摘要(yao)：詳細介(jiè)紹了蒸(zhēng)汽汽錘(chui)的成因(yin)和汽錘(chui)的5種具(jù)🙇‍♀️體的物(wù)理形态(tai)。在此基(ji)礎上，安(an)裝在蒸(zhēng)汽管線(xiàn)上的 渦(wo)街流量(liang) 和 孔闆(pǎn)流量計(ji) 的設計(ji)選型，進(jin)行了詳(xiang)細的比(bi)較和分(fen)析。并對(dui)比了蒸(zhēng)汽流✊量(liang)測量的(de)種不同(tóng)的溫壓(yā)補償設(she)計方案(àn)。然後，對(duì)🌈氣動球(qiu)閥和氣(qi)動單座(zuo)閥在蒸(zheng)汽工況(kuang)下的應(yīng)用也進(jìn)行了深(shēn)入探讨(tǎo)。最後，指(zhǐ)✍️出了于(yú)蒸汽工(gōng)況下流(liú)量計和(hé)氣動開(kāi)關閥設(she)計選型(xing)的若幹(gàn)建議。
1.概(gai)述
　　化工(gong)行業經(jīng)常使用(yong)飽和蒸(zheng)汽對工(gōng)藝介質(zhi)進行加(jia)🔞熱，因此(ci)蒸汽管(guǎn)線在化(hua)工廠裏(lǐ)随處可(kě)見。蒸汽(qi)管線中(zhong)的🧑🏾‍🤝‍🧑🏼飽和(hé)蒸汽很(hen)容☀️易發(fa)生冷凝(níng)，并形成(chéng)冷凝水(shui)。如果蒸(zheng)汽管線(xian)過📱長，且(qie)未進行(háng)合理支(zhī)撐☔，那麽(me)，在重力(li)的作用(yòng)下，管道(dào)的中間(jiān)部分會(huì)🈚下垂，并(bìng)在蒸汽(qi)管線🏃🏻‍♂️停(tíng)用後，積(jī)存一部(bu)分冷凝(ning)水。蒸汽(qi)疏水閥(fá)設置和(he)安裝的(de)不合理(li)，也會導(dǎo)緻蒸汽(qi)管路的(de)排水不(bú)暢🤟。當蒸(zhēng)汽管線(xian)再次啓(qi)用🏃‍♀️時，入(rù)管道的(de)蒸汽和(he)積存在(zai)管道内(nèi)的冷凝(níng)水相遇(yù)，就會在(zai)管道内(nèi)形成汽(qì)錘。汽錘(chuí)會對安(ān)裝在蒸(zheng)汽管線(xian)上的設(shè)備、儀表(biao)和閥門(men)造成破(pò)壞。此外(wài)，蒸汽的(de)溫度也(yě)較高。在(zài)工程設(shè)計中，對(dui)這些不(bu)利因素(sù)都應加(jiā)以考慮(lü)和防範(fan)。
2.汽錘的(de)物理形(xíng)态
　　汽錘(chuí)有以下(xia)5種主要(yào)的物理(li)形态：
1）蒸(zheng)汽管線(xiàn)裏積存(cún)的冷凝(ning)水，在蒸(zheng)汽的加(jiā)熱下快(kuài)速蒸發(fa)，使得🌂管(guan)道内的(de)氣體體(tǐ)積迅速(sù)膨脹，壓(ya)力上升(shēng)，從而對(dui)安裝在(zai)管線上(shang)的儀表(biao)和閥門(mén)形成壓(ya)力沖🍉擊(jī)。
2）蒸汽流(liú)速過快(kuai)，部分蒸(zheng)汽沖入(ru)積存的(de)冷凝水(shui)之中，使(shi)得🏃🏻中間(jian)一段管(guan)道全部(bu)被蒸汽(qì)占據，而(er)兩側則(ze)仍然是(shì)冷凝水(shui)，當這部(bu)分蒸⭐汽(qì)在冷凝(ning)水中發(fā)生冷凝(níng)時，形成(cheng)局部真(zhen)💛空，使冷(lěng)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼凝水從(cóng)兩頭向(xiàng)中間快(kuai)速流動(dong)，填補真(zhen)空，并發(fa)生激烈(lie)碰撞，在(zài)管線中(zhōng)産生較(jiao)大🏃的壓(yā)強和沖(chòng)擊波。
