摘要(yào)：結合 差壓(yā)式流量計(jì) 和 渦街流(liú)量計 的原(yuán)理，對節流(liu)裝置、巴類(lèi)流量元件(jian)和渦街流(liu)量計測量(liàng)蒸汽🤞流量(liàng)的主要影(yǐng)響因素進(jìn)行分析，并(bìng)根據🌈幾種(zhong)不同儀表(biao)的特點，分(fen)💔别就選型(xing)、安裝、經濟(ji)效益等方(fāng)面🏃進行分(fen)析，并總結(jié)幾種測量(liang)儀表的優(yōu)點與不足(zú)。
蒸汽是使(shǐ)用最廣泛(fan)的載熱工(gong)質，是重要(yao)的二次能(néng)源，蒸汽流(liú)量的測量(liàng)對加強管(guan)理、公平貿(mào)易、節約能(néng)源、提高經(jīng)濟效🛀益等(deng)方面都有(yǒu)重要意義(yì)。蒸汽流量(liang)測量方🈲法(fa)按工作原(yuán)理，可分爲(wèi)直接式和(he)推導式兩(liǎng)大類。現在(zai)廣泛使用(yong)的蒸汽流(liú)🙇🏻量計爲推(tui)導式，包括(kuo)⛷️節流裝置(zhì)、巴🐉類流量(liang)元件✉️及渦(wō)街流量計(jì)等，這些測(cè)🆚量方法有(you)各自的優(you)缺點，适用(yòng)于不同場(chang)合。
1節流裝(zhuang)置
　　節流式(shi)差壓流量(liàng)元件是一(yī)種曆史悠(you)久、用量最(zui)大🔴的流量(liang)計✂️。節流式(shì)差壓流量(liang)計依據流(liú)體流過節(jiē)流裝置，使(shǐ)部分壓力(li)能轉變爲(wei)動能産生(shēng)差壓的原(yuan)理來工作(zuo)。節流裝置(zhì)分爲标準(zhǔn)型和非标(biāo)準型兩大(dà)類。标準型(xíng)節流元件(jian)按照GB/T2624設計(ji)、制造、安裝(zhuāng)和使用，無(wú)需💛實流校(xiào)準。節流式(shi)差壓流量(liang)計可測量(liang)所有單向(xiang)流🔞，包括液(yè)、氣、蒸汽等(děng)。标準節流(liu)裝置世界(jiè)通用，并得(dé)到國際計(jì)量組織的(de)認可。
　　節流(liu)裝置見圖(tu)1。當流體通(tong)過标準節(jie)流裝置時(shí)，在1-I截面前(qián)，流體未受(shou)節流件的(de)影響，管道(dào)内流速分(fen)布均勻。管(guǎn)🔞道軸✔️心處(chu)和管壁處(chu)🈲的靜壓相(xiang)等。I-I截面後(hou)(約0.5D~2D)，流體開(kai)始✂️受節流(liú)件影響👈，靠(kao)近管壁處(chù)的🌈流體向(xiang)中心✌️加速(su)，平均流速(su)逐漸💁升高(gāo)，直至II-II截面(miàn)，流束❤️收縮(suō)到最小，平(ping)均流速達(da)到最大值(zhí)。自II-II截面後(hòu)，流束開始(shi)膨脹，直至(zhi)川-I截面，又(yòu)恢複到I-I截(jie)面前的情(qíng)況，此時平(ping)👅均流💜速逐(zhú)漸降低，與(yǔ)平均流速(su)❓相對應的(de)靜壓也由(yóu)低到高再(zài)恢複到低(dī)值。流🌈體在(zai)節流件前(qián)、後的🤟管壁(bi)附近形成(cheng)渦流，渦流(liú)即有橫向(xiàng)脈動，還有(you)逆向運動(dòng)，孔闆或噴(pēn)嘴的壓力(li)損✍️失高，就(jiu)是因爲渦(wo)流能量耗(hao)散造成的(de)。

　　式中，Z、p/ρ、Kv2/2分别(bie)表示單位(wei)質量流體(ti)在過流斷(duan)面上的位(wèi)能🐇、壓力能(neng)和🛀🏻動能的(de)平均值。εv212表(biǎo)示單位質(zhì)量流體的(de)平均能量(liang)💔損失💛。
推導(dǎo)出不可壓(yā)縮流體的(de)流量方程(chéng)式:

