存在問題
上海的一幢88層高樓,鍋爐房內裝有德國ROS公司的蒸發量各為1Ot/h的4臺鍋爐,隨鍋爐帶來除氧器。該除氧器加熱蒸汽用1臺DN80渦街流量計測量,儀表投入運行后,發現流量示值比理論值高150%~170%。
檢查與分析
鍋爐的除氧器是用蒸汽將進水加熱到規定溫度,于是水中氧的飽和溶解度相應減小,從而達到除去水中部分氧的目的。
國產鍋爐除氧器,蒸汽是從除氧器下部引人,進水從除氧器上部引人,汽和水在除氧器內的篩板段進行熱量傳遞和質量傳遞。這樣的結構形式,對除氧器蒸汽流量計量毫無影響。
但是本實例中所述的除氧器卻是另一種情況。該除氧器加熱方法是在臥式熱水箱接地底部的高度橫臥一根蒸汽噴管,在噴管上密密麻麻打了很多小孔,全部蒸汽均從這些小孔中噴出同周圍的水接觸,完成熱量傳遞,并帶著水中的氧上升,浮出水面,達到除氧目的。其蒸汽流量計量和和加熱系統如圖所示。
這種結構的除氧器對蒸汽流量計量帶來嚴重威脅。因為蒸汽從小孔中噴出后,馬上同溫度較低的水接觸,導致汽泡破裂,仿佛水箱底部每秒都有許多小氣球在爆破。這種爆破產生的流動脈動經蒸汽管路反向傳遞到安裝在上游的渦街流量計,使流量計示值比熱平衡計算得到的理論值高150%-170%,顯然,問題是嚴重的。后在流量計與除氧器之間加裝了一臺阻尼器,使汽泡破裂產生的脈動在阻尼器中得到衰減.阻尼器投入運行后,不僅流量計示值與理論計算值基本符合,而且管道振動也明顯減小。為了解決安裝空間問題,阻尼器結構采用管道式,如圖所示。
在設計蒸汽(氣體)阻尼器時,兩個氣罐容積大小和限流管內徑的設計是關鍵,因為容積太小,阻尼效果不好,而容積做大,效果好了,但體積和成本均增大。限流管的內徑也如此,管徑取得太大,阻尼效果不佳,而管徑取得太小,阻力大,壓損大。因此需合理計算。
不僅給出了阻尼器的推薦形狀,還給出了在不同流量條件下阻尼器的尺寸,如表5.1所示。該資料中計量單位為英制,表5.1中已換算成公制。
流量qs/×100m3/h | 罐直徑D1/mm | 阻尼管直徑D2/mm | 長度L/mm |
35 | 400 | 38 | 950 |
35~127 | 600 | 50 | 850 |
127~200 | 750 | 80 | 1000 |
討論
(1)浴室蒸汽流量計量中也有類似情況
大多數浴室、浴場都是采用蒸汽通入水箱直接加熱的方法,蒸汽與周圍的水接觸產生劇烈的振動并發出強烈的噪聲。蒸汽在噴嘴處的脈動經介質逆向傳遞到流量計,引起流量示值偏高。如果流量計選的是渦街流量計,則偏高尤為明顯,特別是在蒸汽流量較小時。這與本實例中所討論的除氧器水箱情況相似。
(2)流動脈動對渦街流量計的影響
①脈動頻率的影響
在分析流動脈動對渦街流量計影響時,脈動頻率是重要參數。起決定性作用的是脈動頻率與旋渦剝離頻率之比值,當此比值較小時,具有近似的穩定流特性,旋渦剝離頻率隨流速變化,斯特羅哈爾數或校準常數不變。
當脈動頻率可與旋渦率相比,在(渦街頻率)脈動頻率相同(fv=fp)或一半 時,就出現旋渦剝離周期被鎖定的強烈趨勢,在鎖定條件下,流量輸出不可靠,靠,流量指示誤差可高達80%。當脈動頻率大大高于旋渦剝離頻率時,無明顯的鎖定現象,但斯特羅哈爾數變化,其后果是穩定流校準數據明顯偏離,達到10-1的數量級。
關于流速脈動幅 的試驗數據表明,此幅值不能超過20%。關于脈動頻率的限定,在zui低流速時,脈動頻率應小于旋渦剝離頻率的25%。
②用渦街流量計側量脈動流流量
采取合適的阻尼方法將脈動衰減到足夠小的幅值(通常為3%),是用渦街流量計測量脈動流流量的zui常用也是zui有效的方法。但當經過努力脈動幅值仍高于3%,則可對測量不確定度進行估算,然后對誤差進行校正。
③測量不確定度的估算
如果fv/fp<0.25而且 ,測量不確定度約1%。
如果fv比fp高得多,但無明顯的鎖定現象,流速脈動幅值在0.1~0.2之間,則誤差可能為流量示值的10-1的數量級。
(3)為什么流量小的時候影響大
前面關于流速脈動幅值 不能大于20%的限值,是個很重要的數量概念,它是流速脈動分量均放根值U′rms與軸向時均流速 之比。U′rms變化時,該比值也變化。在U′rms為一定值的情況下,若 較大, 可能小于20%,但若 較小,相同的U′rms值,U′rms/U就可能大于20%,進而嚴重影響蒸汽流量計示值。
(4)改進方法
渦街流量計是受流動脈動傷害zui嚴重的流量計,如果在水箱加熱蒸汽流量計量系統中已經安裝了渦街流量計,則可像5.3.2條的方法增設阻尼器,將脈動的幅值衰減到足夠小,以基本消除其影響.如果水箱加熱蒸汽流量計量系統還在設計階段,則建議不要選用渦街流量計,而選用差壓式流量計。
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