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1、蒸汽流量計(jì)量的特點(diǎn)
1.1 飽和蒸汽流量計(jì)量中的“兩相流”
當(dāng)前,用戶基本上都使用飽和蒸汽,通常用干度(指飽和蒸汽中的含水量多少)來衡量飽和蒸汽的質(zhì)量好壞。的是干飽和蒸汽,一般稱為過熱飽和蒸汽,其含水量可忽略不計(jì);干度差的稱濕飽和蒸汽,含水量zui多可達(dá)30%,這就存在著飽和蒸汽的“兩相流”問題。因?yàn)槿魏握羝?jì)量儀表在計(jì)算飽和蒸汽流量時(shí)所用的設(shè)計(jì)壓力下的蒸汽密度值都采用其干度X=1時(shí)的數(shù)值,也就是干蒸汽的數(shù)值;同時(shí),
濕蒸汽因含有密度比干蒸汽大數(shù)百倍的液體水粒,在管道中流動時(shí)其速度要比干蒸汽小,這樣所測得的差壓值就低了,反映在儀表讀數(shù)、記錄上就存在著密度和流速受干度影響所帶來的疊加性的雙重負(fù)誤差,并造成濕飽和蒸汽計(jì)量難度。
1.2 蒸汽流量計(jì)量中的蒸汽密度補(bǔ)償
計(jì)量飽和蒸汽或過熱蒸汽常用質(zhì)量流量,單位為kg/h或t/h。質(zhì)量流量大小與蒸汽的密度有關(guān),而蒸汽的密度又直接受蒸汽的壓力及溫度影響。在蒸汽計(jì)量過程中,隨著蒸汽壓力及溫度不斷變化,密度也隨著變化,使質(zhì)量流量也隨著變化。如果計(jì)量儀表不能跟蹤這種變化,勢必造成計(jì)量誤差。在蒸汽計(jì)量過程中,一般都是通過壓力及溫度傳感器跟蹤蒸汽壓力及溫度變化來達(dá)到密度補(bǔ)償目的。飽和蒸汽的密度變化與其壓力或溫度成正比關(guān)系,因而單獨(dú)通過測壓力或測溫度都可以對飽和蒸汽進(jìn)行密度補(bǔ)償。過熱蒸汽的密度與其壓力、溫度成函數(shù)關(guān)系,而不是正比關(guān)系。
過熱蒸汽的密度補(bǔ)償必須同時(shí)測其壓力和溫度?，F(xiàn)代蒸汽流量計(jì)都具有白動密度補(bǔ)償。
1.3 蒸汽流量計(jì)量中的高溫高壓問題
高溫高壓是蒸汽計(jì)量又一顯著特點(diǎn),它造成大多數(shù)流量計(jì)量儀表難以適應(yīng),因而可供蒸汽計(jì)量的儀表種類不多。
例如大型熱電廠輸送的過熱蒸汽,有的高達(dá)500℃以上,壓力高達(dá)10MPa以上。使用蒸汽計(jì)量儀表首先要考慮耐高溫、高壓,而且要求有良好的穩(wěn)定性、可靠性、密封性。一般都請廠家專門設(shè)計(jì)制造,并留有相當(dāng)?shù)挠嗟?以確保安全可靠運(yùn)行。
2、影響蒸汽流量計(jì)量的主要問題
當(dāng)前,在國內(nèi)關(guān)于蒸汽測量方面存在不少誤區(qū),很多用戶往往認(rèn)為購買了高品質(zhì)的流量計(jì)就可以得到準(zhǔn)確的計(jì)量結(jié)果。蒸汽的計(jì)量不同于其它流體如水、空氣等介質(zhì),在實(shí)際測量中影響其測量的因素較多,經(jīng)常會出現(xiàn)流量計(jì)本身檢定合格,而實(shí)際卻感覺計(jì)量“不準(zhǔn)”的現(xiàn)象。影響蒸汽流量準(zhǔn)確計(jì)量的因素主要有以下六個(gè)方面。