按照GB/T2624，流(liu)出系數C的(de)定義式爲(wei):

　　在一定的(de)安裝條件(jiàn)下給定的(de)節流裝置(zhì)，該C值僅與(yǔ)雷🎯諾數有(you)關，即C=f(ReD，節流(liu)件類型，D，β)。由(yóu)此，可以算(suan)出流出系(xì)數，進而得(de)到節流裝(zhuang)🤩置的選型(xíng)計算。
　　流出(chū)系數與雷(lei)諾數的關(guan)系見圖2。低(di)雷諾數區(qu)域屬于層(ceng)㊙️流區⛹🏻‍♀️，流體(ti)繞過限流(liu)孔後不會(hui)形成噴射(shè)現象，流出(chū)系數随雷(léi)☂️諾數增高(gāo)而增大;中(zhong)雷諾數區(qū)域内💃🏻流動(dòng)從層流發(fa)展到紊流(liu)，流出系數(shu)随雷諾數(shù)增高🔅而增(zēng)大的速度(du)緩慢。對于(yú)孔闆🔞，由于(yú)慣性作用(yong)加強💃，孔口(kǒu)處開始形(xing)成噴射，流(liu)束在孔口(kou)外産生縮(suō)流，因❤️此C值(zhi)下降;在高(gao)雷諾數區(qū)域，C值都趨(qu)于穩定，對(dui)于孔✔️闆，β值(zhí)越高，趨于(yu)穩定時的(de)雷諾數就(jiu)✨越高。

2巴類(lei)流量元件(jian)
　　巴類流量(liang)元件是一(yī)-種新型的(de)差壓式流(liu)量元件，采(cǎi)用差🥵壓式(shì)的工作原(yuan)理，插入式(shì)的安裝方(fāng)法。其通過(guò)😄一-根直徑(jìng)爲十幾毫(háo)✏️米的探頭(tóu)取壓，探頭(tóu)前後有二(èr)排不均勻(yún)分布的、若(ruò)幹個幾毫(háo)米的引壓(yā)孔。通過這(zhe)兩排孔将(jiāng)管道從上(shàng)🌈到下的不(bu)⚽同壓力在(zai)孔内取平(ping)✨均以構成(chéng)差⛱️壓。巴類(lei)流量元件(jian)精度高✌️，壓(ya)損小，對探(tan)頭磨損小(xiao)，在安👄裝合(hé)适的情況(kuàng)下，可以長(zhang)期保持精(jing)度。
巴類流(liu)量元件質(zhi)量流量的(de)計算公式(shi):

　　阻斷系數(shu)ζ隻與探頭(tou)結構有關(guan)。對于不可(ke)壓縮.介質(zhi)👉，由👅于壓損(sun)不🏃🏻會影響(xiang)密度的變(bian)化，膨脹系(xì)數ε爲1。對于(yu)可壓縮的(de)介質，随着(zhe)管道内壓(ya)力損失增(zeng).加和管道(dao)内靜壓的(de)減小，膨脹(zhang)系🈲數ε從1開(kāi)始，按照比(bǐ)例下降。

　　式(shì)中，Pp爲設計(jì)壓力，pg爲工(gong)況壓力，εg爲(wei)設計膨脹(zhang)系數，dp,爲♻️設(shè)🐅計差壓，當(dāng)前工況密(mi)度爲ρg。若介(jiè)質的實際(ji)工作狀㊙️态(tài)與設計狀(zhuang)态相近❌，使(shi)用理想氣(qi)體方程可(kě)以得到🐆足(zú)夠精度的(de)結✏️果:

3渦街(jie)流量計
　　 渦(wō)街流量計(ji)根據卡門(men)(Karman)渦街原理(lǐ)研究生産(chǎn)，渦街流量(liàng)計🔴壓損小(xiao)，量程範圍(wéi)大，精度高(gāo)，在測量工(gong)況體積流(liu)量時幾✔️乎(hu)不受流體(tǐ)密度、壓力(li)、溫度、粘度(dù)等參數的(de)影響，無可(kě)動機械零(ling)件，維護量(liàng)小。渦街流(liu)量計在流(liu)體中設置(zhi)三角柱型(xíng)旋渦發生(shēng)體，流體在(zài)管道中經(jing)過渦街流(liú)量計時，在(zài)三🌏角柱的(de)旋渦⭐發生(sheng)體後，上下(xià)交替産生(sheng)正比于流(liu)速的兩🐇列(lie)旋渦，旋渦(wō)的釋放頻(pin)率與流過(guo)旋渦發生(shēng)體🛀🏻的流體(tǐ)平均速度(du)及旋渦發(fa)生體特征(zheng)寬度有關(guān):