3）冷(leng)凝水在(zài)管線底(di)部，被進(jin)入管線(xian)的蒸汽(qi)吹動，向(xiang)下遊流(liú)動，像海(hai)水被海(hai)風吹拂(fú)着，形成(cheng)了海浪(làng)。當管線(xiàn)上的開(kai)關閥關(guān)閉過于(yú)迅速時(shí)，流動的(de)冷凝水(shuǐ)漣漪🌈，也(yě)會如海(hai)浪疊加(jia)撞擊岸(an)邊的峭(qiào)壁一樣(yàng)，疊加撞(zhuang)擊并損(sun)壞開關(guan)閥的閥(fa)💃内件。
4）如(rú)果蒸汽(qì)管線上(shàng)的開關(guān)閥打開(kāi)過快，則(zé)閥後的(de)冷凝水(shuǐ)有可能(neng)會被高(gāo)速流動(dong)的蒸汽(qi)吹起，如(ru)子彈一(yi)般的，撞(zhuàng)擊💃🏻下遊(yóu)的管件(jiàn)和儀表(biao)，并造成(cheng)相應的(de)損壞。
5）如(rú)果蒸汽(qì)管線上(shàng)的開關(guān)閥打開(kāi)過快，蒸(zheng)汽流速(su)較快，則(ze)蒸汽會(hui)和原積(jī)存在管(guǎn)線内的(de)，低溫的(de)冷凝水(shui)混合在(zai)一起，并(bing)在冷凝(níng)水内部(bu)形成由(you)蒸汽構(gòu)成的氣(qì)泡，當這(zhe)些蒸汽(qì)氣泡破(po)裂時，周(zhou)圍的冷(lěng)凝水在(zài)瞬間填(tián)補蒸汽(qì)氣泡破(po)裂後形(xing)成的空(kong)間，形成(chéng)高壓強(qiang)，并破壞(huai)臨近的(de)管件、閥(fá)門和儀(yi)表。這個(gè)過程有(you)點類似(si)于氣蝕(shi)裏的空(kong)化。
3.渦街(jiē)流量計(jì)和孔闆(pǎn)流量計(jì)分别應(yīng)用于蒸(zhēng)汽管線(xiàn)
　　渦街流(liu)量計通(tong)常是利(lì)用差動(dong)電容，測(cè)量漩渦(wō)發生🔴體(tǐ)🈲後産生(sheng)的卡門(mén)渦街的(de)漩渦頻(pín)率，從而(er)推算出(chū)被測流(liú)體的流(liu)量。其量(liang)程比💜大(da)緻爲10∶1。孔(kǒng)闆流量(liang)計則是(shì)🈲通過測(ce)量孔闆(pan)前後的(de)壓差，由(you)伯努利(lì)方程（孔(kǒng)闆兩側(ce)的壓差(chà)的開方(fang)值，與流(liú)經孔闆(pǎn)的流體(tǐ)的流量(liang)成💃🏻正比(bi)），推算出(chu)流體的(de)流量。其(qí)量程比(bǐ)比渦街(jie)流量計(ji)👌狹窄，大(dà)緻爲3∶1。當(dāng)渦街流(liú)量計和(hé)孔闆流(liu)量計分(fèn)别應用(yòng)在蒸汽(qì)管線上(shang)時：
1）渦街(jiē)流量計(jì)測量漩(xuán)渦的差(cha)動電容(rong)是完全(quan)處于蒸(zheng)汽管線(xiàn)内部的(de)。因此，差(chà)動電容(rong)幾乎時(shí)刻處于(yú)高溫✔️之(zhī)中，其使(shi)用壽命(ming)較短。孔(kǒng)闆流量(liang)計分兩(liang)種：一體(tǐ)化孔闆(pǎn)流量計(jì)和帶冷(leng)凝罐的(de)孔闆流(liú)量計。一(yi)體化孔(kong)🤩闆流量(liàng)計的差(chà)壓測量(liàng)元件，在(zai)管道上(shang)方💰，并不(bu)在管道(dào)内。而帶(dai)冷凝罐(guan)的孔闆(pǎn)流量計(ji)，其差㊙️壓(ya)測量元(yuan)件🔞，隻接(jie)觸冷凝(ning)罐内的(de)冷凝水(shuǐ)，與蒸汽(qì)是完全(quan)隔絕的(de)⁉️。因此，孔(kǒng)闆流量(liang)計差壓(yā)測量元(yuan)件的👄使(shǐ)用壽命(mìng)較長👌。