(1)量程比不足。量程比是指一個(gè)流量計(jì)能確保給定的精度和再現(xiàn)性的范圍內(nèi),所能測量的zui大流量和zui小流量之比。但涉及量程比時(shí)我們必須小心,因?yàn)榱砍瘫仁腔趯?shí)際的流速,蒸汽系統(tǒng)一般的zui大允許速度為35m/s,更高的流動速度會引起系統(tǒng)的沖蝕和噪音。而不同的流量計(jì)允許的zui低流速是不同的,一般渦街流量計(jì)所能測量的zui低蒸汽流速為2.8m/s,對于量程比不足的情況,應(yīng)采用大量程比的流量計(jì)(GilfloILVA流量計(jì)的zui低允許流速為0.6m/s,zui大量程比可達(dá)100:1)或選擇多個(gè)流量計(jì)并聯(lián)。
(2)上下游直管段不足。對于傳統(tǒng)的渦街或孔板流量計(jì),其前后安裝直管段要求分別約為20D和5D。如果上下游直管段不足,則會導(dǎo)致流體未充分發(fā)展,存在旋渦和流速分布剖面畸變。流速剖面畸變通常由管道局部阻礙(如閥門)或彎管所造成,而旋渦普遍是由兩個(gè)或兩個(gè)以上空間(立體)彎管所引起的。上下游直管段不足可以通過安裝流動調(diào)整器來調(diào)整,zui簡單有效的辦法是采用對上下游直管段要求較低的流量計(jì)。
(3)蒸汽的密度補(bǔ)償不正確。為了正確計(jì)量蒸汽的質(zhì)量流量,必須考慮蒸汽壓力和溫度的變化,即蒸汽密度補(bǔ)償。不同類型的流量計(jì)受密度變化影響的方式不同。渦街流量計(jì)的信號輸出只和流速有關(guān),而和介質(zhì)的密度、壓力和溫度無關(guān),差壓式流量計(jì)其質(zhì)量流量與流量計(jì)的幾何外型、差壓平方根和密度平方根有關(guān)。①補(bǔ)償度的差異。測溫對補(bǔ)償度影響較大。如采用相同精度等級的溫度和
壓力感應(yīng)器,測溫誤差引起的密度差異要大于測壓誤差。②壓力測量影響因素。在蒸汽壓力的測量中,由于引壓管內(nèi)冷凝水的重力作用會使壓力變送器測量到的壓力同蒸汽壓力之間出現(xiàn)一定的差值。測壓誤差如果不予以校正,則會影響蒸汽密度的計(jì)算,引起流量計(jì)量的誤差。對于上述現(xiàn)象,可在二次表(流量計(jì)算機(jī)內(nèi))進(jìn)行零點(diǎn)遷移,既簡單又準(zhǔn)確。③溫度測量影響因素。從流量計(jì)現(xiàn)場使用的情況來
看,溫度測量誤差除了測溫元件的固有誤差之外,還同安裝的不規(guī)范有關(guān)。
(4)蒸汽干度的影響。目前,用于測量蒸汽流量的流量計(jì)大部分為體積流量計(jì),首先測得體積流量,然后通過蒸汽的密度計(jì)算質(zhì)量流量,也就是假定蒸汽為*干燥。但是,蒸汽并非*干燥,如果不考慮蒸汽干度的影響,得出的數(shù)據(jù)會低于實(shí)際的流量。因此流量計(jì)的二次儀表(流量計(jì)算機(jī))應(yīng)該具有設(shè)置飽和蒸汽干度的功能。但在實(shí)際工況確定蒸汽的干度也很困難。如果能夠改進(jìn)蒸汽流量計(jì)入口處的蒸汽品質(zhì),則能改進(jìn)蒸汽流量計(jì)的測量精度。
(5)管道振動。渦街流量計(jì)等對機(jī)械振動比較敏感,計(jì)量結(jié)果易受干擾,應(yīng)對流量計(jì)前后管道作可靠的支撐設(shè)計(jì)。如管道振動不可避免,應(yīng)采用抗干擾能力強(qiáng)的差壓式流量計(jì),如斯派莎克ILVA流量計(jì)。
(6)差壓傳送誤差(差壓式流量計(jì))。一是零點(diǎn)漂移。
