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我國蒸汽是按其質(zhì)量進行結(jié)算的，而用來測量蒸汽質(zhì)量流量的儀表，zui主要的就是差壓式流量計(本文只討論標準節(jié)流型)，下面我們將對這種計量儀表從設(shè)計、選型、安裝調(diào)試以及應(yīng)用分別展開論述。
1、測量原理和計算方法
1．1測量原理
充滿管道的流體流經(jīng)管道內(nèi)的節(jié)流裝置，流束將在節(jié)流件處形成局部收縮，從而使流速增加，靜壓力降低，于是在節(jié)流件前后差生了靜壓力差(或稱差壓)。流體的流速愈大，在節(jié)流件前后所產(chǎn)生的差壓也愈大，所以可以通過測量差壓來衡量流體通過節(jié)流裝置時的流量大小，這種測量方法是以能量守恒定律和流動連續(xù)性方程為基礎(chǔ)的。
流過節(jié)流裝置的質(zhì)量流量，可由式(1)計算獲得。
式中：q為質(zhì)量流量，kg／s；C為流出因數(shù)，無量綱；s為節(jié)流件正端取壓口平面上的可膨脹性因數(shù)；d為工作條件下節(jié)流件的開孔直徑，m；卸為差壓，Pa；P為節(jié)流件正端取壓口平面上的流體密度，kg／m；／3為直徑比，／3=d／D；D為管道內(nèi)徑，m；R為管道雷諾數(shù)。
1．2適用條件
(1)流體必須是充滿圓管和節(jié)流裝置，在通過節(jié)流裝置時沒有相變。
(2)流體通過測量段的流速必須是保持亞音速的、穩(wěn)定的或僅隨時間緩慢變化的。
(3)流體必須是單相流體或可認為是單相流體。
(4)工藝管徑在50mm～1200mm之間，雷諾數(shù)滿足GB／T2624--93所規(guī)定要求。
2怎樣保證計量準確度
以上無論是測量原理、適用條件還是計算公式，是通過大量實驗總結(jié)出來并經(jīng)過實踐檢驗的，我們在應(yīng)用差壓流量計進行蒸汽測量時必須嚴格遵守。
2．1現(xiàn)場工藝條件
(1)流量保持基本穩(wěn)定，短時間內(nèi)不會產(chǎn)生大的波動。
(2)管道內(nèi)的壓力和溫度狀態(tài)要保證介質(zhì)為單相，即蒸汽為過熱蒸汽。
(3)管道內(nèi)蒸汽通過節(jié)流裝置在靜壓力改變的同時，不能產(chǎn)生狀態(tài)的改變。
2．2節(jié)流裝置中的節(jié)流件設(shè)計
以下為采用計算機軟件(經(jīng)國家認證的)進行計算的步驟。
(1)管道內(nèi)徑(D∞)輸入
管道內(nèi)徑可以根據(jù)原始工藝管線設(shè)計資料查出。
如果原始資料缺失或為了更加，需要現(xiàn)場測量(測量方法依據(jù)GB／T2624--93)，這時一定要同時測出現(xiàn)場溫度，并根據(jù)現(xiàn)場溫度將管道測量值修正到200=時的數(shù)值。
修正公式：
D=D20[1+AD(t一20)](2)
式中：D為管道內(nèi)徑現(xiàn)場測量值，mm；D加為20o【=時管道內(nèi)徑，mm；A。為管道材料的熱膨脹系數(shù)；mmmm·o【=；t為現(xiàn)場溫度，o【=。
(2)工作條件(溫度、壓力)壓力輸入值為壓力值，單位MPa；溫度輸入攝氏溫度，o【=。對于采用q=k△p·P數(shù)學模型來實時補償?shù)牧髁糠e算儀，所輸入的壓力、溫度值偏離實際情況越遠，所帶來的誤差就越大。
(3)zui大流量、常用流量、zui小流量zui大流量為在正常情況下不可能超出的上限值；常用流量是正常工作條件下的流量值，一般為zui大流量的70％；zui小流量為在正常情況下不可能超出的下限值。
(4)zui大差壓值和壓損
