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影響蒸汽流量計(jì)量準(zhǔn)確度的因素主要有： 測(cè)量元件、測(cè)量管、密度、相關(guān)系數(shù)、量程等。
1.1 測(cè)量元件
測(cè)量元件磨損、臟污、變形都會(huì)影響蒸汽流量計(jì)量的準(zhǔn)確度。由于武漢石化廠的節(jié)流裝置大部分采用孔板作為一次測(cè)量元件， 因此孔板的好壞就成了影響計(jì)量準(zhǔn)確度的重要因素之一。在實(shí)際使用中， 孔板入口邊緣會(huì)出現(xiàn)磨損、氣蝕、前后直管段內(nèi)結(jié)垢、粗糙程度改變等， 這些都能影響到測(cè)量的準(zhǔn)確度。另外由于節(jié)流裝置的計(jì)算數(shù)據(jù)是在規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)條件下得到的， 如果裝置中節(jié)流元件的實(shí)際條件達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)條件或偏離規(guī)定，也會(huì)導(dǎo)致測(cè)量誤差。
1.2 測(cè)量管
測(cè)量管是節(jié)流裝置的重要組成部分， 其結(jié)構(gòu)尺寸對(duì)流體流動(dòng)狀態(tài)有重要的影響， 流體流經(jīng)彎頭、閥門、縮徑管、擴(kuò)徑管等阻流件后， 會(huì)產(chǎn)生速度畸變、旋轉(zhuǎn)流及非定常流， 由于標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的各項(xiàng)參數(shù)是在充分發(fā)展管流、無旋轉(zhuǎn)流以及定常流的參考工作條件下實(shí)驗(yàn)得出的， 如果不滿足規(guī)定的條件， 就會(huì)造成流出系數(shù)偏離正常值， 影響測(cè)量準(zhǔn)確度。另外， 測(cè)量管沒有按規(guī)定要求安裝， 安裝測(cè)量元件時(shí)直管不符合要求， 內(nèi)徑D 數(shù)值不準(zhǔn)確等，都會(huì)造成測(cè)量誤差。
在武漢石化廠的許多裝置中， 有的節(jié)流件上下游直管段不滿足要求， 沒有考慮節(jié)流裝置的具體情況， 例如彎頭、三通的數(shù)量及分布， 直管段上縮管、擴(kuò)管以及閥門的開度等情況， 大部分采取直管段*D 后5D 進(jìn)行安裝， 甚至在直管段小于*D 后5D 的情況下安裝。關(guān)于直管段內(nèi)徑D 的數(shù)值， 按規(guī)定應(yīng)該采取實(shí)測(cè)值， 而實(shí)際情況是基本不進(jìn)行實(shí)測(cè)， 有的采用工藝提供的數(shù)據(jù)， 有的是查以前資料， 甚至有的用公稱通徑代替D 值作為設(shè)計(jì)計(jì)算的依據(jù)， 從而給測(cè)量準(zhǔn)確度埋下隱患。
測(cè)量管內(nèi)表面的粗糙度對(duì)測(cè)量的影響是zui為復(fù)雜的， 也zui容易被忽略， 特別是在設(shè)備投用時(shí)間比較長(zhǎng)的情況下， 管內(nèi)結(jié)垢、磨蝕等都會(huì)使管道比新投用時(shí)粗糙。即使是管流已達(dá)到充分發(fā)展管流時(shí)，粗糙度對(duì)流體仍是有影響的， 見圖1。
從圖1 中可以看出： 粗糙管的流速分布與光滑管是有區(qū)別的， 因此流出系數(shù)也不會(huì)相同。武漢石化廠大部分的蒸汽測(cè)量管都是直接采用工藝管道，沒有在定貨時(shí)與節(jié)流裝置整體加工， 投用時(shí)粗糙度是否符合要求也不清楚， 況且經(jīng)過多年的運(yùn)行也沒有進(jìn)行過檢查和清理， 所以粗糙度對(duì)測(cè)量準(zhǔn)確度肯定有影響。
1.3 蒸汽密度計(jì)算