差壓變送器安裝到現(xiàn)場投入時(shí),往往發(fā)現(xiàn)零位輸出出廠校驗(yàn)時(shí)的零位輸出不一致。這種零位輸出偏離稱為靜壓誤差。其調(diào)整方法是向正負(fù)壓室通入相同的靜壓,將三閥組的高低壓閥中一個(gè)打開,另一個(gè)關(guān)閉,將平衡閥打開,如果懷疑正負(fù)壓室內(nèi)尚未充滿被測介質(zhì),則可通過正負(fù)壓室上的泄流閥排盡積氣(或積液),然后再檢查變送器的輸出。二是引壓管布置不合理。引壓管線應(yīng)保證合理的坡度使管內(nèi)可能出現(xiàn)的氣泡較快地升到母管內(nèi),管內(nèi)出現(xiàn)的雜質(zhì)等較快地下沉到排污閥。引壓管線應(yīng)定期檢查維護(hù),確保無泄漏無堵塞。引壓管的內(nèi)徑與被測流體的性質(zhì)和引壓管總長度有關(guān),對于蒸汽系統(tǒng),引壓管的內(nèi)徑一般在10mm左右。為了避免正負(fù)壓引壓管內(nèi)介質(zhì)溫度不一致,導(dǎo)致密度出現(xiàn)差異,引起傳送失真,正負(fù)引壓管應(yīng)盡量靠近布置。當(dāng)用于室外或嚴(yán)寒地區(qū)時(shí),引壓管中的液體可能會結(jié)冰,因此需要伴熱保溫,但應(yīng)避免將伴熱管直接繞在引壓管上,導(dǎo)致介質(zhì)部分汽化,出現(xiàn)虛假誤差。
3、提高蒸汽流量計(jì)量準(zhǔn)確性的對策建議
3.1 重視蒸汽流量計(jì)量儀表的正確選型
選擇蒸汽流量計(jì)量儀表,應(yīng)重點(diǎn)考慮兩個(gè)因素。一是量程問題。蒸汽流量計(jì)量儀表計(jì)量不正常,主要是由于選型時(shí)量程不正確造成的。用汽旺季用汽量相當(dāng)大,而用汽淡季用汽量又很小,用汽量相差過于懸殊,一般蒸汽計(jì)量儀表的流量范圍就難以適應(yīng)。必須明確流量測量范圍,在此基礎(chǔ)上選擇符合相關(guān)運(yùn)行參數(shù)的蒸汽計(jì)量儀表,使其能充分發(fā)揮作用。二是管道直徑問題。在設(shè)計(jì)節(jié)流裝置時(shí),基本上都采用工藝提供的公稱名義管徑值,其實(shí)公稱名義管徑值與實(shí)際管徑值還是有誤差的,特別是卷管,公稱名義管徑值與實(shí)際值有時(shí)差值還較大,造成計(jì)量誤差增大,測量的準(zhǔn)確度就難以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。國標(biāo)規(guī)定:用來計(jì)算節(jié)流件直徑比的管道直徑D值應(yīng)為上游取壓口的上游0.5D長度范圍內(nèi)的內(nèi)徑平均值。該內(nèi)徑平均值應(yīng)是至少在垂直軸線的二個(gè)橫截面內(nèi)所測得內(nèi)徑的平均值,內(nèi)徑的數(shù)值(用于設(shè)計(jì)的管道內(nèi)徑)應(yīng)達(dá)到±0.3%。設(shè)計(jì)前實(shí)測管徑,以減少計(jì)算誤差。
3.2 正確安裝蒸汽流量計(jì)量儀表
