🏃壓損(sǔn)🙇🏻不會影(yǐng)響密度(du)的變化(huà)，膨脹系(xi)數ε爲1。對(dui)于可壓(yā)㊙️縮的介(jie)質，随着(zhe)管道✨内(nèi)壓力損(sun)失增.加(jia)和管道(dao)内靜壓(yā)的減小(xiǎo)，膨脹系(xi)數ε從1開(kai)始，按照(zhao)比例下(xià)降。

　　式中(zhong)，Pp爲設計(jì)壓力，pg爲(wèi)工況壓(ya)力，εg爲設(shè)計膨脹(zhàng)系數，dp,爲(wèi)設計💯差(chà)壓，當前(qian)工況密(mi)度爲ρg。若(ruò)介質的(de)實際工(gōng)作狀态(tai)與🌂設計(jì)狀态相(xiang)近，使用(yong)理想氣(qi)體方程(cheng)可以得(de)到足夠(gòu)精度的(de)結果:

3渦(wō)街流量(liang)計
　　 渦街(jie)流量計(ji)根據卡(ka)門(Karman)渦街(jiē)原理研(yán)究生産(chan)，渦街流(liú)量計壓(yā)🌈損小，量(liàng)程範圍(wéi)大，精度(dù)高，在測(ce)量工況(kuàng)體積流(liu)量時幾(jǐ)乎不受(shòu)流🈲體密(mì)🈲度、壓力(lì)、溫度、粘(zhān)度等參(cān)數的影(ying)響，無可(kě)動機械(xiè)零件，維(wei)護量小(xiao)。渦街流(liú)量計在(zài)流體中(zhong)設置三(san)角柱型(xing)旋渦發(fā)生體，流(liu)體在管(guan)道中📐經(jing)過渦街(jie)流量計(jì)時，在三(sān)🌏角柱的(de)旋渦發(fā)生體後(hòu)，上下交(jiao)替産生(shēng)正比于(yú)流速的(de)兩👅列旋(xuan)渦，旋渦(wō)的釋放(fàng)頻率與(yu)流過旋(xuan)渦㊙️發生(sheng)體的流(liu)體平均(jun)速度及(ji)旋渦🔴發(fā)生體特(tè)征寬度(dù)有關:

　　式(shì)中，f爲旋(xuán)渦的釋(shi)放頻率(lǜ);v爲流過(guo)旋渦發(fā)生體的(de)流體平(ping)均速度(du)🐅;d爲旋渦(wō)發生體(ti)特征寬(kuan)度;St爲斯(sī)特勞哈(ha)爾數，範(fan)圍爲0.14～0.27，是(shi)雷諾數(shu)的😄函數(shu)。

　　當雷諾(nuò)數Re在102~10時(shi)範圍内(nei)，St值約爲(wèi)0.2。在測量(liang)中，需滿(man)足流體(ti)的雷諾(nuo)數在102~105,此(cǐ)時旋渦(wo)頻率:

　　由(yóu)此，通過(guo)測量旋(xuán)渦頻率(lǜ)就可以(yǐ)計算出(chu)流過旋(xuan)渦發生(sheng)體的😘流(liú)體平均(jun1)速度v，再(zai)由式q=vA，可(kě)以求出(chū)流量q，其(qí)中A爲流(liu)體流過(guo)旋渦發(fa)生體的(de)截面積(ji)。
4三種流(liú)量計比(bi)較
4.1選型(xing)比較
　　标(biāo)準節流(liu)裝置隻(zhi)有在滿(mǎn)足以下(xia)條件下(xià)，流量系(xì)數才與(yu)規範中(zhong)提供的(de)數據相(xiàng)符:①被測(ce)介質應(ying)充滿全(quán)💚部管道(dào)截面連(lián)續地流(liú)動;②管道(dào)内的流(liú)速(流動(dong)狀态)應(yīng)是穩定(dìng)的;③被測(ce)介質👈在(zai)通過節(jie)流裝置(zhi)時，應不(bu)發生相(xiàng)變;④節流(liú)裝置前(qian)👌後有足(zu)夠長度(dù)的直管(guan)段。
　　巴類(lèi)流量元(yuan)件運用(yong)廣泛，可(ke)以測量(liàng)幹燥氣(qi)體、潮濕(shī)氣體、液(yè)體或蒸(zheng)汽的介(jiè)質，不受(shou)介電常(cháng)數的影(yǐng)響，适用(yòng)通徑廣(guang)。一-般用(yòng)于大口(kou)徑管道(dào)上蒸汽(qì)流量測(ce)量🔞。
　　渦街(jiē)流量計(jì)可以在(zài)測量介(jiè)質流速(sù)0.5~12m/s範圍内(nei)選用。渦(wo)街流量(liàng)計的口(kǒu)徑不一(yī)定與工(gong)藝管道(dào)相同，選(xuǎn)型時考(kao)慮測量(liàng)🈲流量㊙️範(fàn)圍🆚是否(fǒu)在流速(sù)範圍内(nei)，當管道(dào)流速偏(pian)低，需縮(suo)小儀表(biao)口徑，提(tí)高流速(su)，從❗而得(dé)到滿意(yi)的測量(liàng)結果。
4.2安(an)裝比較(jiào)
　　節流裝(zhuang)置和巴(ba)類流量(liàng)元件都(dou)需要與(yǔ)差壓 顯(xian)示儀 表(biao)連接，測(ce)量蒸汽(qì)時都采(cai)用伴熱(re)保溫來(lái)應對蒸(zhēng)汽✔️冬🔞季(jì)凝結的(de)情況，見(jiàn)圖3、圖4。節(jiē)流裝置(zhi)的現場(chǎng)安裝條(tiáo)件要求(qiu)較👄高，需(xu)較長的(de)直管段(duan)，一般爲(wèi)前20D,後15D。巴(ba)類流💔量(liang)元件的(de)前後直(zhí)管段要(yào)求相對(duì)短一些(xiē)，一般爲(wei)前7D，後3D。節(jiē)流裝置(zhi)或巴類(lei)流量元(yuan)件與差(cha)壓顯示(shi)儀表之(zhi)💯間引壓(ya)管線亦(yì)爲薄弱(ruo)環👣節，易(yi)産生洩(xiè)⭕漏、堵塞(sāi)及凍🔞結(jie)、信号失(shi)真等🎯故(gù)障。

　　巴類(lèi)流量元(yuán)件安裝(zhuang)工作量(liàng)小。該探(tàn)頭采用(yòng)的是插(cha)入式的(de)工⛹🏻‍♀️作方(fang)式，安裝(zhuāng)方便、簡(jian)單。安裝(zhuāng)的時候(hou)隻要在(zai)現場直(zhí)☎️接開孔(kong)焊接即(ji)可，見圖(tú)5。


　　渦街流(liú)量計結(jie)構簡單(dān)、安裝維(wei)護方便(bian)、無需導(dao)壓管和(hé) 三閥組(zu) ，減少了(le)洩漏、堵(dǔ)塞和凍(dòng)結等。但(dàn)是，渦街(jiē)流量計(jì)對管🔞道(dào)機械🙇‍♀️振(zhèn)動敏感(gan)，不宜用(yòng)于強振(zhen)動.的場(chang)所。渦街(jie)流量計(jì)的前後(hou)直🌈管段(duàn)要求前(qian)15D，後10D，通常(chang)用于管(guan)徑在300mm以(yǐ)下的工(gōng)🔱況，見圖(tu)6。