　　渦(wo)街流量(liang)計通過(guo)可動部(bù)件（通常(cháng)爲機械(xiè)件極小(xiao)的位☁️移(yí)），去檢測(ce)❗卡門渦(wō)街的漩(xuan)渦，并通(tōng)過機械(xiè)傳動，将(jiāng)這一♌物(wu)理位移(yí)傳遞給(gěi)差動電(diàn)容。當蒸(zheng)汽管線(xian)内發生(sheng)汽錘時(shi)，該可動(dòng)部件将(jiang)受到較(jiao)大的📱沖(chong)擊力，有(yǒu)可能發(fa)生永久(jiu)形變。同(tong)時，差動(dòng)電容本(ben)身也可(ke)能被該(gai)♉可動部(bu)件傳來(lái)的力直(zhi)接破壞(huài)，從而導(dǎo)緻渦街(jie)流量計(jì)傳感器(qì)損✨壞。而(ér)孔闆流(liú)量計則(zé)沒有任(rèn)何可動(dong)部件。且(qie)安裝在(zài)管道内(nèi)，作爲孔(kǒng)闆流量(liang)🚩計一次(ci)測量部(bù)🤩件的孔(kǒng)闆，機構(gòu)簡單，非(fei)常堅固(gu)。因此，孔(kong)闆🔱流量(liàng)計很難(nán)被汽錘(chuí)打壞。
　　當(dang)汽錘發(fā)生時，蒸(zhēng)汽管線(xian)内的蒸(zheng)汽受到(dào)壓力波(bō)的幹⚽擾(rǎo)，流場發(fā)生紊亂(luan)，管線本(běn)身也強(qiáng)烈震動(dòng)。這會嚴(yán)重幹👉擾(rǎo)卡門渦(wo)街的🈚穩(wěn)定☁️生成(cheng)，從而影(yǐng)響渦街(jie)流量計(ji)的正常(chang)測量✏️。當(dāng)然，對渦(wō)街流量(liang)計兩側(ce)的管道(dào)，進行額(e)外的加(jia)固支撐(chēng)，可以在(zai)一定程(chéng)度上減(jian)輕渦街(jiē)流量計(jì)的震動(dòng)。但卻無(wú)法消除(chú)，臨近管(guǎn)道内所(suo)發生的(de)汽錘所(suǒ)帶來的(de)管道内(nèi)蒸汽流(liú)場本身(shēn)的紊亂(luan)和波動(dòng)。而對孔(kǒng)闆流量(liàng)計來說(shuo)，汽錘所(suǒ)産生的(de)管道震(zhen)動🐪和流(liú)場紊亂(luàn)，并不會(hui)影響孔(kong)闆前後(hòu)✉️的壓差(chà)，也就不(bu)會影響(xiǎng)孔闆流(liu)量計進(jìn)行準确(que)可靠的(de)流量測(ce)量♊。
4.蒸汽(qì)流量測(ce)量的溫(wēn)壓補償(cháng)
　　蒸汽管(guan)線流量(liang)計設計(jì)選型的(de)另一個(gè)要點是(shi)溫壓補(bǔ)償。蒸汽(qì)在化工(gōng)生産中(zhōng)的主要(yào)作用是(shì)對工藝(yi)介✍️質進(jin)行加熱(re)，工藝設(she)計師🚶和(he)生産操(cāo)作員所(suǒ)關心的(de)是蒸汽(qi)的質量(liang)流量，而(er)不是體(ti)積流量(liàng)✉️。但渦街(jie)流量計(ji)和孔闆(pan)流量計(ji)都✉️是體(ti)積流量(liàng)計，無法(fa)直接測(ce)量質量(liàng)流量。因(yīn)此，必須(xū)對渦街(jiē)流量計(jì)和孔闆(pǎn)流量計(ji)的測量(liàng)結果進(jin)行溫壓(ya)補償。過(guò)熱蒸汽(qi)的溫度(dù)和壓力(li)沒有對(duì)應關系(xì)，需對過(guo)熱蒸汽(qi)的體積(ji)流量同(tóng)時✏️進🛀🏻行(háng)溫度補(bu)償和壓(yā)力補償(chang)。飽和蒸(zheng)汽的溫(wen)度和壓(yā)力是一(yi)一對應(ying)的，隻需(xū)對飽和(he)蒸汽的(de)體積流(liu)量進行(hang)單一的(de)溫度補(bu)償或壓(ya)力補償(chang)即可。
　　溫(wen)壓補償(chang)有兩種(zhong)方案。第(di)一種是(shi)在流量(liàng)計内集(jí)成溫度(du)測⭐量和(hé)壓力測(cè)量元件(jian)，并在變(bian)送器内(nèi)進行溫(wēn)壓補償(chang)計算，然(rán)🐪後将補(bǔ)償🍓後的(de)質量流(liu)量信号(hào)傳給集(ji)散控制(zhì)系統（DCS）。第(di)二種🛀方(fāng)案是在(zài)管線❓上(shàng)加裝溫(wen)度變送(song)器和🈲壓(yā)力變送(song)器，然後(hòu)将測得(de)的壓力(lì)信号，和(he)蒸汽流(liú)量計測(cè)得的補(bǔ)償前的(de)體積流(liu)量信号(hao)，一起上(shang)傳DCS，并在(zài)DCS内☂️根據(ju)公式進(jin)行溫📐壓(ya)補償計(ji)算。
