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在供熱企業(yè)中，蒸汽流量計(jì)量是關(guān)系到整個企業(yè)生產(chǎn)成本的主要因素，特別是在貿(mào)易結(jié)算中的使用，更是關(guān)系到供需雙方經(jīng)濟(jì)利益的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。因此，在蒸汽計(jì)量中如何zui大限度地保障計(jì)量的準(zhǔn)確性，正確設(shè)計(jì)和選用合理、合適的計(jì)量系統(tǒng)就是重中之重。
在經(jīng)過10余年的供汽生產(chǎn)，在蒸汽流量計(jì)量過程中，淄博熱力有限公司先后使用過孔、噴嘴等標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置、渦街流量計(jì)、彎管流量計(jì)、以及zui近使用過的V形內(nèi)錐節(jié)流裝置。在此，根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)，談一下對這幾種流量計(jì)在實(shí)際應(yīng)用中的看法。
1、孔板流量計(jì)
在蒸汽測量中，孔板流量計(jì)已廣泛使用達(dá)幾十年之久，其優(yōu)勢是不言而喻的?？装辶髁坑?jì)的價(jià)格便宜，國外早有成熟的標(biāo)準(zhǔn)，我國也早已制定出標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的國家標(biāo)準(zhǔn)，GB/T2624-93就是等效采用ISO5157-（1991）的標(biāo)準(zhǔn)。因此孔板流量計(jì)是*的標(biāo)準(zhǔn)zui全面、使用zui廣泛的節(jié)流裝置，其具體原理與流量公式不再累述。但是在長期的使用過程中，孔板流量計(jì)的缺點(diǎn)也越來越明顯，主要為：
（1）孔板存在著不可避免的“銳角磨損”和“積污”問題，隨著使用時(shí)間的增加流量系數(shù)越來越大，儀表示值越來越小，流速較高的場合，這種變化更是驚人。
（2）孔板的量程比較小，在實(shí)際應(yīng)用中為4：1～5：1，存在線性差等缺點(diǎn)。在供汽、供熱計(jì)量中，由于用戶用量波動很大，流量的上下限常常超過10：1，甚至達(dá)到20：1，這對孔板計(jì)量是非常困難的。孔板流量計(jì)其實(shí)際的流量系數(shù)是隨著被測流體的雷諾數(shù)Re的變化而變化，特別是在雷諾數(shù)為2×103<Re<105內(nèi)，流
量系數(shù)對Re的變化非常敏感。例如一個β=0.73的角接取壓孔板因流量減少導(dǎo)致Re由5×103降到Re=104時(shí)，相當(dāng)于流量從額定工況下降到20%額定工況下工作，而這時(shí)的流出系數(shù)將不會保持設(shè)計(jì)的數(shù)值，其變化增大2.2%。
（3）孔板的管路直管段長度及孔板安裝的規(guī)范性要求高，而管道上閥門、彎頭、縮徑、分管等往往是不可避免的?？装鍖χ惫芏蔚囊蟠蠖鄶?shù)很難滿足要求，特別是標(biāo)準(zhǔn)化組織公布了新修訂的ISO5167:2003（E）新標(biāo)準(zhǔn)后，提出了全新的和加長的要求。如：一個β=0.6的孔板安在單個90度彎頭后，舊標(biāo)準(zhǔn)前直管段為18D而新標(biāo)準(zhǔn)為42D。
（4）在多年的使用中發(fā)現(xiàn)，往往孔板的機(jī)械幾何尺寸難以保證。按照國標(biāo)規(guī)定孔板的開孔邊緣圓弧半徑不大于0.0004d，這在加工中是難以保證的。
（5）在實(shí)際使用中，在設(shè)計(jì)時(shí)很難提供準(zhǔn)確的管道直徑參數(shù)，往往以公稱直徑代替管道直徑。這樣一來，與實(shí)際值相差越大帶來的誤差越大。
（6）孔板流量計(jì)的壓損過大，一個孔板的β=0.45~0.75，其壓力損失為zui大差壓值的78%～47%，顯然這對終端壓力已非常低的用戶是不合適的。
雖然孔板流量計(jì)有以上許多缺點(diǎn)，但孔板流量計(jì)是所有節(jié)流式流量計(jì)中國內(nèi)外獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)zui多的計(jì)量裝置，如何對付孔板孔口鈍化、流出系數(shù)不穩(wěn)定已取得了豐碩的成果。它是一種可以干校驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置，因此在實(shí)際使用中，如果流量較為穩(wěn)定，充分考慮磨損問題，及時(shí)對孔板進(jìn)行修正，在蒸汽流量計(jì)量中依然是十分可靠的。