　　式中，f爲旋(xuán)渦的釋放(fàng)頻率;v爲流(liu)過旋渦發(fā)生體的流(liú)體😄平均速(su)度;d爲旋渦(wo)發生體特(tè)征寬度;St爲(wei)斯特勞哈(ha)爾數，範圍(wei)爲0.14～0.27，是雷諾(nuò)數的函數(shù)。

　　當雷諾數(shu)Re在102~10時範圍(wei)内，St值約爲(wei)0.2。在測量中(zhōng)，需滿足流(liú)體的雷諾(nuò)數在102~105,此時(shí)旋渦頻率(lǜ):

　　由此，通過(guò)測量旋渦(wo)頻率就可(kě)以計算出(chū)流過旋渦(wō)發生體‼️的(de)流體平均(jun1)速度v，再由(you)式q=vA，可以求(qiú)出流量q，其(qí)中A爲流體(tǐ)流過旋渦(wō)發生體的(de)截面積。
4三(sān)種流量計(ji)比較
4.1選型(xing)比較
　　标準(zhǔn)節流裝置(zhi)隻有在滿(mǎn)足以下條(tiao)件下，流量(liàng)系數👨‍❤️‍👨才與(yu)規範中提(ti)供的數據(ju)相符:①被測(ce)介質應充(chōng)滿全部管(guǎn)道截面連(lian)續地流動(dong);②管道内的(de)流速(流動(dòng)狀态)應是(shì)穩定的;③被(bèi)⛹🏻‍♀️測介質在(zai)通過節流(liu)裝置時，應(ying)不發生相(xiang)變;④節流裝(zhuāng)置前後有(yǒu)足夠長度(dù)的直管段(duan)。
　　巴類流量(liang)元件運用(yòng)廣泛，可以(yi)測量幹燥(zao)氣體、潮濕(shi)❓氣體、液體(ti)或🌐蒸汽的(de)介質，不受(shòu)介電常數(shu)的影響，适(shi)用通🐅徑廣(guǎng)。一-般用于(yú)❄️大口徑管(guǎn)道上蒸汽(qì)流量測量(liang)。
　　渦街流量(liàng)計可以在(zài)測量介質(zhi)流速0.5~12m/s範圍(wéi)内選用。渦(wō)街流量計(jì)的口徑不(bú)一定與工(gong)藝管道相(xiang)同，選型時(shi)考慮測量(liang)流量範圍(wéi)是否在流(liu)速範圍内(nei)，當管道流(liú)㊙️速偏低，需(xū)縮小儀表(biao)口徑，提高(gāo)流速，從而(ér)得到滿意(yì)的測量結(jie)果。
4.2安裝比(bi)較
　　節流裝(zhuang)置和巴類(lei)流量元件(jiàn)都需要與(yǔ)差壓 顯示(shì)儀 表連接(jie)，測量蒸汽(qì)時都采用(yong)伴熱保溫(wēn)來應對蒸(zheng)汽冬季凝(níng)結的情況(kuàng)，見圖3、圖4。節(jie)流裝置的(de)現場安裝(zhuang)條件要✊求(qiu)較高，需較(jiao)長的直管(guan)段，一般爲(wèi)前20D,後15D。巴類(lei)流量元件(jiàn)的前後直(zhi)管段要求(qiú)相對短一(yi)些，一般爲(wèi)前7D，後3D。節流(liu)裝置或巴(bā)類流量元(yuán)件與差壓(yā)顯示儀表(biǎo)之🧑🏾‍🤝‍🧑🏼間引壓(yā)管線亦爲(wei)薄弱環節(jie)，易産生洩(xiè)漏、堵塞及(jí)凍結、信号(hao)失真等故(gu)障。

