蒸汽流量的準(zhǔn)確計(jì)量方法
蒸汽流量的計(jì)量一直是蒸汽應(yīng)用的重要內(nèi)容之一，使用蒸汽流量計(jì)的主要目的包括： 1)監(jiān)測(cè)能源的使用效率；2)改進(jìn)工藝制程的控制；3)計(jì)量蒸汽用量，進(jìn)行內(nèi)部或外部的計(jì)費(fèi)。
目前，在國(guó)內(nèi)關(guān)于蒸汽測(cè)量方面存在不少誤區(qū)，很多用戶往往認(rèn)為購(gòu)買了高品質(zhì)的流量計(jì)就可以獲得準(zhǔn)確的計(jì)量結(jié)果。而蒸汽的計(jì)量不同于其它流體如水、空氣等介質(zhì)，在實(shí)際測(cè)量中影響其測(cè)量的因素較多。因此經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)流量計(jì)本身檢定合格，而實(shí)際卻感覺計(jì)量“不準(zhǔn)”的現(xiàn)象。
影響蒸汽流量計(jì)量的因素主要有以下幾方面：1）實(shí)際蒸汽流量低于流量計(jì)的可計(jì)量的zui小流量（量程比不足）；2）流量計(jì)上下游安裝的直管段不足（存在流動(dòng)擾動(dòng)）；3）蒸汽的密度補(bǔ)償不正確（測(cè)溫測(cè)壓不準(zhǔn)）；4）蒸汽中含水（未作干度補(bǔ)償）；5）現(xiàn)場(chǎng)存在振動(dòng)和干擾（渦街流量計(jì)）；6）差壓傳送誤差（差壓式流量計(jì)）等等。下面具體討論一下影響蒸汽計(jì)量的實(shí)際問題：
1． 量程比不足
量程比是指一個(gè)流量計(jì)能確保給定的精度和再現(xiàn)性的范圍內(nèi)，所能測(cè)量的zui大流量和zui小流量之比。但涉及量程比時(shí)我們須小心，因?yàn)榱砍瘫仁腔趯?shí)際的流速，蒸汽系統(tǒng)一般的zui大允許速度為35m/s，更高的流動(dòng)速度會(huì)引起系統(tǒng)的沖蝕和噪音。而不同的流量計(jì)允許的zui低流速是不同的，一般渦街流量計(jì)所能測(cè)量的zui低蒸汽流速為2.8m/s，對(duì)于量程比不足的情況，應(yīng)采用大量程比的流量計(jì)（Gilflo ILVA流量計(jì)的zui低允許流速為0.6m/s，zui大量程比可達(dá)100：1）或選擇多個(gè)流量計(jì)并聯(lián)。
2． 上下游直管段不足
對(duì)于傳統(tǒng)的渦街或孔板流量計(jì)，其前后安裝直管段要求分別約為20D和5D。如果上下游直管段不足，則會(huì)導(dǎo)致流體未充分發(fā)展，存在旋渦和流速分布剖面畸變。流速剖面畸變通常由管道局部阻礙（如閥門）或彎管所造成，而旋渦普遍是由兩個(gè)或兩個(gè)以上空間（立體）彎管所引起的。上下游直管段不足可以通過安裝流動(dòng)調(diào)整器來(lái)調(diào)整。zui簡(jiǎn)單有效的辦法是采用對(duì)上下游直管段要求較低的流量計(jì)，如斯派莎克的ILVA流量計(jì)（上游6D，下游3D）。
3． 蒸汽的密度補(bǔ)償不正確（測(cè)溫測(cè)壓不準(zhǔn)）
為了正確計(jì)量蒸汽的質(zhì)量流量，須考慮蒸汽壓力和溫度的變化，即蒸汽密度補(bǔ)償。不同類型的流量計(jì)受密度變化影響的方式不同。智能渦街流量計(jì)的信號(hào)輸出只和流速有關(guān)，而和介質(zhì)的密度、壓力和溫度無(wú)關(guān)，差壓式流量計(jì)其質(zhì)量流量與流量計(jì)的幾何外型、差壓平方根和密度平方根有關(guān)。因此，渦街式流量計(jì)受密度變化的影響要大于差壓式流量計(jì)。
a）補(bǔ)償精確度的差異