2、渦街流量計(jì)
對于渦街流量計(jì)，在我公司的使用中經(jīng)歷了曲折的過程，受早期國內(nèi)渦街流量生產(chǎn)質(zhì)量和技術(shù)條件的影晌，渦街在蒸汽計(jì)量中未能得到普及和使用。隨著技術(shù)水平的提高，渦街流量計(jì)的*性也得到重視。
渦街流量計(jì)的優(yōu)點(diǎn)主要為結(jié)構(gòu)簡單，安裝維護(hù)方便；量程比較寬；在一定的雷諾數(shù)范圍內(nèi)輸出信號不受流體的物性（密度、粘度）影晌，因此可以在一種介質(zhì)中標(biāo)定系數(shù)而用于其他介質(zhì)；壓損小。
但是，渦街流量計(jì)的缺點(diǎn)也是非常明顯的，主要為：
（1）它不適用于低雷諾數(shù)測量，所以低流速蒸汽測量受限。
（2）測量蒸汽溫度不能高于300℃。
（3）不適合于測量不干凈的介質(zhì)。
（4）渦街流量計(jì)直管段要求較長，在實(shí)際使用中不能低于20D，在孔板流量計(jì)直管段要求加長的情況下，渦街流量計(jì)如何獲取更多的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對于現(xiàn)場安裝前直管段的重要性更為突出。
（5）受現(xiàn)場震動和電磁干擾影晌大，對現(xiàn)場情況要求較嚴(yán)格。
（6）當(dāng)介質(zhì)流速過大，層流邊界層向湍流過渡，雷諾數(shù)超出測量范圍，系統(tǒng)無法建立，測量結(jié)果變小。
（7）至于渦街流量計(jì)的干校驗(yàn)?zāi)壳吧袩o統(tǒng)一國家標(biāo)準(zhǔn)，因此各個廠家生產(chǎn)加工物理參數(shù)及標(biāo)定方式方法不能統(tǒng)一。
綜上所述，在蒸汽計(jì)量中，對于渦街流量計(jì)應(yīng)慎重使用，合理選型，充分考慮現(xiàn)場條件、雷諾數(shù)、流量波動范圍等因素，對于每一臺渦街流量計(jì)必須實(shí)流標(biāo)定。在充分積累實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的情況下盡早建立干校驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。
3、彎管流量計(jì)
彎管流量計(jì)雖然距今已有90多年的歷史，但是只是近十余年來在我國才有了實(shí)際應(yīng)用，在我公司使用已有7、8年的歷史。
彎管流量計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是：無壓力損失，在蒸汽測量中節(jié)流件無可動部件，堅(jiān)固結(jié)實(shí)，耐壓耐溫也較高。
對于彎管流量計(jì)在實(shí)際中的測量準(zhǔn)確度及可用性，提出幾點(diǎn)看法：
（1）在國內(nèi)所有的著書立學(xué)中，認(rèn)為彎管流量計(jì)測量精度較低，在《流量測量節(jié)流裝置設(shè)計(jì)手冊》中明確指出：在R/D≥1.25，Re>104時(shí)，彎管流量計(jì)的流出系數(shù)相對不確定度為±4%，因此精度并不高。
（2）彎管在測量蒸汽時(shí)要求蒸汽流速不能低于7m/s，否則會引起較大誤差。這表明彎管流量計(jì)只能工作在高雷諾數(shù)區(qū)域內(nèi)，流量下限的測量是比較困難的。
（3）彎管流量計(jì)在對其測量原理的分析中，把流體在管道中流動認(rèn)定是均速流動的。
在實(shí)際中，流體在管道中流動的速度是沿著管半徑方向開形成一定的梯度的：管中心的流速zui快，越接近管壁速度越慢，把不是平均流速的流體當(dāng)成平均流速的流體來對待，對流量計(jì)的測量精度肯定要帶來一定的影晌。
（4）彎管流量計(jì)的差壓值較低，這樣對變送器就提出較高的要求，增大了投資成本。
（5）無法實(shí)現(xiàn)節(jié)流裝置的干校驗(yàn)，必須每臺表實(shí)流標(biāo)定。
因此，基于以上考慮，我個人認(rèn)為彎管流量計(jì)在貿(mào)易結(jié)算中的使用還需實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的支持和時(shí)間的考驗(yàn)。
4、V形內(nèi)錐流量計(jì)