　　巴類流(liú)量元件安(an)裝工作量(liàng)小。該探頭(tóu)采用的是(shì)插入式的(de)工作方式(shì)，安裝方便(biàn)、簡單。安裝(zhuang)的時候隻(zhī)要在現場(chǎng)直🈚接開🔞孔(kǒng)焊✊接即💃可(kě)，見圖5。


　　渦街(jie)流量計結(jié)構簡單、安(an)裝維護方(fang)便、無需導(dao)壓管和 三(san)閥組 ，減少(shao)了洩漏、堵(du)塞和凍結(jie)等。但是，渦(wō)街流量計(ji)對管道機(jī)械振動‼️敏(min)感，不宜用(yong)于強振動(dòng).的場所。渦(wō)街流量計(jì)的前後直(zhi)管段要求(qiu)前15D，後10D，通常(cháng)用于管徑(jìng)在300mm以下的(de)工況，見圖(tú)6。

4.3經濟性比(bi)較
　　節流式(shì)差壓流量(liang)計中的标(biāo)準孔闆結(jié)構易于複(fu)制，性能可(ke)靠📞，價格低(di)，無需實流(liú)校準就能(néng)夠使用;其(qí)測👨‍❤️‍👨量精度(dù)在流量計(ji)中屬于💜中(zhōng)等水平。由(you)于很多因(yīn)素影響錯(cuo)綜複雜，精(jing)度難以提(ti)高;測量範(fàn)圍窄，差壓(ya)信号與流(liú)量爲平方(fāng)關⭐系，量程(chéng)比僅爲3:1~4:1;孔(kǒng)闆或噴嘴(zui)的壓損較(jiao)大，能🌍耗高(gāo)。
　　巴類流量(liang)元件壓損(sun)較孔闆大(dà)幅減少，隻(zhi)有孔闆的(de)5%~10%，減小了系(xi)統的運營(yíng)成本。由于(yu)壓差小，則(zé)對應的差(cha)壓變送器(qì)選擇要求(qiu)提高，相應(yīng)增大了差(cha)壓變送器(qi)⭕的采購成(cheng)本。
　　渦街流(liu)量計壓損(sǔn)小，約爲節(jiē)流式元件(jian)的1/4，其儀表(biao)購置費用(yong)高，安🍓裝費(fei)用和運行(hang)費用較低(di)。
4.4精度與小(xiao)流量切除(chú)性能比較(jiào)
　　滿足規範(fàn)GB/T2426生産的節(jie)流式差壓(ya)流量計的(de)精度在+0.55%左(zuǒ)右;巴類流(liú)量🍉元件的(de)精度與前(qián)後直管段(duàn)有關，當前(qian)直管㊙️段長(zhang)度爲14D，後直(zhi)😍管段長度(du)爲3D時，精度(du)可以達到(dao)+0.5%，當前直管(guan)段爲7D，後直(zhi)管段爲3D時(shí)，精度可👣以(yǐ)達到+1%;而渦(wo)🍓街流量計(jì)🐆的精度在(zai)土1.0%，對于内(nei)縮徑型的(de)渦街流量(liang)🌂計，其精度(du)在🛀士1.35%左右(you)。
　　當某測點(dian)由開車工(gong)況變化至(zhì)正常工況(kuàng)時，其測點(diǎn)往往流量(liàng)值逐步由(yóu)小流量遞(dì)增至正常(chang)流量。當工(gong)況流量低(di)✔️于三種儀(yi)表可以測(cè)量的範圍(wei)内，會出現(xian)測量不📞準(zhǔn)确的現象(xiang)。對于節流(liu)裝置，當雷(léi)諾數小于(yu)5000時，精度就(jiù)會遠超0.55%;巴(ba)類流量元(yuan)件對雷諾(nuò)數的要求(qiú)不高，在保(bao)證滿管的(de)情況下，若(ruò)雷諾數低(di)，巴類流量(liang)㊙️元件的輸(shū)出差壓會(huì)偏小，影響(xiǎng)差壓變送(sòng)器的測量(liang)精度;渦街(jie)流量計💃🏻的(de)最小雷諾(nuò)數極限爲(wei)10000。
4.5案例比較(jiào)
　　針對某精(jīng)餾工段換(huàn)熱器的蒸(zheng)汽流量測(cè)量，做了計(ji)算對比🔴:
　　該(gāi)位置點管(guǎn)道壓力等(deng)級爲150#，管徑(jing)250mm，蒸汽操作(zuo)壓力爲0.4MPa，操(cāo)🛀🏻作溫度爲(wèi)151℃，蒸汽流量(liàng)爲4000kg/h,允許壓(yā)損爲20kPao
　　節流(liú)裝置經過(guo)選型計算(suan)，采用滿刻(kè)度壓差10kPa，正(zhèng)常差壓爲(wèi)5kPa，開孔♍直徑(jing)比爲0.44，最大(dà)壓損爲7.9kPa。一(yī)整套節流(liú)裝置的采(cai)❤️購安裝費(fei)用大‼️緻在(zài)⛱️2.5萬元左右(yòu)。
　　巴類流量(liàng)元件經計(jì)算，其滿刻(ke)度差壓爲(wei)0.3kPa，正常差壓(ya)🤟爲0.18kPa，最大😄壓(ya)損👅爲0.02kPa。其采(cǎi)購安裝費(fei)用大緻在(zai)4.2萬元左右(you)。該處非振(zhèn)動管道，因(yīn)此可以采(cǎi)用渦街流(liú)量計。渦街(jiē)流量計經(jing)過計算，選(xuan)用縮徑爲(wei)🌏150mm管徑的法(fǎ)蘭式流量(liang)計，其最大(dà)壓損爲2.9kPa。其(qi)采購安裝(zhuāng)費用大緻(zhi)在5萬元左(zuǒ)右。
　　通過比(bǐ)較，可得結(jie)論:①節流裝(zhuāng)置壓損最(zuì)大，巴類流(liu)量元件壓(ya)損最🤞小。考(kao)慮長期運(yun)行能耗，巴(ba)類流量元(yuan)件經濟性(xing)最⛹🏻‍♀️好，渦街(jie)次之;②節流(liú)裝置選用(yòng) 差壓變送(song)器 可采用(yòng)普通量程(chéng)範圍型，巴(ba)類流量元(yuán)件選用差(chà)壓變送器(qì)需采用微(wei)小差壓測(ce)量型變送(song)器，③當該測(ce)點由開車(chē)工🌐況變化(hua)至正常工(gōng)況時，流量(liang)高于51.57kg/h，節流(liú)式📞差壓流(liú)量元件才(cái)能确⁉️保應(ying)有的精度(du);流量高于(yú)802kg/h，渦♉街流量(liàng)計可以達(dá)到應有的(de)精度;流量(liàng)高于1500kg/h，巴類(lei)流量元件(jiàn)輸出能達(dá)到差壓💘變(biàn)送器的精(jing)度下限值(zhi);④若考慮總(zǒng)承包采購(gou)成本的限(xiàn)制，可選用(yòng)節流裝🔞置(zhi)測量蒸汽(qì)流量。若考(kao)慮綜合采(cai)購及運行(hang)成本，包括(kuò)長期運行(hang)蒸汽壓力(li)損失成本(ben)和冬季保(bǎo)👨‍❤️‍👨溫伴熱蒸(zhēng)汽❗成本，可(kě)選用渦街(jiē)流量計。若(ruò)遇到蒸汽(qì)管線口徑(jìng)增🌈大至300mm以(yi)上，可考慮(lǜ)采用巴類(lèi)流量元件(jian)，此時巴類(lèi)流量元件(jian)的采購成(cheng)本将比其(qí)餘兩種流(liu)量計低得(de)多。
5結語
　　蒸(zhēng)汽流量儀(yí)表的選用(yong)非常重要(yào)，準确測量(liàng)蒸汽流量(liang)是生産部(bù)🚶‍♀️門的需要(yao)。随着經濟(jì)的發展，提(ti)高測量水(shui)平的呼聲(shēng)越來越高(gao)。在實際選(xuǎn)用中，設計(jì)人員需根(gēn)據蒸汽的(de)性質和工(gong)況精度的(de)要求、成本(ben)核算等💜條(tiao)件來選擇(ze)适合的蒸(zheng)汽儀表。節(jie)流裝置、巴(bā)類流量元(yuán)件和渦街(jiē)☂️流量計各(ge)有利弊，需(xū)要充🙇🏻分考(kao)慮工藝🔞、環(huán)境要求，合(he)理💘地選擇(ze)流量計，才(cai)能保證蒸(zheng)汽計量的(de)準确性。

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