关于蒸汽计量应用研究

张秀利

上海焦化有限公司 （上海 200241）

关于蒸汽计量应用研究

张秀利

上海焦化有限公司 （上海 200241）

从蒸汽特殊性入手，介绍如何对蒸汽进行密度补偿、如何做好蒸汽计量仪表的正确选型、正确安装，确保蒸汽计量的准确性。并对日常工作中遇到的问题提出解决措施。

蒸汽计量 密度补偿 仪表选型 旋涡流量计 孔板流量计

0 前言

蒸汽是比较特殊的介质，随着工况（如温度、压力）的变化，过热蒸汽经常会转变成为饱和蒸汽，形成汽液两相流介质。对于相流经常变化的蒸汽，使用目前流量仪表测量其流量，肯定会存在测不准的问题。这个问题的解决方法是保持蒸汽的过热度，尽量减少蒸汽的含水量，例如加强蒸汽管道的保温措施，减少蒸汽的压力损失等。总之，相对其他介质而言，蒸汽计量比较复杂。下面从蒸汽计量的密度补偿、选型、安装等方面来探讨如何确保蒸汽计量的准确性。

1 蒸汽计量中的密度补偿

计量饱和蒸汽或过热蒸汽常用质量流量，单位为kg/h。质量流量大小与蒸汽的密度有关，而蒸汽的密度又直接受蒸汽的压力及温度影响。在蒸汽计量过程中，随着热汽压力及温度的不断变化，密度也随着变化，使质量流量也随着变化，如果计量仪表不能跟踪这种变化，势必造成计量误差。因此，在蒸汽计量过程中一般都是通过压力及温度补偿来达到密度补偿目的。饱和蒸汽的密度变化与其压力或温度成正比关系，因而单独通过测压力或测温度都可以对饱和蒸汽进行密度补偿。过热蒸汽的密度与其压力、温度成函数关系，而不是正比关系，过热蒸汽的密度补偿必须同时测其压力和温度。这里，特别需要指出的是：测量蒸汽压力的压力变送器，其引压管中的冷凝水产生一个静压，所以，要对压力变送器进行迁移。如上海焦化有限公司送京华化工厂的饱和蒸汽，其正常压力为0.65 MPa,密度为3.842 kgf/cm2，由于该蒸汽管道离地面较高，压力变送器安装在地面，故引压管中的静压有 70 kPa,压力显示为0.65+0.07=0.72 MPa，密度为4.325 kgf/cm2，经计算单密度补偿就带来了12.57%的误差。由此可见，蒸汽计量中的压力修正是一个不可忽视的问题。

2 蒸汽计量中的仪表选型

世界上流量仪表的种类繁多，但每种流量仪表都有它特定的适用性和局限性，如果流量仪表选择不当，流量肯定测量不准。因此，选择一个合适的流量仪表也就变成一项技术性很强的工作，显得尤为重要。对蒸汽计量而言在选择流量仪表时应考虑被测蒸汽的性质、用气量、蒸汽压力变化范围、常用工作压力、最小工作压力、蒸汽温度变化范围、管道规格、维护需求以及流量仪表的特性等。目前，上海焦化有限公司测量蒸汽流量的仪表主要有旋涡流量计和差压式流量计等。

2.1 旋涡流量计

旋涡流量计是基于卡门旋涡原理而研制成功的一种流量计，其流量公式为：

式中：qv－体积流量，m3/h；

Sr－斯特劳哈尔系数；

m－漩涡发生体两侧弓形面积与管道横截面面积之比；

d－漩涡发生体硬面宽度，m；

D－表体通经，m；

f－漩涡的发生频率，Hz/s。

由于旋涡流量计具有其他流量计不可兼得的优点，得到了迅速发展。据介绍，现在日本、欧美等发达国家使用旋涡流量计的比例大幅度上升，已广泛用于各个领域，将在未来流量仪表中占主导地位。它具有以下特点：

（1）结构简单牢固，安装维护方便（与孔板流量计相比较，无需导压管和三阀组等，减少泄漏、堵塞和冻结等）。

（2）适用流体种类多，如液体、气体、蒸汽和部分混相流体。

（3）精确度较高，一般为测量值的±1%。

（4）范围度宽，可达10∶1或20∶1。

（5）压损小（约为孔板流量计的1/4～1/2），运行费用低，更具节能意义。

（6）输出与流量成正比的脉冲信号，适用于总量计量，无零点漂移。

（7）在一定雷诺数范围内，输出频率信号不受流体物性（密度和粘度）和组分的影响，即仪表系数仅与旋涡发生体及管道的形状尺寸有关，只需在一种典型介质中校验并适用于各种介质。

但是，旋涡流量计也有其一定的局限性：

（1）不适用于低雷诺数测量（ReD≥2×104），故在高粘度、低流速、小口径情况下，应用受到限制。

（2）旋涡分离的稳定性受流速分布畸变及旋转流的影响，应根据上游侧不同形式的阻流件配置足够长的直管段或装设流动调整器（整流器），一般可借鉴孔板流量计的直管段长度要求安装。