采用溫度補(bǔ)償和壓力補(bǔ)償分別能獲得多少補(bǔ)償精確度，不僅同溫度傳感器和壓力變送器的精度有關(guān)，而且同流量計(jì)類型、具體測(cè)量的工況和壓力變送器的量程選擇有關(guān)?？傮w來(lái)說，測(cè)溫對(duì)補(bǔ)償精確度影響較大。如采用相同精度等級(jí)的溫度和壓力感應(yīng)器，測(cè)溫誤差引起的密度差異要大于測(cè)壓誤差。壓力為7barg的飽和蒸汽，用A級(jí)鉑熱電阻測(cè)溫，其誤差限為±0.49C，據(jù)此查蒸汽密度表，流量補(bǔ)償不確定度為±0.56%R（差壓式）和±1.11%R（渦街式）。如選用0.2級(jí)的壓力變送器進(jìn)行測(cè)量，誤差限為±2kPa，流量補(bǔ)償不確定度為±0.13%R（差壓式）和±0.25%R（渦街式）。
b）壓力測(cè)量影響因素
在蒸汽壓力的測(cè)量中，由于引壓管內(nèi)冷凝水的重力作用會(huì)使壓力變送器測(cè)量到的壓力同蒸汽壓力之間出現(xiàn)一定的差值。測(cè)壓誤差如果不予以校正，則會(huì)影響蒸汽密度的計(jì)算，引起流量計(jì)量的誤差。一般對(duì)于上述現(xiàn)象，可在二次表（流量計(jì)算機(jī)內(nèi)）進(jìn)行零點(diǎn)遷移，既簡(jiǎn)單又準(zhǔn)確。
c)溫度測(cè)量影響因素
從流量計(jì)現(xiàn)場(chǎng)使用的情況來(lái)看，溫度測(cè)量誤差除了測(cè)溫元件的固有誤差之外，還同安裝的不規(guī)范有關(guān)。例如，測(cè)溫鉑熱電阻的插入深度不夠，鉑熱電阻的安裝保護(hù)套內(nèi)未充入導(dǎo)熱油，鉑熱電阻未按規(guī)定側(cè)向安裝，安裝鉑熱電阻的管道上無(wú)保溫層等，都將導(dǎo)致測(cè)溫偏低。
對(duì)于需要減壓使用的蒸汽，應(yīng)將流量計(jì)安裝在減壓閥之前，此時(shí)蒸汽未經(jīng)減壓，按飽和蒸汽補(bǔ)償方法處理，可保證測(cè)量精度。如果流量計(jì)只能安裝在減壓閥后面，則蒸汽有可能過熱，應(yīng)同時(shí)進(jìn)行溫度和壓力補(bǔ)償，以保證精度。
4． 蒸汽干度的影響（飽和蒸汽）
目前，用于測(cè)量蒸汽流量的流量計(jì)大部分為體積流量計(jì)，首先測(cè)得體積流量，然后通過蒸汽的密度計(jì)算質(zhì)量流量，也就是假定蒸汽為干燥。但是，蒸汽并非干燥，如果不考慮蒸汽干度的影響，得出的數(shù)據(jù)會(huì)低于實(shí)際的流量。
對(duì)于差壓式流量計(jì)，實(shí)際的蒸汽流量和假定干蒸汽（蒸汽干度=1）所測(cè)得的流量可以用以下公式近似表達(dá)：
其中： = 實(shí)際干度下的質(zhì)量流量 kg/h = 干飽和蒸汽下的流量 kg/h χ = 蒸汽干度
因此流量計(jì)的二次儀表（流量計(jì)算機(jī)）應(yīng)該具有設(shè)置飽和蒸汽干度的功能。但在實(shí)際工況確定蒸汽的干度也很困難。如果能夠改進(jìn)蒸汽流量計(jì)入口處的蒸汽品質(zhì)，則能改進(jìn)蒸汽流量計(jì)的測(cè)量精度。因此，我們建議在流量計(jì)的上游安裝汽水分離裝置，以提高測(cè)量準(zhǔn)確性。
5． 管道振動(dòng)
渦街流量計(jì)等對(duì)機(jī)械振動(dòng)比較敏感，計(jì)量結(jié)果易受干擾，應(yīng)對(duì)流量計(jì)前后管道作可靠的支撐設(shè)計(jì)。如管道振動(dòng)不可避免，應(yīng)采用抗干擾能力強(qiáng)的差壓式流量計(jì)，如斯派莎克ILVA流量計(jì)。
6． 差壓傳送誤差（差壓式流量計(jì)）
a）零點(diǎn)漂移