對(duì)于蒸汽的流量測(cè)量， 一般都要進(jìn)行壓力和溫度補(bǔ)償， 但是由于對(duì)蒸汽性質(zhì)的復(fù)雜程度了解不夠， 在實(shí)際工作中往往存在一些不正確的做法。武漢石化廠大部分蒸汽儀表測(cè)量是用DCS （集散控制系統(tǒng)） 氣體補(bǔ)償方式， 或用智能流量二次儀表的氣態(tài)方程來計(jì)算蒸汽的密度， 再就是根據(jù)工藝車間提供的數(shù)據(jù)直接作為蒸汽密度的參考值， 雖然測(cè)量系統(tǒng)或多變量變送器（Honeywell SMV3000 系列）有壓力溫度補(bǔ)償， 但因?yàn)橛?jì)算公式或組態(tài)軟件使用不正確， 使補(bǔ)償失準(zhǔn)。
蒸汽是比較特殊的介質(zhì)， 一般情況下所說的蒸汽是指過熱蒸汽。而過熱蒸汽是由飽和蒸汽加熱升溫獲得。其中絕不含液滴或液霧， 屬于實(shí)際氣體。
過熱蒸汽的溫度與壓力是兩個(gè)獨(dú)立參數(shù)， 其密度應(yīng)由這兩個(gè)參數(shù)決定。
過熱蒸汽在經(jīng)過長(zhǎng)距離輸送后， 隨著溫度、壓力的變化， 特別是在過熱度不高的情況下， 會(huì)因?yàn)闊崃繐p失溫度降低而使其從過熱狀態(tài)進(jìn)入飽和狀態(tài)或過飽和狀態(tài)， 轉(zhuǎn)變成飽和蒸汽或帶有水滴的過飽和蒸汽。飽和蒸汽容易凝結(jié)， 在傳輸過程中如有熱量損失， 蒸汽中便有液滴或液霧形成， 俗稱溫蒸汽。這時(shí)它已不屬于嚴(yán)格意義上的氣體， 其密度也發(fā)生了很大變化。所以， 不同狀態(tài)下不能用同一氣體狀態(tài)方程來描述。
在日常的流量測(cè)量中， 大家往往只重視差壓信號(hào)的準(zhǔn)確與否， 并常常使用高精度的差壓變送器，而忽略了密度在測(cè)量中的重要地位。節(jié)流裝置的流量方程為：
qm=k(2△P·ρ）1/2
k=c/（1-β4）1/2·ε·π/4·d2
式中 qm———質(zhì)量流量/（kg/s）；
c———流出系數(shù)；
β———直徑比， d /D；
d———工作條件下節(jié)流件的孔徑/m；
D———工作條件下上游管道內(nèi)徑/m；
ε———可膨脹性系數(shù)；
△P———差壓/Pa；
ρ———流體密度/（kg/m3）。
從上式可以看出， 差壓與密度在測(cè)量中是處于同等地位的。然而在實(shí)際使用中由于忽視了密度對(duì)流量測(cè)量的影響， 因此往往不重視對(duì)密度的認(rèn)真研究和分析。
我們知道： 對(duì)氣體流量的測(cè)量， 如果沒有溫壓補(bǔ)償， 測(cè)量結(jié)果是不準(zhǔn)確的。因此無論是以前的電III 型儀表， 還是近些年廣泛使用的智能儀表、DCS， 乃至武漢石化廠新安裝的多變量?jī)x表（HoneyWell SMV3000）， 都有不同的補(bǔ)償方式。目前仍沒有一個(gè)統(tǒng)一的氣體狀態(tài)方程， 只有眾多的實(shí)際氣體狀態(tài)方程。本文所討論的蒸汽就沒有的方程， 主要是因?yàn)檎羝诠ぷ鬟^程中有物質(zhì)狀態(tài)的變化， 與理想的氣體性質(zhì)有很大差別， 它的物理參數(shù)比理想氣體要復(fù)雜， 不能用簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)方程式表達(dá)出來。而在實(shí)際生產(chǎn)中， 蒸汽流量密度的計(jì)算，大多數(shù)采用的恰恰是簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)表達(dá)式。另外由于使用測(cè)量的儀表不統(tǒng)一， 僅智能流量二次表就有不同的型號(hào)， 對(duì)密度的計(jì)算也各不相同， 加上DCS、多變量等儀表的計(jì)算方式也不盡相同， 造成密度計(jì)算的不準(zhǔn)確， 因此密度計(jì)算不準(zhǔn)確對(duì)蒸汽流量計(jì)量準(zhǔn)確度的影響不亞于用一臺(tái)精度差的差壓變送器帶來的誤差。
1.4 相關(guān)系數(shù)的影響
流出系數(shù)c 的定義是： 將節(jié)流裝置的實(shí)際流量與理論流量的比值應(yīng)用到理論方程中， 以獲得實(shí)際的流量。在一定的安裝條件下和給定的節(jié)流裝置，c 值僅與雷諾數(shù)有關(guān)。