（3）旋涡流量计的发生体只能在计量标准装置上通过实物进行标定。

2.2 孔板流量计

孔板流量计是以流动连续性方程（质量守恒定律）和伯努利方程（能量守恒定律）为基础的一种测量手段。其流量公式为：

式中：qm－质量流量，kg/s；

c－流出系数；

d－节流件开孔直径，m；

ε－可膨胀性系数；

ρ－被测流体密度，kg/m3；

β－节流件孔径与直管段内径之比，β＝d/D；

Δp－差压，Pa。孔板流量计应用范围广泛，至今尚无任何异类流量计与之相比，而且结构简单、牢固，性能稳定，使用年限长，价格低廉。但经过几十年的应用，发现孔板流量计有以下不足：

（1）测量的重复性、精确度在流量计中属于中等水平，由于众多因素的影响错综复杂，精确度难以提高。

（2）范围度窄，由于仪表信号(差压)与流量为平方关系，一般范围度仅为3∶1～4∶1。

（3）现场安装条件要求较高，如需较长的直管段。需配差压变送器使用，增加了维护的工作量，另需敷设导压管，且在冬季需对导压管进行保温。检测件与差压显示仪表之间引压管线为薄弱环节，易产生泄漏、堵塞、冻结及信号失真等故障。

（4）孔板与差压变送器之间引压管易产生泄漏、堵塞、冻结及信号失真等故障。

（5）压力损失较大，运行费用高。

3 蒸汽计量仪表的正确安装

随着仪表制造技术的发展，仪表的精度、稳定性及可靠性有了很大程度的提高，为确保计量准确性提供了硬件保障。但在实际应用中，经常碰到蒸汽计量数据不合理甚至不能正常工作，而单独校验计量仪表均合格，究其原因往往是由于现场仪表安装不规范所造成的。因此，合理安装现场流量仪表，确保检测数据可靠性具有实际意义。

旋涡流量计的安装较为简单，在选型合理的情况下，可安装在水平或垂直的管道上，但要保证流量计的中心线与管道轴线相重合且流向正确，密封垫圈不得凸入管道内径。当需要测压时，将测压点设置在旋涡发生体下游3.5～7.5 D的地方；当需要测温时，将测温点设置在旋涡发生体下游1 D～2 D的地方（见图1）。

相比之下，差压变送器的安装较为复杂，差压变送器安装着重考虑附件及管路的安装，规格齐全、性能优良的附件（如取压装置、冷凝器和隔离器等）能方便仪表维护、检修、排污及保护变送器等，差压变送器取压管尽量按最短距离安装（3～50 m）。为了避免在管路中积聚气体，导压管应垂直安装，水平安装时其倾斜度不应小于1∶12。此外，管路中的截止阀或球阀应可靠、耐用，避免阀门的渗漏影响测量准确性，且利于管路及仪表检修。具体安装方法见图2。

4 蒸汽计量所遇到的问题及采取的措施

以前，上海焦化有限公司主要采用孔板流量计对蒸汽进行计量，但是使用结果不尽如人意，譬如：炼焦分公司5#、6#焦炉用蒸汽，由于管廊架高，连接差压变送器的引压管长，使正负压室引压管在结冷凝液时，内部气泡排不尽，造成正负压室静压不等，对引压管进行灌注防冻液时，也难以做到正负压室的静压相等，故加大了计量误差；再比如，煤气分公司砷碱蒸汽流量由于环境恶劣，现场腐蚀严重，整个计量装置泄漏严重，在增加了仪表工维护保养工作量的同时，给计量的准确性带来了一定的难度。针对类似的情况，再结合公司的实际情况，最近两年上海焦化有限公司采取了以下措施：对管廊架高但环境尚可，而且有平台的，将差压变送器安装到平台上，尽量减少引压管的长度；对环境恶劣场所的蒸汽计量装置改装成旋涡流量计，减少泄漏点。经过这一系列的措施，大大提高了蒸汽计量的准确性，减少了计量纠纷。

5 结束语

蒸汽计量是企业的一大难点，随着科技的进步，流量仪表的种类越来越多，但每种流量仪表都有它特定的适用性和局限性，因此，选择合适的蒸汽流量仪表显得尤为重要。今后要结合具体的情况，合理选择并使用，才能使计量仪表发挥更好的作用。

[1]纪纲.流量测量仪表的应用技巧.北京:化学工业出版社,2002,11.

[2]王建中.流量测量节流装置设计手册.北京:化学工业出版社,2000,6.

[3]蔡武昌流量测量方法和仪表的选用.北京:化学工业出版社,2001,4.

TQ056.1

张秀利 女 1969年生 2007年上海应用技术学院毕业 工程师 长期从事计量管理工作

2010年6月