摘(zhai)要:由标(biao)準節流(liu)裝置組(zu)成的 差(cha)壓式流(liú)量計 在(zai)蒸汽計(jì)量上廣(guang)泛使用(yong),根據标(biao)準節流(liú)裝置 測(ce)量流體(tǐ)流量一(yī)般原理(li),分析了(le)蒸汽密(mì)度對蒸(zhēng)汽計量(liàng)的影響(xiang),比較了(le)蒸汽密(mì)度求取(qu)的兩種(zhong)方法,提(tí)出了一(yi)種寬量(liàng)程比蒸(zheng)汽計量(liàng)的方案(àn),并闡述(shù)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(zhong)重要的(de)工藝介(jie)質和二(er)次能源(yuán),也👨‍❤️‍👨是城(cheng)鎮市政(zhèng)供熱中(zhong)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(yong)量與日(rì)俱增,蒸(zhēng)汽消耗(hao)量成爲(wèi)生⭐産運(yun)行經濟(jì)考核的(de)重要指(zhǐ)标,蒸汽(qì)的準确(que)計量尤(you)爲重要(yao),在廣泛(fàn)🔞使用的(de)蒸汽計(jì)量器具(jù)中,由标(biāo)準節流(liu)裝置組(zǔ)成的差(cha)壓流量(liàng)計和渦(wo)街流量(liang)計是蒸(zheng)汽計量(liàng)器具的(de)主流選(xuǎn)擇。
　　節流(liu)裝置具(ju)有結構(gou)簡單、制(zhi)造容易(yi)、維護方(fāng)便、成本(běn)⛱️較低、可(ke)💞靠性高(gao)等優點(diǎn),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(jìn)行實流(liu)💁标定就(jiu)能得到(dào)較高的(de)測🌈量精(jing)度,節流(liú)裝置也(ye)存在測(ce)量範圍(wéi)小、壓力(li)損失大(da)、檢定周(zhōu)期短等(děng)不足。 渦(wō)街流量(liang)計 受工(gong)作原理(lǐ)、敏感元(yuan)件和結(jie)構的局(jú)限,在被(bei)測流體(ti)在溫度(dù)⭐、壓力高(gao)于一定(dìng)數值時(shí),管道或(huo)環境振(zhèn)動較大(dà)時,使用(yòng)渦街流(liú)量計測(ce)量存在(zai)困難［1］;渦(wo)街流量(liang)計的檢(jiǎn)定,要放(fàng)在流量(liang)标準裝(zhuāng)置上進(jìn)行,不僅(jǐn)拆裝、搬(bān)運、送檢(jiǎn)費事,而(er)且要⭕将(jiang)流量計(ji)停用較(jiào)長時間(jiān),檢定成(chéng)本和時(shi)間成本(ben)較高;渦(wo)街流量(liàng)計的成(cheng)本,在儀(yí)表口徑(jìng)增大時(shi)上升明(míng)顯,尤其(qi)是在流(liú)體溫度(dù)較高(T＞300℃)時(shí),價格劣(lie)勢👉尤爲(wèi)明顯。
　　因(yin)此渦街(jiē)流量計(ji)在上世(shì)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(bu)分市場(chǎng),但在高(gāo)溫、高壓(ya)流體,管(guan)徑較🏃🏻大(da)的測量(liàng)對象和(he)環境振(zhèn)動較大(da)的場😄合(hé),标準🥵節(jiē)流裝置(zhi)仍是不(bu)可替代(dài)的,尤其(qí)是⭕熱電(diàn)等行業(ye)仍然普(pǔ)遍使用(yong)标準節(jie)流裝置(zhi)。
1蒸汽密(mì)度
1.1标準(zhǔn)節流裝(zhuāng)置測量(liàng)流體流(liú)量一般(bān)原理
标(biāo)準節流(liú)裝置測(cè)量流體(ti)流量一(yī)般原理(lǐ)表達式(shì)爲［2］:

　　式中(zhong):qm爲質量(liang)流量,kg/s;C爲(wei)流出系(xi)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(cha)壓;ρ1爲被(bei)測流體(ti)密度;β爲(wèi)直徑比(bi),β=d/D,D爲管道(dào)🙇‍♀️内徑。
　　在(zai)式(1)中,β和(he)d爲常數(shù),C和ε1在一(yī)定的流(liú)量範圍(wei)之内也(yě)可看作(zuò)常數👨‍❤️‍👨,因(yin)此式(2)可(ke)簡化爲(wei):

