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1、概述
蒸汽是一種重要的二次能源， 有的直接參與化學反應， 但多數(shù)是利用其所載之熱能或其做功能力產(chǎn)生能量， 由于其清潔環(huán)保、 能效高等優(yōu)點， 被廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中。
我國” 十一五”規(guī)劃提出節(jié)能減排的目標， 為此國家出臺 《中華人民共和國節(jié)約能源法》 、 GB17167-2006《用能單位能源計量器具配備和管理通則》等法律法規(guī)， 為能源計量工作的展開提出了新的更高要求。 其中蒸汽的計量是能源計量的重要方面， 是發(fā)展國民經(jīng)濟的重要基礎。 提高蒸汽計量的精度對于節(jié)能降耗有著重要意義。
蒸汽的性質(zhì)比較復雜， 根據(jù)狀態(tài)不同可分為過熱蒸汽、 飽和蒸汽和濕蒸汽。 目前， 在用的蒸汽流量計主要是針對特定狀態(tài)下的蒸汽流量進行計量， 通常采用固定的補償系數(shù)進行計算。 但在實際的工業(yè)生產(chǎn)中， 隨著工況 （溫度、 壓力） 的變化， 蒸汽狀態(tài)也在變化。 因此必須建立一套合理的補償模式， 以提高計量精度。
2、蒸汽流量計種類及特點
目前， 測量蒸汽流量的流量計主要有渦街流量計、 分流旋翼式流量計和差壓式 （孔板、 噴嘴、 文丘里管等） 流量計等。
（1）渦街流量計是依據(jù)卡門旋渦原理進行封閉管道流體流量測量的新型流量計。 具有結構簡單， 量程比可達1:10， 壓力損失小， 良好的介質(zhì)適應能力， 可直接測量工況體積流量等優(yōu)點。 但也有抗振動性差，不適合于低雷諾數(shù)的流量測量等缺點。
（2） 分流旋翼式流量計為機械式流量計， 直接讀出流經(jīng)儀表的流體累積流量。 操作方便， 價格低， 安裝方便， 但精度低， 儀表零部件易損壞。
（3）孔板流量計為代表的差壓式流量計有國家標準， 理論精度高， 成本低， 應用十分普遍。 但存在維修和拆洗工作量大， 量程比僅為1:3， 壓力損失大等缺點。 但仍是我國目前應用zui廣泛的一種流量計。
因此， 流量計的正確選型以及安裝和維護都是提高計量精度的根本。
3、軟件提高補償精度的方法
蒸汽流量計量目前主要采用孔板、 噴嘴等標準差壓式流量計， 并配套溫度、 壓力變送器進行溫度和壓力補償。 標準節(jié)流裝置按GB/T 2624-2006 , ISO 5167-2003 《用安裝在圓形截面管道中的差壓裝置測量滿管流體流量》 標準設計、 制造， 無需實流標定。
標準差壓節(jié)流式流量計流量計量公式為
式中：
q m 為質(zhì)量流量， kg/s；
C為流出系數(shù)；
ε為可膨脹系數(shù)；
d為節(jié)流件開孔直徑， m；
β為直徑比， d/D；
ρ為密度， kg/m 3 ；
Δp為差壓， Pa。
從式 （1） 可知， 要提高計量精度， 必須對以下幾個參數(shù)進行實時補償。
3.1 流出系數(shù)C
標準孔板的流出系數(shù)C的計算公式為
式中： Re D 為雷諾數(shù)。
在一定安裝條件下， 該值僅與雷諾數(shù)有關。 但是當蒸汽工況不同時， 表征液體流速、 密度和粘度的一個綜合參數(shù)雷諾數(shù)就會有不同， 因此必須對流出系數(shù)C進行實時計算。 由于標準中給出的C的計算公式比較復雜， 因此流量計量儀表必須具有高速、 高精度的運算功能。
3.2 可膨脹系數(shù)ε
