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蒸汽相變引起的測(cè)量誤差
點(diǎn)擊次數(shù):1646 更新時(shí)間:2014-04-07

存在問(wèn)題
  巴斯夫公司在上海的一家精細(xì)化工廠,在基建階段,全廠蒸汽計(jì)量沒(méi)有裝表計(jì)。為了加強(qiáng)能源管理,1997年某車(chē)間增裝了蒸汽計(jì)量表。但在還有個(gè)別用戶(hù)尚未配齊表計(jì)的情況下,各分表24h計(jì)出的耗汽總量之和已比鍋爐蒸發(fā)量大15%,顯然是有問(wèn)題的。
分析與診斷
    參觀考察該工廠耗汽量zui大的一個(gè)蒸汽計(jì)量點(diǎn),發(fā)現(xiàn)鍋爐房供的是飽和蒸汽,并根據(jù)各用戶(hù)中蒸汽壓力要求值z(mì)ui高的一個(gè)決定鍋爐供汽壓力為1.OMPa,多數(shù)用戶(hù)在蒸汽總管進(jìn)裝置(車(chē)間)時(shí)先經(jīng)直接作用式穩(wěn)壓閥減壓。
    作者看到的一個(gè)計(jì)量點(diǎn),耗汽量約占全廠耗汽總量的1/3,用作進(jìn)入裝置蒸汽計(jì)量的渦街流量計(jì)安裝在減壓閥后.該廠的儀表工程師原以為鍋爐供出的是飽和蒸汽,到了流量計(jì)處仍為飽和蒸汽,所以?xún)x表設(shè)計(jì)按飽和蒸汽考慮,為了節(jié)約投資,采用溫度補(bǔ)償,即根據(jù)蒸汽溫度查飽和蒸汽密度表,得到蒸汽密度,從而省去了壓力變送器。
    作者注意到,蒸汽減壓后,其壓力有大幅度的降低,其溫度雖然也有降低,但比減壓后的壓力所對(duì)應(yīng)的飽和溫度還是高許多,現(xiàn)場(chǎng)采集到的數(shù)據(jù)如圖2.19所示。在向提問(wèn)者核實(shí)了現(xiàn)場(chǎng)表計(jì)所顯示的溫度、壓力參數(shù)的準(zhǔn)確性之后,作者認(rèn)為,渦街流量計(jì)安裝處的蒸汽狀態(tài)已經(jīng)不是飽和狀態(tài)而是過(guò)熱狀態(tài)。因?yàn)椴楸淼玫奖韷簽?.42MPa的飽和蒸汽,其溫度應(yīng)為153.3℃(上海地區(qū)大氣壓以101.61 kPa計(jì)),而現(xiàn)在實(shí)際溫度已經(jīng)達(dá)到162.4℃。這時(shí)流量二次表按照所測(cè)量到的溫度t2=162.4℃查飽和蒸汽密度表,得ρ2=3.4528kg/m3,而按照t2和P2兩個(gè)測(cè)量值查過(guò)熱蒸汽密度表,得密度成ρ2=2.6897kg/m3協(xié)所以質(zhì)量流量計(jì)算結(jié)果出現(xiàn)28.37%的誤差,即

  在本實(shí)例中,如果采用壓力補(bǔ)償,則根據(jù)p2=0.42MPa的信號(hào)查飽和蒸汽密度表,應(yīng)得到ρ2=2.7761kg/m3,則補(bǔ)償誤差為

建議
    ①將
蒸汽流量計(jì)安裝在減壓閥之前。由于上述蒸汽未經(jīng)減壓時(shí)確屬飽和蒸汽,所以將流量計(jì)安裝在減壓閥之前,按飽和蒸汽補(bǔ)償方法處理,可保證測(cè)量度。
    ②如果流量計(jì)只能安裝在減壓閥后面,則可增裝一臺(tái)壓力變送器,進(jìn)行溫壓補(bǔ)償。
反饋的信息
  提問(wèn)者采納了上述第二個(gè)建議,修改了設(shè)計(jì),使全廠各分表的計(jì)量度得到提高。
討論
    飽和蒸汽經(jīng)絕熱膨脹后會(huì)進(jìn)入過(guò)熱狀態(tài)這一事實(shí),往往不被儀表人員所認(rèn)識(shí)。
    接熱力學(xué)原理,蒸汽節(jié)流膨脹過(guò)程是一個(gè)等焓過(guò)程,以圖2.19中的數(shù)據(jù)為例,節(jié)流膨脹之前,表壓1MPa的蒸汽,其始值約為2779.7kJ/kg,節(jié)流膨脹后,如果仍為飽和蒸汽,則表壓0.42MPa的蒸汽,給值約為2749.3 kJ/kg,即節(jié)流前后有30.4kJ/kg的焓差。該焓差就可用于節(jié)流前蒸汽中所帶水滴的二次蒸發(fā),查表可知,在該條件下的蒸發(fā)熱約為2102.7kJ/kg,再考慮減壓前飽和水熔值的差異(表壓1.OMPa飽和水的燴值為781.13kJ/kg,表壓0.42MPa飽和水的給值為646.53 kJ/kg),上述焓差可將減壓前1.54%質(zhì)量比的液態(tài)水汽化。如果減壓前蒸汽的含水量小于1.54%,則減壓到0. 42MPa后就進(jìn)入過(guò)熱狀態(tài)。
    利用等焓變化的原理也可以計(jì)算減壓前蒸汽的含水率。
    從圖2. 19所示的數(shù)據(jù)查表可知,減壓后的狀態(tài)(0.42MPa,162.4℃)對(duì)應(yīng)的焓值為2770.2kJ/kg,則用于二次蒸發(fā)的焓為2779.7kJ/kg-2770.2 kJ/kg=9.5 kJ/kg,計(jì)算得減壓前蒸汽含水率約為0.5%。

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