zui大差壓值選在4O～60kPa之間，對應(yīng)的／3值在0．5左右，這時流出系數(shù)C的不確定度是zui小的，差壓值造成的*壓損也不會很大，一般能滿足工藝要求。
壓損計算公式：孔板△=(1—0．24fl—0．5Z一0．1)△lp(3)
噴嘴△=(1+0．014fl一2．+1．18)△p(4)
選取zui大差壓值時還要同時考慮差壓變送器量程比，是否滿足所需要測量的流量量程比。例如：我們選擇EJA11OADM型(測量范圍1～100kPa)，zui大差壓值選擇40kPa，那么所能測量的流量量程比是：~i-=6．32：1。
(5)流體密度、粘度、等熵指數(shù)、壓縮系數(shù)一般情況下，這些參數(shù)可由計算軟件自動計算，無須用戶干預(yù)。
2．3差壓式流量計組成
節(jié)流式差壓蒸汽流量計由節(jié)流裝置、差壓變送器、流量顯示裝置(流量計算機)等部分組成。如果要測量蒸汽流量，還必須進行實時溫壓補償，即還要增加壓力和溫度測量儀表。按國家《用能單位能源計量器具配備和管理通則》要求，蒸汽計量儀表準確度要求不低于2．5％，以上各部分應(yīng)按如下準確度要求配置。
溫度儀表準確度等級：0．5-0．2(通則要求1．O)壓力儀表準確度等級：0．2～0．1(通則要求1．O)流量計算機準確度等級：0．2按通則要求壓力1．0級，zui大會給流量帶來0．5％左右的誤差；溫度1．0級，zui大會給流量帶來0．3～0．5％的誤差；節(jié)流件本身給流量帶來的誤差在1％左右。
綜合誤差=~／1+o．5+o．5+o．22％=1．24％，滿足要求。
2．4檢定與校驗
(1)節(jié)流裝置
在節(jié)流裝置使用安裝以前，為保證zui后流量測量的準確度，必須按照國家標準或檢定規(guī)程對其進行檢定。
節(jié)流裝置檢定有兩種方法，即幾何檢驗法和系數(shù)檢驗法。幾何檢驗法又稱干式檢定，它是基于對節(jié)流裝置的幾何尺寸和安裝條件進行機械檢驗來確定其流出系數(shù)的，是長期理論與實踐經(jīng)驗的總結(jié)，我國目前采用的檢定標準：GB／T262493《流量測量節(jié)流裝置》，或國家檢定規(guī)程：JJG640---94《差壓式流量計檢定規(guī)程》。系數(shù)檢驗法又稱濕式檢定，它是把節(jié)流裝置安裝于流量標準裝置上，用實際流體通過流量，對照標準流量來確定其流出系數(shù)的方法，該種檢定方法程序復(fù)雜，檢定成本較高，特別是對大口徑，因此實際用戶一般不建議采取這種檢定方法。
(2)壓力(差壓)變送器
壓力(差壓)變送器的檢定依據(jù)國家檢定規(guī)程JJG882--2004《壓力變送器》進行。值得注意的是在檢定差壓變送器時，如果采用低壓室是通大氣，這時一定要對壓力標準源的相對起始零點進行校準，即相對零點為當?shù)卮髿鈮毫?因為大氣壓力是隨氣象和海拔高度等條件變化的)。
(3)溫度儀表
溫度儀表的檢定按國家檢定規(guī)程JJG229--1998《工業(yè)用鉑一銅熱電阻》或JJG829~1993《電動溫度變送器》進行。值得一提的是：在現(xiàn)場一次表距離二次儀表較遠時，溫度的采集采用溫度變送器，因為如果采用熱電阻，即使是三線制(補償)，如果回路電阻不一致，也會帶來附加測量誤差。
(4)流量積算儀(盡量選用帶流出系數(shù)c和熱膨脹系數(shù)s實時補償?shù)?流量積算儀的檢定按國家檢定規(guī)程JJG1003—2005《流量積算儀》進行。針對溫度回路，建議增加一項檢驗內(nèi)容：模擬現(xiàn)場條件，在回路中加一定阻值的電阻，來測試其補償功能是否有效。
2．5安裝