差壓變送器安裝到現(xiàn)場(chǎng)投入時(shí)，往往發(fā)現(xiàn)零位輸出出廠校驗(yàn)時(shí)的零位輸出不一致。這種零位輸出偏離稱為靜壓誤差。其調(diào)整方法是向正負(fù)壓室通入相同的靜壓，將三閥組的高低壓閥中一個(gè)打開，另一個(gè)關(guān)閉，將平衡閥打開，如果懷疑正負(fù)壓室內(nèi)尚未充滿被測(cè)介質(zhì)，則可通過正負(fù)壓室上的泄流閥排盡積氣（或積液），然后再檢查變送器的輸出。
b）引壓管布置不合理
引壓管線應(yīng)保證合理的坡度使管內(nèi)可能出現(xiàn)的氣泡較快地升到母管內(nèi)，管內(nèi)出現(xiàn)的雜質(zhì)等較快地下沉到排污閥。引壓管線應(yīng)定期檢查維護(hù)，確保無(wú)泄漏無(wú)堵塞。引壓管的內(nèi)徑與被測(cè)流體的性質(zhì)和引壓管總長(zhǎng)度有關(guān)，對(duì)于蒸汽系統(tǒng)，引壓管的內(nèi)徑一般在10mm左右。為了避免正負(fù)壓引壓管內(nèi)介質(zhì)溫度不一致，導(dǎo)致密度出現(xiàn)差異，引起傳送失真，正負(fù)引壓管應(yīng)盡量靠近布置。當(dāng)用于室外或嚴(yán)寒地區(qū)時(shí)，引壓管中的液體可能會(huì)結(jié)冰，因此需要伴熱保溫，但應(yīng)避免將伴熱管直接繞在引壓管上，導(dǎo)致介質(zhì)部分汽化，出現(xiàn)虛假誤差。
總 結(jié)
為了正確測(cè)量蒸汽的流量，用戶在實(shí)際應(yīng)用須充分注意：
(1)蒸汽流量的變化，盡可能選擇流量量程比大的流量計(jì)，避免在小流量時(shí)測(cè)量不正確和流量“丟失”現(xiàn)象。
(2)蒸汽系統(tǒng)壓力和溫度的變化,為避免壓力或溫度的波動(dòng)引起的非測(cè)量性誤差，蒸汽流量計(jì)應(yīng)具有自動(dòng)蒸汽密度補(bǔ)償?shù)墓δ堋?br style="word-wrap:break-word;" /> (3)飽和蒸汽干度的影響，應(yīng)注意干度的修正，同時(shí)確保供給流量計(jì)高品質(zhì)的蒸汽。
(4)確保蒸汽流量正確計(jì)量，流量計(jì)良好的安裝非常關(guān)鍵。
目前，在國(guó)內(nèi)關(guān)于蒸汽測(cè)量方面存在不少誤區(qū)，很多用戶往往認(rèn)為購(gòu)買了高品質(zhì)的流量計(jì)就可以獲得準(zhǔn)確的計(jì)量結(jié)果。而蒸汽的計(jì)量不同于其它流體如水、空氣等介質(zhì)，在實(shí)際測(cè)量中影響其測(cè)量的因素較多。因此經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)流量計(jì)本身檢定合格，而實(shí)際卻感覺計(jì)量“不準(zhǔn)”的現(xiàn)象。
影響蒸汽流量計(jì)量的因素主要有以下幾方面：1）實(shí)際蒸汽流量低于流量計(jì)的可計(jì)量的zui小流量（量程比不足）；2）流量計(jì)上下游安裝的直管段不足（存在流動(dòng)擾動(dòng)）；3）蒸汽的密度補(bǔ)償不正確（測(cè)溫測(cè)壓不準(zhǔn)）；4）蒸汽中含水（未作干度補(bǔ)償）；5）現(xiàn)場(chǎng)存在振動(dòng)和干擾（渦街流量計(jì)）；6）差壓傳送誤差（差壓式流量計(jì)）等等。下面具體討論一下影響蒸汽計(jì)量的實(shí)際問題：
1． 量程比不足