V形內(nèi)錐流量計(jì)的英文名為V-CONE，它是近幾年發(fā)展起來的新型流量計(jì)，它確實(shí)有許多其它流量計(jì)達(dá)不到的優(yōu)點(diǎn)。主要有：①測量穩(wěn)定性好；②對被測介質(zhì)適應(yīng)能力強(qiáng)；③測量范圍寬；④適用雷諾數(shù)范圍寬；⑤對直管段要求短；⑥壓力損失??；⑦差壓大。這些都是我們采用V形內(nèi)錐流量計(jì)原因。
但V形內(nèi)錐節(jié)流裝置目前仍是一種非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置，它目前無法替代孔板，主要有以下幾個問題：
（1）V形內(nèi)錐節(jié)流裝置迄今為止，國內(nèi)外資料都只有V形內(nèi)錐節(jié)流裝置的一些照片、簡圖，沒有結(jié)構(gòu)形式和技術(shù)要求的詳細(xì)資料。
目前，國內(nèi)各生產(chǎn)廠仿制皆是自行設(shè)計(jì)、制造。顯然結(jié)構(gòu)形式和技術(shù)要求不統(tǒng)一，無法進(jìn)行各廠產(chǎn)品性能的相互比較和評價(jià)。
（2）目前V形內(nèi)錐節(jié)流出系數(shù)尚未見提出流出系數(shù)公式。在某些廠家中有可膨脹性系數(shù)公式，但是在結(jié)構(gòu)形式和技術(shù)要求尚未標(biāo)準(zhǔn)化時(shí)，可膨脹性系數(shù)公式只是代表該廠家試驗(yàn)的結(jié)構(gòu)形狀的結(jié)果，現(xiàn)在采用它作為通用的一個公式是沒有試驗(yàn)的根據(jù)的，它只能作為一個參考的公式使用。
（3）節(jié)流式差壓流量計(jì)現(xiàn)場影響量主要為二種流動特性的干擾，即非充分發(fā)展管流和非定常流的干擾。節(jié)流裝置標(biāo)準(zhǔn)ISO5167（1980年版）經(jīng)典文丘里管的直管段長度要求是很短的，其數(shù)據(jù)如下：
90°單彎頭β＝0.3~0.75時(shí)，L=0.5D~4.5D（L－節(jié)流件上游直管段長度）；在同一平面上90°雙彎頭β＝0.3~0.75時(shí)，L=1.5D~4.5D；在不同平面上90°雙彎頭β＝0.3~0.75時(shí)，L=0.5D~29.5D。
新修訂標(biāo)準(zhǔn)ISO5167:2003（E）的數(shù)據(jù)如下：
90°單彎頭β＝0.3~0.75時(shí)，L=8D~16D；在同一平面或不同平面上90°雙彎頭β＝0.3~0.75時(shí)，L=8D~22D。
在FLOMEKO2004會議上，英國流量專家Reader-Harris介紹關(guān)于ISO5167:2003（E）制訂的演講中特別提到近年對經(jīng)典文丘里管的研究試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)ISO5167（1980年版）規(guī)定的直管段是太短了，并且發(fā)現(xiàn)在不同介質(zhì)的試驗(yàn)中經(jīng)典文丘里管的特性不大一樣，干氣體的C值甚至比水高3％，說明試驗(yàn)應(yīng)在更廣泛的范圍內(nèi)進(jìn)行，才能得出正確的結(jié)論。所以按此例，V形內(nèi)錐節(jié)流裝置現(xiàn)場安裝條件的研究試驗(yàn)應(yīng)該繼續(xù)進(jìn)行，才能得出可靠的結(jié)論。
（4）壓損問題
標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置（孔板、噴嘴和文丘里管）和V形內(nèi)錐節(jié)流裝置的壓損如下：
注：V形內(nèi)錐壓損計(jì)算式：Δw＝（1.3~1.25βv）Δp。
它是某一結(jié)構(gòu)形式產(chǎn)品的壓損。比較上述節(jié)流裝置的壓損，可見孔板、V形內(nèi)錐、噴嘴屬于高壓損節(jié)流件，V形內(nèi)錐處于孔板與噴嘴之間。文丘里管為低壓損節(jié)流件。
總之，V形內(nèi)錐流量計(jì)為我們蒸汽計(jì)量提供了一種新的方法和思路，但它是一種非標(biāo)準(zhǔn)的節(jié)流裝置，在使用中亦應(yīng)要求其實(shí)流標(biāo)定，嚴(yán)格安裝條件，在可能的情況下盡量加大直管段，減少現(xiàn)場影響量。
以上是我公司在使用中遇到的幾種用于蒸汽計(jì)量的流量計(jì)。蒸汽流量計(jì)量是一個難題，每一種計(jì)量裝置都有其優(yōu)缺點(diǎn)，筆者分析其優(yōu)劣點(diǎn)在于在實(shí)際使用中根據(jù)現(xiàn)場的使用條件應(yīng)合理設(shè)計(jì)和選型，靈活使用流量計(jì)，不可拘泥于一格，努力保證計(jì)量的準(zhǔn)確性。
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