　　對過(guò)熱蒸汽(qì)來說，僅(jǐn)有個别(bie)品牌的(de)渦街流(liú)量計和(he)孔闆流(liú)量計，同(tóng)時集成(cheng)了溫度(du)測量和(hé)壓力測(cè)量的功(gōng)能，而這(zhe)些型号(hao)的💛流量(liàng)計價格(ge)也較貴(guì)。當溫度(du)或壓力(lì)測量元(yuan)件損壞(huài)後，需更(geng)換整個(ge)流量計(jì)，則更換(huan)成本和(hé)備品備(bèi)件成🧡本(ben)都非常(cháng)昂貴。而(er)采用第(dì)二種設(she)計方案(àn)，不但采(cǎi)購和更(geng)🏃🏻‍♂️換成本(ben)低，同時(shi)，也可将(jiāng)過熱蒸(zheng)汽管線(xian)内的溫(wēn)度和壓(ya)力信号(hao)一起上(shang)傳至DCS。有(you)利于生(sheng)産操作(zuò)人員更(geng)好的掌(zhang)握蒸💛汽(qì)管線内(nèi)的實際(ji)工況。
　　對(dui)飽和蒸(zhēng)汽來說(shuo)，可提供(gòng)單一溫(wēn)度補償(chang)的渦街(jiē)流量計(jì)或🈲孔闆(pǎn)流量計(jì)都較爲(wei)常見，采(cǎi)購和更(geng)換成本(ben)都相🈚對(duì)較低。且(qiě)采用第(di)一種方(fang)案可以(yi)簡化設(shè)計，減少(shao)施工現(xiàn)場的施(shi)工量和(he)未來運(yun)行階🔞段(duan)的維護(hu)工♌作量(liang)，因此相(xiang)對較爲(wèi)合理。
5.球(qiu)閥切斷(duàn)閥和單(dan)座切斷(duàn)閥分别(bié)應用于(yu)蒸汽管(guǎn)線
　　與管(guǎn)道專業(yè)不同，儀(yí)表專業(ye)通常不(bú)會選擇(ze)單座閥(fa)🔱作爲氣(qi)動切斷(duan)閥。這不(bú)僅僅是(shi)因爲單(dan)座閥所(suo)占用的(de)安裝空(kong)間較大(da)，也是因(yīn)爲單座(zuo)閥的開(kai)關速度(dù)比球閥(fá)更慢。但(dàn)在蒸汽(qì)管線上(shàng)，和氣動(dong)球閥相(xiàng)比，氣動(dòng)單座切(qie)斷閥卻(que)有若幹(gàn)優勢：
蒸(zhēng)汽汽錘(chui)的破壞(huài)力驚人(rén)，實際工(gong)業生産(chan)中，不止(zhi)一次發(fa)生過閥(fa)門被汽(qì)錘打壞(huai)的案例(lì)。球閥的(de)閥體和(he)閥芯比(bǐ)較✉️單薄(báo)，所用鋼(gāng)材較少(shao)，結構相(xiàng)對脆弱(ruò)。而單座(zuò)閥的閥(fa)體和閥(fa)芯用料(liao)厚實🧑🏾‍🤝‍🧑🏼，結(jié)構堅固(gù)。當汽錘(chui)發生在(zai)切斷閥(fa)附近時(shi)，閥體和(hé)閥内件(jian)會承受(shòu)較大的(de)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻沖擊力(li)。此時，單(dān)座閥會(huì)比球閥(fá)更加堅(jiān)固可靠(kào)，不容易(yì)被汽錘(chui)打壞。
