摘(zhāi)要:由标(biao)準節流(liu)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(biāo)準節流(liú)裝置 測(ce)量流體(ti)流量一(yi)般原理(lǐ),分析了(le)蒸汽密(mi)度對蒸(zhēng)汽計量(liang)的影響(xiang),比較了(le)蒸汽密(mi)度求取(qu)的兩種(zhǒng)方法,提(ti)出了一(yī)種寬量(liàng)程比蒸(zhēng)汽計量(liàng)的方案(an),并闡述(shu)了噴嘴(zui)在蒸汽(qi)計量上(shang)的應用(yòng)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(yuán)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻,也是城(chéng)鎮‼️市🔴政(zhèng)供熱中(zhōng)主要的(de)供熱介(jie)質。随着(zhe)工業⚽化(hua)和城鎮(zhèn)化的👌飛(fēi)速✨發展(zhan),蒸汽用(yòng)量與日(rì)俱增,蒸(zheng)汽消耗(hao)量成爲(wèi)生産運(yùn)行經濟(ji)考核的(de)重要指(zhǐ)标,蒸汽(qì)的準确(què)計量尤(yóu)爲重要(yào),在廣泛(fàn)使用的(de)蒸㊙️汽計(ji)量器具(jù)中,由标(biāo)準節流(liú)裝置組(zǔ)成的差(chà)壓流量(liàng)計和渦(wō)街流量(liang)計是蒸(zheng)汽計量(liang)器具的(de)主流選(xuan)擇。
　　節流(liú)裝置具(ju)有結構(gòu)簡單、制(zhì)造容易(yi)、維護方(fāng)便、成本(ben)較低、可(ke)靠性高(gāo)等優點(dian),按照标(biāo)準GB/T2624－2006設計(ji)、制造的(de)标準節(jie)流💋裝置(zhi),無需進(jin)行實流(liu)标定就(jiù)能得到(dào)較高的(de)測量精(jīng)度,節流(liú)裝置也(yě)存在測(ce)量範圍(wéi)小🌈、壓力(li)損失大(dà)、檢定周(zhou)期短等(děng)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(jú)限,在被(bèi)測流體(ti)在💃溫度(du)、壓力高(gāo)于一定(ding)數值時(shi),管道或(huò)環境振(zhèn)動較大(da)時🥵,使用(yong)渦街⚽流(liu)量計測(cè)量存在(zai)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(jin)行,不僅(jin)拆裝、搬(ban)運、送檢(jian)費事,而(er)且要将(jiang)流量計(ji)停用較(jiao)長時間(jian),檢定成(cheng)本和時(shí)間✍️成本(ben)較高;渦(wo)☁️街流量(liang)計的🔴成(chéng)本,在儀(yi)表口徑(jìng)增大時(shi)上升明(ming)顯,尤其(qi)是在流(liu)體溫度(du)較高(T＞300℃)時(shi),價格劣(liè)勢尤爲(wèi)明顯。
　　因(yīn)此渦街(jiē)流量計(jì)在上世(shi)紀70年代(dài)投入工(gong)業應用(yong)至💯今,雖(sui)然占領(lǐng)了标準(zhun)節流裝(zhuang)置的部(bù)分市場(chang),但在高(gao)🤩溫、高壓(yā)流✉️體,管(guan)徑較大(da)的測量(liàng)對象和(hé)環境振(zhèn)動較大(dà)的場⚽合(hé),标準節(jiē)流裝置(zhi)仍是不(bu)可替🈚代(dài)的,尤其(qi)是熱電(diàn)等行業(yè)仍然普(pǔ)遍使用(yong)标🙇‍♀️準節(jiē)流裝🥰置(zhi)。
1蒸汽密(mì)度
1.1标準(zhun)節流裝(zhuang)置測量(liang)流體流(liu)量一般(ban)原理
标(biao)準節流(liú)裝置測(ce)量流體(ti)流量一(yī)般原理(lǐ)表達式(shi)爲［2］:

　　式中(zhong):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(jie)流件的(de)㊙️開孔直(zhi)徑;ΔP爲差(cha)壓;ρ1爲被(bèi)測流體(ti)密度;β爲(wei)直徑比(bi),β=d/D,D爲管道(dao)内徑。
　　在(zai)式(1)中,β和(he)d爲常數(shu),C和ε1在一(yī)定的流(liú)量範圍(wei)之内也(yě)可看作(zuo)常數,因(yin)此式(2)可(kě)簡化爲(wei):

　　從式(2)可(kě)清楚看(kàn)出,儀表(biao)示值同(tong)ρ1密切相(xiàng)關。而蒸(zheng)汽工況(kuàng)(溫度📱t,壓(yā)👣力P)的變(bian)化,必然(rán)使ρ1産生(sheng)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(zhēng)汽密度(dù)的工況(kuang)測量儀(yí)🎯表配合(he),并同計(jì)算部分(fen)🈚一起組(zǔ)成蒸汽(qi)質量流(liú)量計,才(cai)🚶‍♀️能保證(zhèng)測量精(jīng)度。
1.2蒸汽(qì)密度求(qiú)取方法(fa)
　　水蒸汽(qi)的物理(li)性質與(yu)理想氣(qi)體大不(bú)相同,不(bú)能采用(yòng)❗理想氣(qi)體狀态(tai)方程進(jin)行密度(du)補償,需(xū)先求取(qǔ)蒸汽密(mi)度再做(zuò)密度補(bu)💜償。蒸汽(qi)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(fǎ)和計算(suan)機查表(biǎo)法兩類(lèi)［3］。
(1)數學模(mó)型法
①一(yi)次函數(shù)法。這種(zhong)方法的(de)顯著特(tè)點是簡(jiǎn)單,适用(yòng)飽和蒸(zheng)汽,其🈲表(biao)達式爲(wei):
ρ=AP+B(3)
　　式中:ρ爲(wèi)蒸汽密(mi)度,kg/m3;P爲蒸(zheng)汽絕對(duì)壓力,MPa;A、B爲(wei)系數和(hé)常數。
　　式(shi)(3)不足之(zhi)處是僅(jin)在較小(xiao)的壓力(lì)範圍内(nei)變化适(shi)用,壓力(lì)變化範(fan)圍較大(dà)時,由于(yú)誤差太(tài)大,就不(bú)适用了(le)。因爲對(duì)于飽和(hé)🆚蒸汽🈲來(lai)說🐅,ρ=f(P)是一(yi)條曲線(xian),用一條(tiao)直線拟(ni)合它,範(fàn)圍越大(da),當然誤(wù)差越大(dà)。
　　解決這(zhe)個矛盾(dùn)的方法(fa)是分段(duan)拟合,即(ji)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(yā)力段對(duì)應的不(bú)同密度(du)計算式(shì)［4］。

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

　　式(shi)(4)描述的(de)是一條(tiao)曲線,用(yong)它來拟(ni)合飽和(he)蒸汽ρ=f(P)曲(qu)線能得(de)到更高(gao)🏃‍♀️的精度(dù),但是在(zai)壓力變(bian)化範圍(wei)較大的(de)情況下(xia),仍有千(qian)分之幾(ji)的🏃🏻‍♂️誤差(chà)。
③狀态方(fang)程法。狀(zhuang)态方程(cheng)法用于(yú)計算過(guo)熱蒸汽(qì)密度,其(qi)中⛱️著名(ming)的有烏(wu)卡諾維(wéi)奇狀态(tài)方程和(hé)莫裏爾(er)狀态方(fang)程,狀态(tài)方程的(de)計算公(gong)式較爲(wei)複雜,在(zài)儀表常(chang)用數據(ju)手冊及(ji)其他相(xiang)關書籍(ji)資料中(zhōng)☎️均有描(miáo)述,這裏(li)不做贅(zhuì)述。
(2)計算(suàn)機查表(biao)法現在(zai)國際上(shàng)通用的(de)蒸汽密(mì)度表是(shì)根據😍“工(gōng)業用1697年(nian)IFC公式”計(ji)算出來(lai)的。根據(jù)現有的(de)過熱蒸(zheng)汽密度(du)🏃‍♂️表,查⛱️取(qǔ)與溫度(du)、壓力相(xiàng)對應的(de)過熱蒸(zheng)汽密度(du),對于蒸(zhēng)汽密度(dù)表中兩(liang)點之間(jian)的數據(ju),采用數(shù)學内插(chā)法處理(lǐ)确定。
表(biǎo)2的過熱(rè)蒸汽密(mì)度表中(zhōng),将壓力(li)以0.1MPa爲間(jiān)距劃分(fèn)5個區🔅間(jian),将溫度(du)以10℃爲間(jian)距劃分(fen)爲7個區(qu)間,在壓(ya)力、溫度(dù)區間内(nei)可🎯采用(yong)線性内(nei)插法計(ji)算求取(qu)蒸汽密(mì)度。例:過(guò)熱蒸汽(qì)實測壓(ya)力爲2.82MPa,實(shí)測溫度(dù)爲282℃,求取(qu)過熱蒸(zhēng)汽密度(dù)。


