流量计量中蒸汽流量计量系统的选型应用探究

韩 冰

（陕西省计量科学研究院，陕西 西安 710100）

蒸汽流量测量属于流量计算中测量精准较高，实用性较为出色的一种计量方案，在蒸汽流量测量中，存在不同型号的计量仪器，这些仪器的选用将会影响到流量计量最终的测量结果，为此需要合理分析并挑选合适的计量仪器类型，以此实现计量数据的精准化。

1 蒸汽流量计量的应用原则

1.1 确保数值监控和检测的实时性

在相关信息技术飞速发展的过程中，投入于蒸汽流量计量工作中的仪表仪器设备都具有先进水平的，在数据收集、传输和分析上都能实现远程操作，通过对计算机终端的操作就能打破时间限制、地域限制和空间限制，全局性的实时监控各个仪器设备的运行情况，并自动化地记录下每个环节的运行参数。所以，要基于流量计量特点的分析和对各种计量仪表优势的全面了解，设置科学合理的远程监测系统，并结合开展计量工作单位对测量项目的实际运行需求进行不断优化和改进，实时监控每个环节里的计量仪表数据并做好动态数据对比，实现全局性的远程有效监测，快速准确地定位造成计量数据误差的地方并分析造成误差或故障的具体原因，最大化地降低发生误差事件的几率，对计量数据进行有效控制。

1.2 合理选择标准的蒸汽流量计量方法

提升计量精准度的基础是选用适宜且准确的测量仪表，在控制蒸汽流量计量的工作中最常用的方式也是合理选取蒸汽流量计量方法，同时严把设备节流性能关和量程标准关，尽可能地选择符合有关标准的节流设备，使工作人员只需要基于流量的实际变化情况，就能对计量仪表进行智能差变测量。

2 蒸汽计量输差现象的原因分析

蒸汽计量输差客观存在，同时也无法绝对避免，但过大的误差意味着较大的经济损失。通常情况下经由计量仪表得出的蒸汽输差原因都包含了计量仪表本身的误差，无法实现“零误差”[1]。因此，无论采取何种降低输差的方式都需要详细分析造成输差的原因，使允许误差控制在一定区间内，现将归结的3类主要输差原因介绍如下。（1）外界环境的温度因素。较长的蒸汽管道途经多个不同的地区，当地区之间有明显的温度差时，计量仪表的测量精确度除难以得到保证以外，降雪、暴雨等难以控制的客观天气因素也会给蒸汽管道压力带来影响，即便进行差异分析也无法百分百恢复标准环境下的测量精准度，进而造成蒸汽输送误差。（2）计量仪表误差累计。在蒸汽气流量的测量过程中，计量仪表因多方干扰因素的限制难免出现测量误差，尽管每次的误差大小都属于可控的允许范围内，但超长运输管道就意味着有诸多小误差的积累，最终综合的测量结果就会产生明显的误差。

3 蒸汽流量计量方法

目前我国应用频率较高的蒸汽流量测量仪器有涡街流量计、超声波流量计、质量流量计和节流式差压流量计。

3.1 涡街流量计

应用较为频繁的涡街流量计在结构上具有简洁化的特征，在应用过程中操作简易，初期的安装和后期维护都较为便利，这也是为何广泛应用涡街流量计的主要原因。由于涡街流量计传感器不会直接作用于基础介质，所以具体应用过程中并不会产生过多的磨损，相对而言有更长的使用寿命，能发挥更显著的能源节约优势。尽管如此，涡街流量计在使用过程中还是存在一定的局限性，尤其是处于雷诺数影响环境下的涡街流量计，其压电晶体的安装选择只能是应力式，这就导致运行中的涡街流量计很容易被周围环境影响，进而出现计量数据误差[2]。

3.2 节流式差压流量计

在我国蒸汽流量计量工作中占据应用计量方式主导地位的还是经典压差仪表，据有关统计结果显示，节流式差压流量计在流量领域的计量贸易中占比达到九成。相比其他计量工具，节流式差压流量计在应用方面具有制造成本低、安全、耐用、且适用口径范围大等管道计量优势；缺点在于压力损耗大、计量精准度易受环境因素影响、测量范围有限和安装复杂等。

综上而言，节流式差压流量计和涡街流量计是当前蒸汽流量测量方法中最常用的2种，除了节流式差压流量计和涡街流量计外，还有超声波流量计和质量流量计等也会在蒸汽流量测量方法中有所应用，但这些流量计的应用频次不高，使用占比不大，所以在蒸汽流量测量的选型应用上主要集中于节流式差压流量计和涡街流量计。严格意义上而言，这两种流量计都存在各自的优势和缺陷，故需要通过详细的对比分析才能得知在蒸汽流量测量方法中选用哪种流量计更为合适。

