分 類 |
蒸汽是一種二次能源, 分為過熱蒸汽和飽和蒸汽,前者多作為動力工質(zhì)用于發(fā)電,后者作為供熱工質(zhì)常用于干燥、保溫、采暖。過熱蒸汽是一種單相介質(zhì), 它的計量問題已基本解決。飽和蒸汽是汽水混合的兩相介質(zhì), 實(shí)際中有的流量計生產(chǎn)廠家將其作為單相介質(zhì)(干飽和蒸汽)處理,而用戶往往并不清楚這點(diǎn)。筆者就蒸汽計量及計費(fèi)應(yīng)考慮的幾個問題談?wù)効捶ā?BR>一、蒸汽流量計量應(yīng)考慮的問題
1.蒸汽密度補(bǔ)償
蒸汽流量計量一般以質(zhì)量為單位,其密度對流量測量準(zhǔn)確度的影響與差壓(節(jié)流裝置)或頻率(渦街)測量具有同等重要的地位,要認(rèn)真對待。
(1)過熱蒸汽
過熱蒸汽是單相流,其密度可由蒸汽壓力及溫度確定,只要在智能蒸汽流量計中置入水蒸氣的密度表或計算式,計算機(jī)就能根據(jù)測得的壓力、溫度求得即時密度值。
(2)飽和蒸汽
飽和蒸汽是汽水混合的兩相流,影響其流動的因素有質(zhì)量流量、干度、液體密度、氣體密度、液體黏度、氣體黏度、表面張力、表面粗糙度及管道傾斜度等9個變量,要準(zhǔn)確計算太復(fù)雜。從實(shí)用出發(fā),可采用均相流動模型來處理。
設(shè)在管道某一截面上取一微段ΔL, 則此截面上兩相介質(zhì)的密度應(yīng)為此微段中兩相介質(zhì)的質(zhì)量與容積之比,即
ρm=〔ρG·Ψ·A·ΔL+ρL·(1-Ψ)A·ΔL〕/(A·ΔL) (1)
式 中 :ρm———混 合 物 密 度 ;ρG———?dú)庀嗝芏龋沪袻———液相密度;Ψ=AG/A,即空隙率(其中AG———?dú)庀嗨剂魍娣e);A———流通面積。
即ρm=ΨρG+(1-Ψ)ρL (2)
而空隙率Ψ與干度x的關(guān)系為
Ψ=(x/ρG)/〔x/ρG+K(1-x)/ρL〕(3)
式中:K=VG/VL,即速度比;VG———?dú)庀嗥骄魉?;VL———液相平均流速;x=MG/M, 即干度;MG———干蒸汽質(zhì)量;M———總質(zhì)量。
將式(3)代入式(2),化簡為ρm=〔x+K(1-x)〕/〔x/ρG+K(1-x)/ρL〕(4)
因均相時兩相速度相等,即K=1,則有ρH=1/〔x/ρG+(1-x)/ρL〕(5)
式中:ρH———均相密度。
其函數(shù)關(guān)系:ρH=f(ρG,ρL,x),而ρG(干飽和蒸汽密度)及ρL(飽和水密度)可由壓力(溫度)通過圖表或公式求取。又因ρL
遠(yuǎn)大于ρG,x一般不會小于0.8,估算時式(5)還可簡化為ρH=ρG/x,可見干度影響之大。
2.干度處理
(1)采用在線干度儀
對于貿(mào)易結(jié)算量大且干度變化較大的飽和蒸汽應(yīng)采用在線干度儀補(bǔ)償。目前,飽和蒸汽在線干度儀有凝結(jié)式、電導(dǎo)式、節(jié)流式等,前者具有穩(wěn)定可靠、準(zhǔn)確度高、造價低等特點(diǎn),后兩者安裝簡單、使用方便,可依情況選取。
(2)采用化驗方法
化驗方法是一種實(shí)驗室方法,通過對飽和蒸汽采樣,化驗水中含鹽量來確定飽和蒸汽的干度,它適合于內(nèi)部能源結(jié)算及量小的情況??捎眠@種方法測一個常用干度值,然后置入流量計進(jìn)行固定補(bǔ)償。
3.節(jié)流裝置的流量系數(shù)α
節(jié)流裝置存在一個流量系數(shù)α補(bǔ)償問題。在選定節(jié)流件并確定取壓方式后,可認(rèn)為流量系數(shù)只隨雷諾數(shù)Red而變動,即α=f(Red)。
在一定型式的節(jié)流裝置和一定截面比的情況下,當(dāng)流體雷諾數(shù)Red
較低時, 流量系數(shù)是隨雷諾數(shù)變化的,但當(dāng)雷諾數(shù)值大于某一界限值后,流量系數(shù)不再隨Red
變化,而趨向平穩(wěn)。也只有在所要測量的范圍內(nèi)及流量系數(shù)α保持常數(shù)的情況下, 壓差與流量之間才有恒定的對應(yīng)關(guān)系。這也是節(jié)流裝置量程比不大的原因之一。
流量系數(shù)α對流量的影響雖不及密度,但在Red較低時應(yīng)考慮用迭代法加以補(bǔ)償。對一定的節(jié)流裝置,由直徑比β、管壁粗糙度及國家標(biāo)準(zhǔn)中給出的數(shù)據(jù)可算出一組α=f(Red)值,列出表格,計算機(jī)采用迭代法即可求取α之值。這樣還可提高節(jié)流裝置的量程比。
4.蒸汽流量儀表的選型及安裝
目前用于蒸汽計量的儀表多為節(jié)流裝置或渦街流量計, 選型時宜選智能型且?guī)貕貉a(bǔ)償?shù)膬x表,并應(yīng)根據(jù)使用要求、安裝條件、流體特性、維護(hù)性、儀表質(zhì)量及價格綜合考慮。
蒸汽流量儀表是標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置, 其可靠性高、穩(wěn)定性好,如直管段不夠,量程要寬點(diǎn)的,可考慮采用多孔孔板(前3D后1D)。對于飽和蒸汽,當(dāng)溫度小于250℃,直管段滿足*D后5D且振動較小時,可選用渦街流量計。
儀表安裝時每個環(huán)節(jié)都要按要求認(rèn)真執(zhí)行,尤其不能把儀表夾在管道上直接焊接。
二、蒸汽計費(fèi)問題
蒸汽壓力越大、溫度越高,品質(zhì)就越高,做功能力就越強(qiáng)。但目前蒸汽計費(fèi)不少單位仍按蒸汽量乘以單價計算,這種算法無法反映蒸汽品質(zhì)對價格的影響。拿過熱蒸汽來說,壓力一定時,過熱度越大,蒸汽密度越小,流量反而跟著小。高低品質(zhì)一個價,不合理。
北方居民取暖常用熱能表來度量,其熱能積算式為Q=Σqm·Δh·dt
式中:Q———累積熱能值;qm———瞬時質(zhì)量流量;Δh———熱交換系統(tǒng)入口和出口溫度的焓值差;dt———單位時間。
這樣不管流體品質(zhì)高低都化為熱能來度量,相對合理。如同電,不管電壓高低、電流大小,zui終都要轉(zhuǎn)化為電能一樣。
因此,對蒸汽計費(fèi),在計量蒸汽流量時,不妨在儀表中增加一個蒸汽熱能積算, 以便用戶計費(fèi)時選用。實(shí)現(xiàn)這點(diǎn)很容易,對環(huán)路系統(tǒng),就像熱能表一樣處理,對開環(huán)系統(tǒng),可取流量表安裝點(diǎn)和大氣溫度的焓值差計算。