節(jié)流裝置的安裝是否滿足要求，是保證幾何相似和動力學相似的重要條件，直接關(guān)系到差壓式流量計計量準確度的高低。節(jié)流裝置的安裝要求不光包括對節(jié)流件的要求，還包括管道條件、管道連接情況、取壓口結(jié)構(gòu)、上下游直管段長度、差壓信號管路敷設(shè)等。
(1)節(jié)流件
①節(jié)流件應(yīng)垂直于管道軸線，其偏差不能超過1。。
②節(jié)流件應(yīng)與管道、夾持件(采用時)同軸。對于孔板在設(shè)計時盡量保證孔板外徑與夾持件或環(huán)室內(nèi)徑接近，但注意要保證一定量的空隙，以防由于熱膨脹產(chǎn)生孔板變形現(xiàn)象。該公差量可根據(jù)e(節(jié)流件軸線與上下游管道軸線之間的距離)與工作溫度下節(jié)流件與夾持件或環(huán)室的熱膨脹差量預(yù)留。
③墊片。無論是環(huán)室與法蘭還是環(huán)室與孔板之間的墊片，其內(nèi)徑尺寸小于管道內(nèi)徑2～3mm，以防墊片突人管道而影響介質(zhì)流動狀態(tài)。
(2)管道條件、管道連接情況、上下游直管段①節(jié)流件上游管道的相對粗糙度上限值應(yīng)符合表1的規(guī)定。
Re為偏離被測輪廓平均線的算術(shù)平均偏差。
式中：K為等效粗糙度，以長度單位表示。
②孔板、噴嘴前后直管段要求見GB／T2624--93相關(guān)章節(jié)。
(3)取壓口
取壓口位置一般設(shè)置在法蘭、環(huán)室或夾持件上，取壓口大小要符合GB／T2624--93要求。在進行蒸汽測量時取在圖1所示位置或略偏下。
(4)差壓信號管路敷設(shè)
①取壓管形狀應(yīng)為圓筒形，且直徑7mm～13mm之間，其長度不能超過90m。其要求見表3。
②冷凝器、沉降器
冷凝器排氣孔之上應(yīng)設(shè)截斷閥，為使正負導(dǎo)壓管中冷凝液面有相同的高度，正負導(dǎo)壓管冷凝罐的安裝高度應(yīng)保持一致。
沉降器安裝在導(dǎo)壓管zui低點，以便收集和定期排放導(dǎo)壓管中的污物，在沉降器下端安裝截斷閥。
③伴熱管
為防止冬季導(dǎo)壓管上凍，必須沿著導(dǎo)壓管的走向進行敷設(shè)伴熱管。伴熱管加在兩根導(dǎo)壓管中間，伴熱管和導(dǎo)壓管封在保溫材料中。
2．6現(xiàn)場投用調(diào)試
(1)差壓式流量計各部分安裝到位以后，在差壓(壓力)變送器接通之前，首先打開節(jié)流件處的一次閥門，再打開沉降罐下閥門，用來自輸送管道的蒸汽吹洗導(dǎo)壓管(注意：此時要關(guān)閉變送器上的閥門)，確認干凈后關(guān)閉一次閥門和沉降罐下閥門。開啟變送器三閥組的閥門、排氣孔和冷凝罐上閥門，從其中一個緩慢注入冷凝液，直至在另一個有冷凝液冒出為止，關(guān)閉平衡閥和冷凝罐上閥門，然后同時緩緩打開導(dǎo)壓管一次閥門。
(2)在現(xiàn)場用信號發(fā)生器對差壓、壓力、溫度回路進行測試，給zui小和zui大量程信號，觀察控制室內(nèi)二次儀表顯示值是否正確。
(3)回路測試完畢合格后，將各回路儀表電源、信號接線到位，對差壓(壓力)變送器進行現(xiàn)場遷零之后即可投入使用。
2．7維護
(1)定期地對差壓(壓力)信號管路和儀表進行清洗，清除一切雜物，同時檢查和調(diào)整儀表零位。
(2)若發(fā)現(xiàn)儀表示值與工況被測值有明顯差異時，應(yīng)立即進行全面檢查，必要時對其中部分甚至全部儀表進行重新檢定。
(3)按周期對組成儀表進行檢定。
本文初衷是想讓大家在目前理論基礎(chǔ)上，對蒸汽質(zhì)量計量有一個初淺的認識，并結(jié)合了個人在實踐中的一些經(jīng)驗，拿出來和大家共同探討。限于水平，難免有偏頗之處，衷心希望大家批評指正。
