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聯(lián)系我們1.國內蒸汽流量計概況
20 世紀80 年代以來, 我國使用的蒸汽流量計大概有4 種:差壓式流量計、渦街流量計、均速管流量計和分流旋翼式流量計。
差壓式流量計有較大發(fā)展, 制訂并修訂了節(jié)流裝置國家標準, 采用的節(jié)流裝置亦多樣化;引進差壓變送器制造技術, 產品的性能已接近水平;以微機為基礎的流量顯示儀蓬勃發(fā)展, 品種齊全, 可滿足廣泛的應用。
渦街流量計是80 年代開始應用的, 它有一些特點是差壓式所不及, 受到用戶的歡迎, 但在測量高溫蒸汽(350 ℃以上)受到限制, 在測量飽和蒸汽(特別低干度時)也遇到了困難, 其儀表系數(shù)在混相流中難以確定, 致使計量準確度較低。
均速管流量計是插入式流量計的一個品種, 它具有插入式流量計的一系列特點:結構簡單, 重量輕,制造成本低(指檢測件), 安裝維護方便, 壓損小,準確度不高。在蒸汽流量計量中可以發(fā)揮一些作用,但如何提高測量準確度是必須解決的問題。
分流旋翼式蒸汽流量計在80 年代獲得廣泛應用,曾經年產量達萬臺以上。對分流旋翼式流量計是否推廣使用卻遇到不同意見, 有人認為儀表準確度低, 可靠性差, 應予淘汰, 但是至今還有一定的用戶。
2.節(jié)流式流量計的有關問題
《蒸汽標準》的制定對蒸汽流量測量作了原則性規(guī)定, 使我國的蒸汽計量更具科學性、準確性及合理性, 必將豐富我國計量科學的內容, 促進計量科學的發(fā)展同時, 我們也應注意到《蒸汽標準》是一個方法標準, 它不可能也不應該去具體評價一個計量系統(tǒng)、計量儀表的優(yōu)劣。在符合標準的基本原則的情況下,我們如何來構成一個滿意的測量系統(tǒng), 選擇合適的儀表呢? 還有進一步討論的必要。
節(jié)流式流量計在蒸汽計量中占有重要的地位。節(jié)流式流量計技術成熟, 特別是標準節(jié)流裝置由于其徇有的特點———按標準(ISO 5167 :1 、GB/T2624 -93)設計、制造就無須實流標定, 是其它流量計*的。在蒸汽測量研究上, 國內外學者用標準節(jié)流裝置進行了大量的試驗, 給出了修正的數(shù)學模型, 所以采用標準節(jié)流裝置測量蒸汽有明顯的*性。實際上,目前我國占蒸汽用表90 %以上的仍采用標準孔板節(jié)流裝置。
孔板流量計的主要特點為結構簡單牢固, 性能穩(wěn)定可靠, 使用周期長, 價格低廉等。它的缺點是測量范圍小、壓損大, 現(xiàn)場安裝條件和直管段條件要求高。
雖然引起孔板流量計誤差因素很多, 諸如直管段條件、安裝條件等都可通過設計與施工予以保證, 但超測量范圍是引起誤差的主要原因, 特別是用在流量變化范圍大的情況下, 使儀表在相當長時間內工作在測量范圍以外, 所以解決擴展測量范圍問題是解決問題的關鍵所在。智能化寬量程的差壓變送器和補償功能更為完善的流量計算機的問世, 使我們能擁有寬量程的智能化節(jié)流式流量計成為可能。歸納起來它應具備三個條件:
(1) 智能化的寬量程差壓變送器(差壓范圍為100∶1)。
(2) 差壓變送器與流量計算機之間數(shù)字通訊(Hart 協(xié)議)除能滿足量程差壓信號傳遞的準確性,而且能夠自動遷移測量范圍。
(3) 流量計算機不僅要根據溫度、壓力等工況參數(shù)對流量進行修正, 還可以實時計算流出系數(shù)C 、流體膨脹性系數(shù)ε等。符合上述條件的寬量程智能化差壓式流量計, 在滿足準確度同時, 流量測量范圍可真正達到10∶1 (或更寬), 節(jié)流式流量計的這一飛躍是多項技術進步的成果, 它改變著人們對節(jié)流式流量計的傳統(tǒng)認識。
3.流出系數(shù)C 等中間參數(shù)的實時計算
節(jié)流式流量計用于蒸汽計算的實用公式為:
式中 qm 為蒸汽質量流量, kg/s;C 為流出系數(shù), 無量綱;d 為工作條件下節(jié)流件的節(jié)流孔或喉部直徑, m ;ε為可膨脹性系數(shù), 無量綱;β 為直徑比(β =d/D), 無量綱;Δp 為差壓, Pa ;ρ為流體密度, kg/m3 。
其中流出系數(shù)C 的計算式為(以角接取壓為例):
式中β為直徑比, β=d/D (無量綱);ReD 為管徑雷諾數(shù), 無量綱;D 為管道內徑, m 。