　　通用流(liú)量演算(suan)器可将(jiang)蒸汽密(mi)度表裝(zhuang)入其内(nèi)存中,在(zài)CPU的控🤟制(zhì)下,模拟(nǐ)人工查(chá)表的方(fang)法,采用(yong)計算機(jī)查表與(yu)線性内(nèi)插相結(jie)合的技(ji)術,能得(dé)到人工(gong)查表相(xiàng)同的精(jing)度。
2寬量(liang)程比計(ji)量方案(àn)
　　蒸汽消(xiāo)耗受熱(re)負荷變(biàn)化制約(yuē),流量變(bian)化範圍(wéi)廣,有🈲時(shi)甚🔆至隻(zhi)有滿量(liàng)程的百(bai)分之幾(jǐ),如果要(yao)保證差(chà)壓式流(liu)量計在(zai)蒸汽計(ji)量全量(liang)程範圍(wei)内的測(ce)量精度(du),必須想(xiǎng)辦法擴(kuo)大差壓(ya)式流量(liàng)計的量(liang)程比。
　　标(biao)準節流(liú)裝置測(ce)量範圍(wei)不理想(xiǎng),這主要(yào)是由其(qi)測量原(yuan)🆚理決定(dìng)☁️的,由式(shi)(8)可知,對(duì)流量測(cè)量範圍(wéi)度影響(xiang)最大♍的(de)因素是(shì)差壓測(ce)量不确(què)定度,其(qi)表達式(shì)爲
量測(cè)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(ce)⛷️量❓精度(dù),如果選(xuan)用的是(shi)0.075精度等(děng)級的差(cha)壓變送(song)器,隻有(yǒu)當差壓(yā)💛大于3.75%,即(ji)流量小(xiao)于19.36%FS時,才(cái)能保證(zheng)精度。
　　差(cha)壓變送(sòng)器 ,其差(cha)壓低端(duan)的示值(zhi)誤差無(wú)法進一(yī)步減小(xiao)的原因(yin)是其精(jing)度并🚩非(fei)可以任(rèn)意确定(ding),而且受(shou)膜盒面(mian)積、環境(jìng)溫度以(yǐ)及長期(qi)漂移等(deng)因素制(zhì)約,爲了(le)提高相(xiang)對流量(liàng)較小時(shí)的差壓(ya)測量精(jing)度,另外(wài)增設一(yi)台低量(liang)☀️程差壓(yā)變🏃🏻‍♂️送器(qi)是一個(ge)行之有(yǒu)效的方(fang)法。
例如(rú),有一蒸(zhēng)汽流量(liang)測量對(dui)象,最大(da)流量100t/h,最(zuì)小流量(liang)3t/h,常🚩用壓(yā)力1.1MPa,常🙇🏻用(yòng)溫度250℃,公(gong)稱通徑(jìng)DN500,高量程(chéng)差壓變(bian)送器🤞測(cè)量範圍(wei)🔞:0～100kPa,低量程(cheng)差壓變(biàn)🐪送器測(cè)量範圍(wéi):0～3.75kPa。兩台0.075級(ji)精💔度等(deng)級的差(cha)壓變送(song)器,在雙(shuang)量📱程流(liú)量演算(suàn)器的配(pei)合下,選(xuan)定合适(shi)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(liang)程比計(jì)量方案(an)中,流量(liang)測量不(bú)确定度(du)會受标(biao)準🌍節流(liu)裝置流(liú)出系數(shu)C非線性(xing)和可膨(péng)脹系數(shu)ε1偏離的(de)制約［5］,采(cai)🐆用通用(yòng)流📞量演(yan)算器實(shí)時計算(suàn)流出系(xi)數C和可(kě)膨脹系(xì)數ε1,對其(qí)影響🈲進(jìn)行在線(xiàn)修正。