標準孔板的可膨脹系數(shù)計算公式為
式中：
κ為等熵指數(shù)；
p 1 為節(jié)流件上游側(cè)壓力， Pa；
p 2 為節(jié)流件下游側(cè)壓力， Pa。
可膨脹系數(shù)是對流出系數(shù)在可壓縮性流體中密度變化的修正， 在超測量范圍的情況下， 所引起的測量不確定度更不容忽視。
3.3 直徑比β
在計算公式中， 管道內(nèi)徑、 節(jié)流件開孔徑以及β值皆指工作狀態(tài)下的尺寸， 但是一般這些參數(shù)均在常溫下 （20℃） 測得， 若工作溫度較高或較低時， 由于材料熱膨脹可能使尺寸相差較大， 若不進行修正將產(chǎn)生較大的測量誤差。 因此， 必須知道管道材料和節(jié)流件材料的熱膨脹系數(shù)， 根據(jù)工況溫度進行實時修正。
3.4 蒸汽物性參數(shù)
在進行上述參數(shù)實時補償時， 涉及到一些蒸汽的物性參數(shù)。有動力粘度、 等熵指數(shù)、 密度等參數(shù)。其中， 蒸汽密度的補償和差壓、 溫度、 壓力變送器的精度具有同等重要的地位。 在飽和蒸汽補償中， 針對兩相流， 還應該引入飽和蒸汽的干度參數(shù)。 但是干度還沒有很好的測量方法， 因此要盡可能提高飽和蒸汽的質(zhì)量， 才能達到預期的計量效果。
在通常的計量中， 是將蒸汽密度表裝入儀表， 根據(jù)工況的溫度和壓力從表中查詢出密度值。 由于表格數(shù)據(jù)量巨大， 而且當水蒸氣在運行狀態(tài)中， 狀態(tài)發(fā)生變化， 必須先判斷蒸汽的狀態(tài)， 再查不同的表格。 此方法精度不高。
我國沒有制定水和蒸汽性質(zhì)的國家標準， 但是1997年水和蒸汽性質(zhì)協(xié)會經(jīng)過30年的研究公布了水和蒸汽性質(zhì)的新工業(yè)標準。 IAPWS-IF97給出了5個蒸汽區(qū)域， 每個區(qū)域各有計算公式。 與IFC67相比，IF97在精度、 區(qū)域邊界的一致性和計算速度3個指標上均有質(zhì)的飛躍。
4、蒸汽計量現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
當蒸汽狀態(tài)不同時， 熱焓值有所不同， 所以等質(zhì)量的蒸汽產(chǎn)生的熱能可能相差很大。 所以， 以質(zhì)量為蒸汽結算單位并不能真實反映蒸汽的價值。 在國家提倡節(jié)能減排的大背景下， 應逐步過渡到以能量為蒸汽的結算單位。 以能量計量， 是在不遠的將來， 蒸汽計量儀表的*功能。
目前國內(nèi)的流量測量儀表普遍采用8位CPU， 對補償系數(shù)視為固定值處理， 存在運算精度不高， 補償模型簡單、 組態(tài)復雜等問題。
新型智能流量積算儀采用32位ARM高速處理器， 內(nèi)置IAPWS-IF97公式替代查表法， 對工藝條件下蒸汽的密度、 動力粘度、 等熵指數(shù)、 熱焓等值實時計算， 將流出系數(shù)C、 可膨脹系數(shù)ε， 直徑比β的影響考慮在內(nèi)進行動態(tài)補償計算， 具備能源計量功能， 大大提高了計量精度。 同時具有信號全隔離、 歷史數(shù)據(jù)記錄、貿(mào)易結算和強大的通訊聯(lián)網(wǎng)等功能。
根據(jù)差壓式流量計的工作特點和影響其度的因素分析， 要想準確地測量流量， 除了正確選取、 安裝和使用高精度的流量計之外， 還必須參照國家標準中的測量原理和計算方法， 進行全參數(shù)補償， 才是提高蒸汽計量精度的有效方法， 也是未來蒸汽計量儀表的發(fā)展趨勢。