流出系數(shù)是指通過節(jié)流裝置的實際流量值與理論流量值之比, 將它應用到理論流量方程中以獲得實際的流量。在一定條件下, 對于給定的節(jié)流裝置, 該值僅與雷諾數(shù)有關, 對于不同的節(jié)流裝置, 只要這些裝置是幾何相似, 并且在相同的雷諾數(shù)條件下, 則C值是相同的, 流出系數(shù)C 的計算式是以大量實驗所確定的數(shù)值為依據, 并以標準的形式給出。
傳統(tǒng)的節(jié)流式流量計是將該流出系數(shù)C 視為定值, 置入現(xiàn)場的流量積算儀, 圖1 是D =50mm , β=0.52 的孔板流出系數(shù)曲線。
流出系數(shù)曲線表明, 當ReD =3×104 時, 流出系數(shù)為0.6113 , ReD =1×105 時, 流出系數(shù)為0.6067 , 僅在3∶1 測量范圍內, 其附加誤差為0.75 %, 當測量范圍超出3∶1 , 其附加誤差更大。所以要實現(xiàn)寬量程, 就必須對流出系數(shù)C 進行實時計算, 由(2)式可見流出系數(shù)C 的計算很復雜。標準中給出計算流出系數(shù)C 的迭加方法, 同理, 公式
(1) 中可膨脹性系數(shù)ε等參數(shù), 也須實時計算。所以流量積算儀表必須具有高速、高精度的運算功能和比較大的存貯空間, 以完成這些復雜的中間參數(shù)的補償。
4.孔板流量計入口鈍化問題
標準孔板的一個缺點是入口直角銳利度使用時在流體沖刷下易發(fā)生鈍化, 據悉國內有關部門曾對新裝孔板進行跟蹤校驗, 在孔板連續(xù)使用2～3 個月時,鈍化引起流出系數(shù)偏差在1 ～ 3 %, 個別嚴重的4 %以上, 這已引起了人們的高度重視。目前, 解決標準孔板鈍化問題的方法是采用標準噴嘴, 由于噴嘴的入口為光滑曲面, 不易磨損如圖2 。它的流出系數(shù)非常穩(wěn)定, 所以JJG640 -94 規(guī)程規(guī)定ISA1932 噴嘴的檢定周期為4 年。再者, 噴嘴在相同流量和相同β 值條件下, 阻力損失比孔板小很多(僅為孔板的50 %～60 %)。
從節(jié)流式流量計發(fā)展歷史看, 影響標準噴嘴廣泛應用的原因是因為其制造成本高, 特別是在傳統(tǒng)的已知流量、差壓, 求開口徑的傳統(tǒng)設計模式下, 僅因為開孔徑有些偏差, 而廢棄一個節(jié)流件。如果引入定值節(jié)流件的概念, 就可以改變這種狀況。定值節(jié)流件是指對每種口徑的管道, 配以有限數(shù)量(3 ～ 5 個)的節(jié)流件, 其β 值按優(yōu)選系數(shù)選用, 改變節(jié)流件對號入座的缺陷, 將已知流量、差壓, 計算開孔徑的方法改為已知開孔徑、差壓, 求流量或已知開孔徑、流量, 求差壓的方法, 在制造方面節(jié)流件由單件生產方式轉為標準化的批量生產, 使采用數(shù)控機床進行加工成為可能, 大大降低了成本。為擴大應用創(chuàng)造了條件, 這既便于質量監(jiān)督與管理, 同時也給用戶帶來了極大的方便。
5.節(jié)流式流量計的維護與管理
節(jié)流式流量計的系統(tǒng)構成比較復雜, 有較長的引壓管, 容易阻塞, 冬季運行還需對引壓管、冷凝系統(tǒng)進行保溫、伴熱, 稍有不慎便造成故障, 且儀表的維護工作量大。一體化噴嘴較好地解決了上述問題, 一體化噴嘴是將節(jié)流件和差壓變送器做成一體, 并裝有防凍隔離器, 不僅縮短了引壓管線, 還省略了冷凝和排污系統(tǒng), 使系統(tǒng)構成簡單, 無需保溫供熱, 在減少維護量的同時, 也節(jié)省了能源。
另外, 受季節(jié)和工況的影響, 蒸汽的流量測量范圍變化比較大, 在沒有采用寬量程技術的節(jié)流式流量計, 超測量范圍現(xiàn)象十分普遍, 這造成了很大的測量誤差, 隨著智能化差壓變送器廣泛應用, 利用手操器遷移現(xiàn)場差壓變送器的量程成為可能, 但問題是遷移量程的依據;人工計算是一項煩雜工作, 不僅耗時,而且往往因數(shù)據查尋引入偏差, 利用《節(jié)流裝置設計計算及管理軟件》, 它有豐富準確的數(shù)據資料, 可以在數(shù)分種完成:已知開孔徑、流量、求差壓或已知開孔徑、差壓、求流量的計算, 為現(xiàn)場儀表提供準確數(shù)據。這不僅使工作更為便捷, 也大大提高了節(jié)流式流量計的管理水平。
蒸汽流量測量還有很多問題亟待解決, 在開發(fā)新的測量技術的同時, 我們更應注重運用現(xiàn)代科學手段, 進行應用技術深層次的開發(fā), 切實有效地解決一些實際問題。
蒸汽流量計 渦街流量計 孔板流量計