4.3經濟性(xìng)比較
　　節(jie)流式差(cha)壓流量(liang)計中的(de)标準孔(kǒng)闆結構(gòu)易于複(fú)制🔞，性🈲能(neng)可靠，價(jià)格低，無(wú)需實流(liu)校準就(jiù)能夠使(shǐ)用;其測(cè)量精度(du)在👉流量(liang)計中屬(shu)于中等(deng)水平。由(yóu)于很多(duo)因素影(ying)響錯綜(zōng)複雜，精(jing)度難以(yǐ)提高;測(cè)量範🌏圍(wéi)窄，差壓(ya)信号與(yǔ)流量爲(wèi)平方關(guan)系，量程(chéng)比僅爲(wèi)3:1~4:1;孔闆或(huo)噴嘴的(de)壓損較(jiao)大，能耗(hao)高。
　　巴類(lèi)流量元(yuán)件壓損(sǔn)較孔闆(pan)大幅減(jian)少，隻有(yǒu)孔闆的(de)5%~10%，減🐇小了(le)系🏃🏻‍♂️統的(de)運營成(cheng)本。由于(yu)壓差小(xiao)，則對應(yīng)的差壓(yā)變送器(qì)選擇要(yao)求提高(gao)，相應增(zeng)大了差(cha)壓變送(song)器♌的采(cai)購成本(běn)。
　　渦街流(liu)量計壓(ya)損小，約(yuē)爲節流(liú)式元件(jian)的1/4，其儀(yi)表購置(zhì)費用高(gao)，安裝費(fei)用和運(yun)行費用(yong)較低。
4.4精(jīng)度與小(xiao)流量切(qiē)除性能(neng)比較
　　滿(man)足規範(fàn)GB/T2426生産的(de)節流式(shì)差壓流(liú)量計的(de)精度在(zài)+0.55%左右;巴(bā)類流量(liàng)元件的(de)精度與(yǔ)前後直(zhí)管段有(yǒu)關，當前(qian)直管段(duan)長度爲(wei)14D，後直管(guǎn)段🔞長度(du)爲3D時，精(jing)度可以(yi)達到+0.5%，當(dang)前直🌂管(guǎn)段爲7D，後(hòu)直管段(duan)爲3D時，精(jīng)度可以(yǐ)達到+1%;而(ér)渦🐅街流(liu)量計的(de)精度在(zai)土1.0%，對于(yú)内🔞縮徑(jing)型的渦(wo)街流量(liang)計，其精(jīng)度在👉士(shi)1.35%左右。
　　當(dang)某測點(diǎn)由開車(chē)工況變(biàn)化至正(zheng)常工況(kuang)時，其測(cè)點往往(wǎng)⛷️流量值(zhi)逐步由(yóu)小流量(liàng)遞增至(zhì)正常流(liu)量。當工(gōng)✊況流🚩量(liàng)低于三(sān)種儀表(biǎo)可以測(cè)量的範(fan)圍内，會(huì)出現測(cè)量不準(zhǔn)确的現(xian)象。對于(yú)節流裝(zhuāng)置，當🔴雷(lei)諾數小(xiao)于5000時，精(jīng)度就會(huì)遠超0.55%;巴(ba)💯類流量(liang)元件對(dui)雷諾數(shu)的要求(qiú)不高，在(zài)保證滿(man)管的情(qíng)況下，若(ruo)雷諾數(shu)低，巴類(lèi)流量元(yuan)件的輸(shu)出差壓(yā)會偏小(xiǎo)，影響差(chà)壓變送(sòng)器的測(cè)量精度(du);渦街流(liú)量計的(de)最小雷(léi)諾數極(jí)限爲10000。
4.5案(an)例比較(jiao)
　　針對某(mou)精餾工(gong)段換熱(rè)器的蒸(zheng)汽流量(liàng)測量，做(zuo)了計算(suàn)🔞對比♈:
　　該(gāi)位置點(diǎn)管道壓(ya)力等級(jí)爲150#，管徑(jing)250mm，蒸汽操(cāo)作壓力(lì)爲0.4MPa，操作(zuò)溫度爲(wei)151℃，蒸汽流(liú)量爲4000kg/h,允(yǔn)許壓損(sǔn)爲20kPao