任何蒸汽計(jì)量儀表都必須安裝正確,否則就不可能正常的工作。例如在鍋爐出汽口附近安裝蒸汽計(jì)量儀表,在截止閥或管道彎頭附近及管道的zui低處安裝蒸汽計(jì)量儀表都屬于不正確的安裝。正確安裝蒸汽流量計(jì)量儀表,要做到五點(diǎn)。①在所安裝儀表前后必須留有足夠長的直管段。②蒸汽計(jì)量儀表不能安裝在整套管路zui低處。③必須高度重視冷凝器的安裝。兩個(gè)冷凝器亦須處于同一水平上,兩個(gè)冷凝器的作用是使導(dǎo)壓管中被測蒸汽冷凝并使正、負(fù)導(dǎo)壓管中冷凝液面有相等高度及保持長期穩(wěn)定;為不使冷凝液面波動對測量產(chǎn)生誤差,冷凝器的有效容積應(yīng)大于所使用的差壓變送器工作空間的zui大容積變化的3倍,在水平方向的橫截面積不得小于差壓變送器的工作面積,系統(tǒng)確保密封良好,嚴(yán)禁泄漏;要充分考慮維護(hù)、拆換、吹掃便利。④導(dǎo)壓管長度在16m內(nèi),內(nèi)徑選用Υ10-16mm以防堵塞為好。導(dǎo)壓管全程保溫并確保正、負(fù)管處于同等溫度以免密度變化引起誤差。⑤裝測溫元件地方在節(jié)流件下游側(cè)10D以外處,在管道或正壓管上取壓時(shí),如壓力變送器裝在節(jié)流裝置下方,必須對壓力變送器的管路液柱值進(jìn)行修正,以提高計(jì)量準(zhǔn)確度。
3.3 嚴(yán)格規(guī)范蒸汽流量計(jì)的操作
(1)儀表投運(yùn)。蒸汽流量計(jì)投運(yùn)操作時(shí),首先關(guān)閉差壓變送器的正、負(fù)閥,稍開一次閥,檢查各閥門、導(dǎo)壓管等有無泄露,如無泄露將一次閥全開。打開排污閥排污并讓蒸汽排出后關(guān)閉排污閥,等一段時(shí)間讓冷凝器及導(dǎo)壓管內(nèi)充滿冷凝水后才能開始正常投運(yùn)。步驟如下:①開啟平衡閥;②緩慢開啟負(fù)壓閥門;③隨即開啟正壓閥門;④稍停片刻后同時(shí)關(guān)閉正、負(fù)閥門;差壓變送器調(diào)整靜壓誤差在第④步后進(jìn)行,同時(shí)必須待冷凝器內(nèi)液面一致平衡時(shí)才可進(jìn)行,否則將帶來液柱靜壓誤差;⑤再開啟正、負(fù)閥門;⑥關(guān)閉平衡閥,儀表啟動。注意在向差壓變送器的正、負(fù)容室充灌液體時(shí),應(yīng)先旋開容器上的排氣螺釘,使氣體排出后再進(jìn)行充灌。
(2)儀表的運(yùn)行。在長期運(yùn)行后,無論管道還是節(jié)流裝置都會發(fā)生變化,如結(jié)垢、磨損、腐蝕等。節(jié)流件是依靠結(jié)構(gòu)形狀及尺寸保持信號的準(zhǔn)確度,任何幾何形狀尺寸的變化都會給測量帶來誤差。而測量誤差的變化并不能從信號中覺察到,因此對節(jié)流件定期檢查是必須的。由于企業(yè)的連續(xù)生產(chǎn)性質(zhì),一般是與檢修同步進(jìn)行。如果幾何尺寸變化不大仍可繼續(xù)使用,但應(yīng)根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)對設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行修正,以保證測量的準(zhǔn)確。
(3)儀表的維護(hù)。由于儀表長期處在高溫、高壓的水蒸汽環(huán)境中,很容易造成表件損壞、銹蝕、雜質(zhì)阻塞等,因此需要經(jīng)常維護(hù)和定期檢修。如分流旋翼式蒸汽流量計(jì)在長期運(yùn)行中,石墨軸承被磨損引起轉(zhuǎn)軸上跳;不注意防凍,使阻尼水結(jié)冰,凍壞表件等?？装宀顗菏秸羝髁坑?jì)特別要檢查孔板開口的圓面是否銹蝕,有沒有附著臟物,要定期清洗,對銹蝕嚴(yán)重的孔板要更換。渦街流量傳感器在使用中要注意檢查三角柱縫隙是否有雜物阻塞、檢測元件是否失靈,等等。