3噴(pēn)嘴
　　目前(qián)蒸汽計(ji)量應用(yòng)中普遍(biàn)使用的(de)标準節(jie)流裝置(zhì)是🔴标準(zhun)💰孔🏃闆,标(biāo)準孔闆(pan)的入口(kou)直角銳(rui)利度在(zài)流體沖(chòng)刷下易(yì)發生鈍(dùn)化,國内(nèi)有關部(bu)門曾對(dui)新裝标(biāo)準孔闆(pǎn)進行跟(gēn)蹤校驗(yàn),在标準(zhun)孔闆連(lián)續使用(yong)2－3個月時(shi),鈍化引(yǐn)起❓的流(liú)出系數(shù)偏度在(zai)1－3%,個别嚴(yan)重的在(zài)4%以上,測(ce)量誤差(cha)明顯增(zēng)大。
　　解決(jué)标準孔(kǒng)闆鈍化(huà)問題的(de)最好方(fāng)法是采(cai)用ISA1932噴嘴(zuǐ),如🔱圖1所(suǒ)示,ISA1932噴💁嘴(zuǐ)的入口(kǒu)爲光華(hua)曲面,不(bú)易磨損(sun),流出✂️系(xi)數非常(chang)穩定,JJG640－2016檢(jiǎn)定規程(chéng)規定ISA1932噴(pēn)嘴的檢(jian)定周期(qī)爲4年,而(ér)标🌍準孔(kong)闆檢定(ding)周📞期爲(wei)2年🐕［6］。再者(zhe),噴嘴在(zai)相同流(liú)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(lì)于減小(xiǎo)能耗。長(zhǎng)期運行(hang)情況表(biǎo)明,由于(yú)噴嘴在(zài)結構上(shàng)的優勢(shi)具㊙️有耐(nai)沖擊抗(kang)變形的(de)🏃‍♀️優點,适(shì)用于高(gao)溫、高壓(ya)、高流速(su)的蒸🏃汽(qì)介質。

4結(jie)語
　　由标(biao)準節流(liu)裝置組(zu)成的差(chà)壓式流(liu)量計,在(zài)蒸汽計(ji)量應用(yong)中需将(jiang)經典技(jì)術與現(xiàn)代技術(shu)相結合(hé),合理地(dì)選用流(liu)☔量計算(suàn)機和ISA1932噴(pēn)嘴,實現(xiàn)蒸汽工(gong)況密度(du)實時計(ji)算和在(zài)線補償(chang)功能,克(ke)服傳統(tǒng)節流裝(zhuāng)置量程(cheng)比小、阻(zu)力損失(shī)大、容易(yi)變形、檢(jian)定周期(qī)短等缺(que)點,以滿(man)足蒸汽(qi)計量寬(kuan)量程、精(jing)度和低(dī)能耗👈的(de)新要求(qiú)。上述計(jì)量器具(ju)☎️配備方(fāng)案在蒸(zheng)汽計量(liàng)應用中(zhong)已🔞日趨(qu)成熟,并(bing)在石化(huà)、化工、熱(rè)電、冶金(jin)以及城(cheng)市供熱(rè)等行業(yè)中得到(dao)了廣泛(fàn)應用。

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