在節(jié)流裝置計(jì)算書中， 根據(jù)提供的工藝條件計(jì)算出的c 值是一個(gè)固定值， 在DCS 或智能二次表中又無修正功能， 都將流出系數(shù)c 作為固定值參與流量計(jì)算， 而實(shí)際上流出系數(shù)c 只有雷諾數(shù)在規(guī)定的范圍內(nèi)才可視為常數(shù)， 實(shí)際使用中當(dāng)雷諾數(shù)不在這個(gè)范圍時(shí)， 流出系數(shù)c 就不能視為常數(shù)。特別是當(dāng)小流量時(shí)， 隨著雷諾數(shù)變小， 流出系數(shù)c 將有較大的變化， 流出系數(shù)c 與雷諾數(shù)Re 的變化關(guān)系見圖2。
從圖2 可以看出： 只有雷諾數(shù)Re≥104 時(shí)， 流出系數(shù)c 才可以是一個(gè)常數(shù)。據(jù)有關(guān)資料介紹， 當(dāng)Re=103時(shí)（β = 0.6）， 附加誤差可達(dá)-19%， 而當(dāng)Re = 250 時(shí)， 附加誤差增加到-26%。在實(shí)際測(cè)量中， 由于流量變化而使雷諾數(shù)小于界限值的情況時(shí)有發(fā)生。武漢石化廠熱電車間某蒸汽流量， zui小可達(dá)1 t/h， 而zui大時(shí)可達(dá)28 t/ h， 實(shí)際量程比達(dá)到了28 ∶ 1。在低限流量時(shí)流出系數(shù)c 將變化很大， 如果不進(jìn)行修正， 仍按計(jì)算書的c 值來計(jì)算流量， 會(huì)帶來較大的誤差。在武漢石化廠大部分DCS 和二次儀表中， 都沒有對(duì)流出系數(shù)c 的修正功能， 由此可見流出系數(shù)c 對(duì)測(cè)量系統(tǒng)的影響是普遍存在的。
實(shí)際上， 孔板從安裝使用開始， 其入口銳邊就開始經(jīng)歷由尖銳到平鈍的一個(gè)變化過程， 對(duì)儀表準(zhǔn)確度的影響是一個(gè)從小到大的緩慢過程， 常常被忽視。如果被測(cè)介質(zhì)是高流速的流體， 影響可能會(huì)更為顯著。根據(jù)某專業(yè)雜志報(bào)道， 在流體高度臟污的場(chǎng)合， 流出系數(shù)c 變化百分之十幾也不足為奇， 而武漢石化廠使用的孔板時(shí)間zui長(zhǎng)達(dá)10 年以上， 短
的也用了3 ~ 4 年， 因此流出系數(shù)c 帶來的測(cè)量誤差是可想而知的。
1.5 儀表量程設(shè)置
在武漢石化廠計(jì)量?jī)x表完善項(xiàng)目施工中， 筆者發(fā)現(xiàn)， 有部分車間選用的儀表量程過大， 使儀表經(jīng)常工作在量程的50%甚至20%以下， 這樣就造成了相對(duì)誤差變大的后果。我們都知道， 一般儀表的準(zhǔn)確度等級(jí)都用引用誤差表示， 其實(shí)引用誤差是一種簡(jiǎn)化的相對(duì)誤差。若儀表的準(zhǔn)確度等級(jí)為0.2、0.5 或1.0 級(jí)， 所標(biāo)明的是儀表的引用誤差不能超過的界限， 也就是說合格儀表zui大引用誤差不會(huì)超過0.2%、0.5%、1.0%， 而不能認(rèn)為它的各刻度點(diǎn)上的示值都具有0.2%、0.5%、1.0%的準(zhǔn)確度。
設(shè)一臺(tái)儀表的準(zhǔn)確度為S%， 量程為0～Xn， 測(cè)量點(diǎn)為X， 相對(duì)誤差應(yīng)按下式求得：相對(duì)誤差≤ Xn /X × S%如果這臺(tái)儀表的量程是0 ～ 150， 準(zhǔn)確度是0.5%， 用上式計(jì)算測(cè)量點(diǎn)75、50、30、15 的相對(duì)誤差分別為： 1.0% 、1.5%、2.5%、和5.0%。由此可見， 當(dāng)測(cè)量值越接近滿度值， 其準(zhǔn)確度越高。這就是我們?cè)谶x用儀表量程時(shí)， 盡可能選擇接近儀表量程的上限值或儀表滿量程值的2/3 以上的原因。
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