　　從式(2)可(ke)清楚看(kàn)出,儀表(biao)示值同(tong)ρ1密切相(xiang)關。而蒸(zhēng)汽工況(kuàng)(溫度t,壓(ya)力P)的變(biàn)化,必然(ran)使ρ1産生(shēng)相應的(de)變化。因(yin)此,标準(zhun)節流裝(zhuang)置必須(xū)與用以(yǐ)求取蒸(zheng)汽密度(du)的工況(kuang)測量儀(yi)表配合(hé)☂️,并同計(jì)算部分(fèn)一起組(zu)成蒸汽(qi)質量流(liú)量計,才(cai)能保證(zheng)測🌍量精(jing)度。
1.2蒸汽(qi)密度求(qiu)取方法(fa)
　　水蒸汽(qi)的物理(lǐ)性質與(yu)理想氣(qì)體大不(bu)相同,不(bu)能采用(yòng)理想氣(qi)體狀态(tài)方程進(jìn)行密度(dù)補償,需(xū)先求取(qǔ)蒸汽密(mi)度再做(zuo)密度補(bǔ)償。蒸汽(qi)密度的(de)求取方(fang)法歸納(na)起來主(zhu)要是采(cai)用數學(xue)模型法(fǎ)和計算(suan)機查表(biǎo)法兩😘類(lei)［3］。
(1)數學模(mó)型法
①一(yi)次函數(shu)法。這種(zhǒng)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(wei)蒸汽密(mi)度,kg/m3;P爲蒸(zhēng)汽絕對(dui)壓力,MPa;A、B爲(wèi)系數和(hé)常數。
　　式(shi)(3)不足之(zhī)處是僅(jǐn)在較小(xiao)的壓力(lì)範圍内(nèi)變化适(shì)用,壓❄️力(lì)變🐇化🧑🏾‍🤝‍🧑🏼範(fàn)圍較大(da)時,由于(yú)誤差太(tai)大,就不(bu)适用了(le)。因爲👨‍❤️‍👨對(dui)于飽和(hé)蒸汽來(lai)說,ρ=f(P)是一(yī)條曲線(xiàn),用一條(tiao)直線拟(ni)合它,範(fan)圍越大(da),當然♈誤(wù)差越大(da)。
　　解決這(zhe)個矛盾(dun)的方法(fa)是分段(duàn)拟合,即(ji)在不同(tóng)的壓力(lì)段㊙️采用(yong)不同的(de)系數和(he)常數。表(biǎo)1所示爲(wèi)不同壓(yā)力段對(duì)應的不(bú)同✌️密度(du)計算式(shi)［4］。

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

　　式(shì)(4)描述的(de)是一條(tiao)曲線,用(yòng)它來拟(ni)合飽和(he)蒸汽ρ=f(P)曲(qǔ)線能得(de)💛到更高(gao)的精度(du),但是在(zài)壓力變(biàn)化範圍(wéi)較大的(de)情況下(xià),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(guò)熱蒸汽(qi)密度,其(qí)中著名(ming)的🛀🏻有烏(wu)卡諾維(wéi)奇狀态(tài)方程和(hé)莫裏爾(ěr)狀态方(fang)⛷️程,狀态(tai)方程的(de)計算公(gōng)式較爲(wèi)複雜,在(zai)儀表常(chang)用數據(jù)手冊及(jí)其他相(xiàng)關書籍(jí)資料中(zhong)均有描(miáo)述,這裏(lǐ)不做贅(zhui)述。
(2)計算(suan)機查表(biao)法現在(zai)國際上(shang)通用的(de)蒸汽密(mi)度表是(shi)💰根據“工(gong)業用1697年(nián)IFC公式”計(ji)算出來(lái)的。根據(jù)現有的(de)過熱☁️蒸(zhēng)汽密度(dù)表,查💚取(qǔ)與溫度(du)🔞、壓力相(xiang)對應的(de)過熱蒸(zhēng)汽密度(dù),對于蒸(zhēng)汽密度(du)表中兩(liǎng)點之間(jiān)的數據(jù),采用數(shu)學内插(chā)法處理(li)确定。
表(biǎo)2的過熱(re)蒸汽密(mì)度表中(zhōng),将壓力(lì)以0.1MPa爲間(jian)距劃分(fen)5個⛹🏻‍♀️區🍉間(jian),将溫度(dù)以10℃爲間(jian)距劃分(fen)爲7個區(qū)間,在壓(yā)力、溫度(du)區間内(nei)可采用(yong)線性内(nèi)插法計(jì)算求取(qǔ)蒸汽密(mi)度。例:過(guo)熱蒸汽(qì)實測壓(ya)力爲2.82MPa,實(shí)測溫度(dù)爲282℃,求取(qǔ)過熱蒸(zhēng)汽密度(dù)。