　　節流(liu)裝置經(jīng)過選型(xíng)計算，采(cǎi)用滿刻(kè)度壓差(cha)10kPa，正常差(cha)壓爲5kPa，開(kai)🔴孔👅直徑(jìng)比爲0.44，最(zui)大壓損(sun)爲7.9kPa。一整(zhěng)套節流(liu)裝置的(de)采購安(ān)裝費👨‍❤️‍👨用(yong)大緻在(zai)2.5萬元左(zuo)右。
　　巴類(lèi)流量元(yuan)件經計(jì)算，其滿(man)刻度差(chà)壓爲0.3kPa，正(zheng)常差壓(yā)爲0.18kPa，最大(da)壓損爲(wèi)0.02kPa。其采購(gou)安裝費(fei)用大緻(zhì)在4.2萬元(yuan)左右。該(gai)處非振(zhen)動管道(dao)，因✌️此可(kě)以采用(yòng)渦街流(liú)量計。渦(wo)街流量(liang)計經過(guò)計算，選(xuan)用縮徑(jìng)爲150mm管徑(jìng)的法蘭(lan)式流量(liàng)計，其最(zui)大壓損(sun)爲2.9kPa。其采(cǎi)購安裝(zhuāng)費用大(dà)緻在5萬(wàn)元左右(you)。
　　通過比(bi)較，可得(de)結論:①節(jiē)流裝置(zhì)壓損最(zuì)大，巴類(lei)流量🌈元(yuan)件壓💋損(sǔn)最小。考(kao)慮長期(qī)運行能(neng)耗，巴類(lei)流量元(yuán)件經濟(jì)性最好(hao)，渦街次(ci)🔴之;②節💋流(liú)裝置選(xuan)用 差壓(yā)變送器(qi) 可采用(yòng)普通量(liang)程範圍(wei)型，巴類(lei)流量元(yuan)件選用(yòng)差壓🌍變(biàn)送器需(xu)🔴采🏃用微(wei)小差壓(ya)測量型(xíng)變送器(qi)，③當該測(cè)點由開(kai)車工況(kuàng)變化至(zhi)正常🐆工(gōng)況時，流(liu)量高于(yú)51.57kg/h，節流式(shi)差壓流(liu)量元件(jiàn)❌才能确(què)保應有(you)的精度(du);流量高(gao)于802kg/h，渦街(jiē)流量計(jì)✨可以達(da)到應有(yǒu)的精度(dù);流量高(gāo)💞于1500kg/h，巴類(lèi)流量元(yuan)件輸出(chu)能達到(dào)差壓變(biàn)送器的(de)精度下(xià)限值;④若(ruo)❗考慮總(zǒng)承包采(cǎi)購成本(ben)的限制(zhì)，可選用(yòng)節流裝(zhuāng)置測量(liang)蒸汽流(liu)🔴量。若考(kao)慮綜合(hé)采購及(jí)運行成(cheng)本，包括(kuo)長期運(yùn)行蒸汽(qi)壓力損(sun)失成本(běn)和冬季(jì)保🏃溫伴(ban)熱蒸汽(qì)成本，可(ke)選用渦(wo)街流量(liàng)計。若遇(yù)到蒸汽(qì)管線口(kǒu)📧徑增大(da)至300mm以上(shang)，可考慮(lǜ)采用巴(bā)類流量(liang)元件，此(cǐ)時巴類(lei)流✏️量元(yuan)件的采(cai)購成本(ben)将比其(qi)餘兩種(zhong)流量計(jì)低得多(duō)。
5結語
　　蒸(zhēng)汽流量(liang)儀表的(de)選用非(fei)常重要(yào)，準确測(cè)量蒸汽(qi)流量♉是(shì)🌍生産部(bu)門的需(xū)要。随着(zhe)經濟的(de)發展，提(ti)高測量(liang)水平的(de)呼聲越(yuè)來越🈲高(gao)。在實際(jì)選用中(zhōng)，設計人(ren)員需根(gēn)據蒸汽(qi)的性質(zhi)和工況(kuang)精度的(de)要求、成(cheng)本核算(suan)等❌條件(jiàn)來選🔅擇(zé)适合的(de)蒸汽儀(yi)表。節流(liu)裝置、巴(bā)類流量(liang)元件和(he)渦街流(liú)量計各(ge)有利弊(bi)，需要充(chong)分考慮(lǜ)工藝、環(huán)境要求(qiu)，合理地(di)選擇流(liu)量計⁉️，才(cái)能保證(zhèng)蒸汽計(ji)量的準(zhun)确性。

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