4 选型途径

4.1 经济性对比

使用蒸汽流量计量的企业一般为热力公司，根据其经营业务的要求，热力公司需要与热电厂进行贸易对接，因此在选用流量计上要注意2点，其一是流量计的准确度等级必须足够高，其二是经济效益上必须符合热力公司的需求。节流式差压流量计和涡街流量计比较，其优缺点见表1。

表1 节流式差压流量计和涡街流量计的优缺点

从表1可知，涡街流量计的准确度等级更高，但采购价格更高，需要支出的资金更多，为了更好地了解2种流量计的性价比，还要计算其经济效益，才能得知节流式差压流量计和涡街流量计哪个更适用于蒸汽流量计量[3]。

假设某热力公司使用DN300管道，高压蒸汽参数为2.5 MPa、350℃，最大设计流量和常用流量分别是80 t/h和（40~50）t/h，同时DN300的节流式差压流量计和涡街流量计示值误差都是1%，该热力公司的蒸汽价格是200元/t，以平均流量45 t/h为计算依据，可知金额误差为：

1月金额差=45×1%×200×24×30=64 800元

1年金额差=45×1%×200×24×365=788 400元

根据两个计算结果来看，如果不考虑市场需求因素，譬如蒸汽价格上涨或者是蒸汽用量加大等现象，那么一年时间可以至少节省出至少5~6个涡街流量计的采购价格。此外，涡街流量计和节流式差压流量计相比的另一个优势在于涡街流量计不需要像节流式差压流量计一样加装可移动部件，也就不需要企业投入太多的人力资源对涡街流量计进行检查和维修，而节流式差压流量计因为可移动部件的缘故，需要安排维修人员定期开展人工维护，对磨损的孔板进行清洗和更换，这便加大了资金投入[4]。

除此之外，近几年蒸汽流量的使用一直在增加，流量范围也在不断扩大，部分热力企业的最大设计流量其实已经超过了80 t/h，即量程已经超过了3∶1，这方面量程比宽过窄的节流式差压流量计显然无法满足热力企业的测量需求，而涡街流量计却能完全适应这一变化。如果再将能量损失也考虑在内，涡街流量计的阻力损失也远远低于节流式差压流量计，不会引起太多的额外能耗，所以不管是考虑经济效益还是人工上的节省，涡街流量计都比节流式差压流量计更适合应用于过热蒸汽测量。

4.2 配套设备及安装

涡街流量计在测量优势上较之节流式差压流量计更加明显，但该流量计的缺陷问题也较为突出，涡街流量计只能对工况条件下的体积流量进行显示，这导致该流量计不能有效实现贸易计量。出于测量需要，在使用涡街流量计时还要配备热电阻、压力变送器和流量计算机。涡街流量计的准确度等级最好为1.0级，选用长颈、高温型最为合适，热电阻的插入深度应当在150 mm左右，配合温度套管，且温度测量范围要维持在0~400℃间，压力变送器的压力测量范围为0~3 MPa，在安装时，蒸汽流量计量系统要严格遵循国家标准[5]。常用的安装方法有机械安装和电气安装2种。使用机械安装需要注意管道振动的问题，如果现场存在蒸汽管道振动剧烈，或者因为列车行驶等因素引发外部振动现象时，涡街流量计需要在前后端安装抗振动软节。

另外，采取机械安装时，涡街流量计旋涡稳定较差，为了不影响涡街流量计的旋涡稳定，流量调节阀必须安装在流量计的下游，也同样出于减少对涡街流量计的旋涡稳定影响，压力变送器和热电阻也应当安装在流量计下游。在安装过程中，工作者要先安装压力变送器，然后在隔1D~2D位置的下游安装热电阻，具体结构如图1所示。

图1 蒸汽流量计量系统机械安装示意图

另一种安装方式为电气安装，如图2所示，需要注意引线长度、线径和阻值，这些因素会对上传到流量计算机的温度差异带来影响，所以在电气安装中需要配备UPS电源、防雷、接地等辅助设备，确保流量计的长期稳定可靠以及在极端恶劣天气下也能保持正常使用。

图2 蒸汽流量计量系统电气安装示意图

5 结束语

通过综合比较、选型和安装，以及结合热力企业贸易结算的需要，在蒸汽测量计量中选用涡街流量计蒸汽计量系统更为合适，通过选择涡街流量计蒸汽计量系统进行测量计量工作，所得到的测量结果更加准确，且企业为涡街流量计蒸汽计量系统投入的资源也更加少，性价比优异，值得在蒸汽测量中大范围投入应用。