　　通用流(liu)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(fāng)法,采用(yong)計算機(jī)查表與(yǔ)線性👌内(nei)插相結(jié)⛱️合的🌈技(jì)術,能得(de)到人工(gōng)查表相(xiàng)同的精(jīng)度。
2寬量(liàng)程比計(jì)量方案(an)
　　蒸汽消(xiāo)耗受熱(re)負荷變(bian)化制約(yue),流量變(bian)化範圍(wei)廣,有時(shí)甚至隻(zhi)有滿量(liang)程的百(bai)分之幾(ji),如果要(yao)保證差(cha)壓💋式流(liú)量計在(zài)蒸汽計(ji)量全量(liàng)程範圍(wei)内的測(ce)量精度(dù)❤️,必須想(xiang)辦法擴(kuo)大差壓(ya)式流量(liang)計的量(liàng)程比。
　　标(biāo)準節流(liu)裝置測(ce)量範圍(wéi)不理想(xiang),這主要(yào)是由其(qí)測量原(yuán)理決定(dìng)的,由式(shì)(8)可知,對(dui)流量測(ce)量範圍(wéi)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(shi)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(chà)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(wu)法進一(yi)步減小(xiǎo)的原因(yin)是其精(jing)♍度并非(fei)可以任(ren)意确定(ding),而且受(shòu)膜盒面(mian)積、環境(jing)溫度以(yǐ)及長期(qī)漂🈲移等(děng)因素制(zhi)約,爲了(le)提高相(xiàng)對流量(liàng)較小時(shi)的差壓(ya)測量精(jing)度,另外(wai)增設一(yī)台低量(liàng)程差壓(yā)變送器(qi)是一個(ge)行之有(you)效的方(fang)法。
例如(rú),有一蒸(zheng)汽流量(liang)測量對(duì)象,最大(dà)流量100t/h,最(zuì)小流量(liàng)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(cheng)差壓變(bian)送器測(cè)量範圍(wei):0～100kPa,低量程(chéng)差壓變(bian)送器測(ce)量範圍(wéi):0～3.75kPa。兩台0.075級(ji)精🌈度等(deng)級的差(chà)壓變送(song)器,在雙(shuang)量程流(liu)量演算(suan)器的配(pèi)💃合下,選(xuan)定合适(shi)的高低(dī)量程切(qie)換點,在(zai)流量量(liàng)程3～100%範圍(wei)内,qmqm爲1.25%。
　　上(shàng)述寬量(liang)程比計(jì)量方案(àn)中,流量(liàng)測量不(bu)确定度(du)會🚩受标(biāo)準節🌐流(liu)裝置流(liú)出系數(shù)C非線性(xìng)和可膨(peng)脹系數(shu)🏒ε1偏離的(de)制✉️約［5］,采(cai)🏃用通☁️用(yong)流量演(yǎn)算器實(shi)時計算(suàn)流出系(xì)數C和㊙️可(kě)膨脹系(xi)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(yong)中普遍(bian)使用的(de)标準節(jie)流裝置(zhi)是标😘準(zhun)孔📐闆,标(biāo)準孔闆(pǎn)的入口(kou)直角銳(rui)利度在(zài)流體沖(chong)刷下易(yì)發生鈍(dun)化,國内(nèi)有關部(bu)門曾對(duì)新裝标(biāo)準孔闆(pan)進行跟(gēn)蹤校驗(yàn),在标準(zhun)孔闆連(lian)續使用(yòng)2－3個月時(shí),鈍化引(yin)起❗的流(liú)出系數(shu)偏度在(zai)🌂1－3%,個别嚴(yan)重的在(zài)4%以上💋,測(cè)量誤差(cha)明顯增(zeng)大。
　　解決(jué)标準孔(kong)闆鈍化(hua)問題的(de)最好方(fang)法是采(cǎi)用ISA1932噴嘴(zuǐ),如圖☁️1所(suǒ)示,ISA1932噴嘴(zuǐ)的入口(kou)爲光華(huá)曲面,不(bu)易磨損(sun),流出系(xì)數非常(chang)穩定,JJG640－2016檢(jian)定👌規程(cheng)規定ISA1932噴(pēn)嘴的檢(jiǎn)定周期(qi)爲4年,而(er)标準孔(kǒng)闆🚶檢定(ding)周期爲(wei)2年［6］。再者(zhě),噴✍️嘴在(zài)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(pǎn)的50～60%,有利(lì)于減小(xiao)能耗。長(zhǎng)期運行(hang)情況表(biao)明,由于(yú)噴嘴在(zai)結構上(shàng)的優勢(shì)具有耐(nai)沖擊抗(kàng)變形的(de)優點,适(shì)用于高(gāo)溫🔱、高壓(yā)、高流速(sù)的蒸汽(qi)介質。

4結(jie)語
　　由标(biao)準節流(liu)裝置組(zǔ)成的差(cha)壓式流(liú)量計,在(zài)蒸汽計(ji)量應用(yòng)中需将(jiang)經典技(jì)術與現(xiàn)代技術(shu)相結合(hé),合理地(di)選用流(liu)量計算(suàn)機✉️和ISA1932噴(pen)嘴,實現(xiàn)蒸汽工(gong)況密度(du)實時計(ji)算和在(zai)線補償(cháng)功能,克(ke)服傳統(tong)節流裝(zhuang)置量程(chéng)♉比小、阻(zǔ)力損失(shi)大、容易(yì)變形、檢(jiǎn)定周期(qī)短等缺(quē)點,以滿(man)足蒸汽(qì)計量寬(kuān)量程、精(jing)🙇‍♀️度和低(di)能耗的(de)新要求(qiú)。上述計(ji)量器具(ju)配備方(fang)案在蒸(zheng)汽計量(liàng)應用中(zhong)已日趨(qū)成熟,并(bìng)在石化(hua)、化工、熱(re)電、冶金(jin)以及城(cheng)市供熱(re)等行業(ye)中得到(dào)了廣泛(fan)應🏃🏻用。

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