　　閥(fá)芯和閥(fá)座間密(mi)封的可(kě)靠性和(hé)密封面(miàn)上的密(mi)封壓力(li)有很㊙️大(dà)的關系(xi)。球閥分(fen)浮動球(qiú)球閥和(he)固定球(qiú)球閥兩(liang)種。浮動(dòng)球球閥(fá)關閉時(shi)，依靠上(shàng)下遊的(de)壓差✂️來(lái)實現閥(fá)芯和閥(fá)座間的(de)密封，固(gù)定球球(qiu)閥關閉(bì)時，依靠(kào)閥座🧑🏾‍🤝‍🧑🏼内(nèi)的彈簧(huang)來實現(xian)密封，這(zhe)兩種密(mi)封力相(xiang)對都較(jiào)小。而單(dan)座閥則(zé)依靠執(zhí)行機構(gou)🏃🏻的輸出(chu)力，将閥(fá)芯壓在(zai)閥座上(shàng)。因此，隻(zhī)要選🐅擇(ze)合适的(de)執行機(ji)構，就能(neng)在單座(zuo)閥閥芯(xīn)閥座處(chu)獲得較(jiào)大的密(mi)封壓力(lì)，從而改(gai)善閥座(zuo)處的🧑🏽‍🤝‍🧑🏻密(mì)封性。當(dang)蒸汽管(guan)💔線🚩停用(yong)時，單座(zuo)閥的密(mì)封性更(gèng)好，洩😘漏(lou)到下💞遊(you)管道的(de)蒸汽量(liang)就較少(shao)，管道内(nei)的凝結(jié)水也會(huì)随之減(jian)少。當蒸(zhēng)汽管線(xiàn)🌈再次啓(qǐ)用時，汽(qì)錘的發(fa)生概㊙️率(lǜ)也會更(geng)低。
　　當蒸(zheng)汽通過(guo)球閥時(shi)，閥内溫(wen)度上升(shēng)，球閥的(de)閥球和(he)閥座會(hui)發生熱(rè)膨脹，但(dan)由于鋼(gang)材用料(liào)量的不(bú)同，閥球(qiu)和閥座(zuo)的膨脹(zhàng)程度也(yě)會有所(suǒ)不同。這(zhe)樣一來(lai)，閥球就(jiu)有可能(neng)被閥座(zuò)抱死無(wú)法😘動作(zuo)。而直行(hang)程的單(dān)座閥，其(qi)打開時(shi)，閥芯直(zhi)接提升(shēng)，離開閥(fa)座。閥芯(xīn)和閥座(zuo)之間不(bú)存在靜(jìng)摩擦力(li)，不會被(bèi)抱死，因(yīn)此不存(cún)在球閥(fá)那樣的(de)問題。
6.結(jié)束語
　　發(fā)生在蒸(zhēng)汽管線(xiàn)内的汽(qì)錘有5種(zhong)主要的(de)物理形(xíng)态，并🐇且(qie)會對安(an)裝在蒸(zheng)汽管線(xiàn)上的儀(yi)表和閥(fá)門造成(cheng)❌破壞🈚。孔(kong)闆💔流量(liang)計在📱管(guǎn)道内沒(mei)有測量(liàng)元件和(hé)可動部(bu)件，其🤩測(cè)量也不(bú)受管道(dào)震動和(hé)流體紊(wen)亂的影(yǐng)響，因此(cǐ)，在量程(chéng)比允許(xǔ)🐉的情況(kuang)下☔，比渦(wo)街流量(liang)計更适(shi)合應用(yòng)于蒸汽(qi)流量測(ce)量。蒸汽(qi)流量的(de)💃🏻測量需(xu)進行溫(wen)壓補償(chang)，對過熱(re)蒸汽而(ér)言，應在(zai)管道上(shang)安裝獨(du)立的溫(wēn)度變送(song)器和壓(ya)力變送(sòng)器，然後(hou)在DCS上進(jin)行補償(cháng)計算。而(ér)對飽和(hé)蒸汽來(lái)說，可在(zai)渦街流(liú)量計或(huò)孔闆流(liu)量計内(nei)部集成(cheng)溫度💃傳(chuan)感器💋，并(bìng)在流量(liang)變送💋器(qì)内❤️部進(jìn)行溫度(du)補償計(ji)算。氣動(dòng)單座閥(fá)的閥内(nei)件堅固(gu)可靠，關(guān)閉時的(de)密封壓(yā)力較大(dà)，洩漏量(liàng)小，且可(ke)選擇✍️線(xiàn)性或等(děng)百分比(bi)的流量(liang)特性，能(néng)較好的(de)限制蒸(zheng)汽流量(liàng)的快速(sù)增加，其(qí)閥芯也(ye)不會因(yin)爲熱膨(peng)脹而被(bèi)閥座抱(bào)死。因此(ci)🔴，氣動單(dān)座閥比(bǐ)氣動💯球(qiú)閥更适(shì)合應用(yong)于蒸汽(qì)管線的(de)切☁️斷。

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