量程比是指一個(gè)流量計(jì)能確保給定的精度和再現(xiàn)性的范圍內(nèi)，所能測(cè)量的zui大流量和zui小流量之比。但涉及量程比時(shí)我們須小心，因?yàn)榱砍瘫仁腔趯?shí)際的流速，蒸汽系統(tǒng)一般的zui大允許速度為35m/s，更高的流動(dòng)速度會(huì)引起系統(tǒng)的沖蝕和噪音。而不同的流量計(jì)允許的zui低流速是不同的，一般渦街流量計(jì)所能測(cè)量的zui低蒸汽流速為2.8m/s，對(duì)于量程比不足的情況，應(yīng)采用大量程比的流量計(jì)（Gilflo ILVA流量計(jì)的zui低允許流速為0.6m/s，zui大量程比可達(dá)100：1）或選擇多個(gè)流量計(jì)并聯(lián)。
2． 上下游直管段不足
對(duì)于傳統(tǒng)的渦街或孔板流量計(jì)，其前后安裝直管段要求分別約為20D和5D。如果上下游直管段不足，則會(huì)導(dǎo)致流體未充分發(fā)展，存在旋渦和流速分布剖面畸變。流速剖面畸變通常由管道局部阻礙（如閥門）或彎管所造成，而旋渦普遍是由兩個(gè)或兩個(gè)以上空間（立體）彎管所引起的。上下游直管段不足可以通過安裝流動(dòng)調(diào)整器來(lái)調(diào)整。zui簡(jiǎn)單有效的辦法是采用對(duì)上下游直管段要求較低的流量計(jì)，如斯派莎克的ILVA流量計(jì)（上游6D，下游3D）。
3． 蒸汽的密度補(bǔ)償不正確（測(cè)溫測(cè)壓不準(zhǔn)）
為了正確計(jì)量蒸汽的質(zhì)量流量，須考慮蒸汽壓力和溫度的變化，即蒸汽密度補(bǔ)償。不同類型的流量計(jì)受密度變化影響的方式不同。智能渦街流量計(jì)的信號(hào)輸出只和流速有關(guān)，而和介質(zhì)的密度、壓力和溫度無(wú)關(guān)，差壓式流量計(jì)其質(zhì)量流量與流量計(jì)的幾何外型、差壓平方根和密度平方根有關(guān)。因此，渦街式流量計(jì)受密度變化的影響要大于差壓式流量計(jì)。
a）補(bǔ)償精確度的差異
采用溫度補(bǔ)償和壓力補(bǔ)償分別能獲得多少補(bǔ)償精確度，不僅同溫度傳感器和壓力變送器的精度有關(guān)，而且同流量計(jì)類型、具體測(cè)量的工況和壓力變送器的量程選擇有關(guān)?？傮w來(lái)說，測(cè)溫對(duì)補(bǔ)償精確度影響較大。如采用相同精度等級(jí)的溫度和壓力感應(yīng)器，測(cè)溫誤差引起的密度差異要大于測(cè)壓誤差。壓力為7barg的飽和蒸汽，用A級(jí)鉑熱電阻測(cè)溫，其誤差限為±0.49C，據(jù)此查蒸汽密度表，流量補(bǔ)償不確定度為±0.56%R（差壓式）和±1.11%R（渦街式）。如選用0.2級(jí)的壓力變送器進(jìn)行測(cè)量，誤差限為±2kPa，流量補(bǔ)償不確定度為±0.13%R（差壓式）和±0.25%R（渦街式）。
b）壓力測(cè)量影響因素
在蒸汽壓力的測(cè)量中，由于引壓管內(nèi)冷凝水的重力作用會(huì)使壓力變送器測(cè)量到的壓力同蒸汽壓力之間出現(xiàn)一定的差值。測(cè)壓誤差如果不予以校正，則會(huì)影響蒸汽密度的計(jì)算，引起流量計(jì)量的誤差。一般對(duì)于上述現(xiàn)象，可在二次表（流量計(jì)算機(jī)內(nèi)）進(jìn)行零點(diǎn)遷移，既簡(jiǎn)單又準(zhǔn)確。
c)溫度測(cè)量影響因素
從流量計(jì)現(xiàn)場(chǎng)使用的情況來(lái)看，溫度測(cè)量誤差除了測(cè)溫元件的固有誤差之外，還同安裝的不規(guī)范有關(guān)。例如，測(cè)溫鉑熱電阻的插入深度不夠，鉑熱電阻的安裝保護(hù)套內(nèi)未充入導(dǎo)熱油，鉑熱電阻未按規(guī)定側(cè)向安裝，安裝鉑熱電阻的管道上無(wú)保溫層等，都將導(dǎo)致測(cè)溫偏低。
對(duì)于需要減壓使用的蒸汽，應(yīng)將流量計(jì)安裝在減壓閥之前，此時(shí)蒸汽未經(jīng)減壓，按飽和蒸汽補(bǔ)償方法處理，可保證測(cè)量精度。如果流量計(jì)只能安裝在減壓閥后面，則蒸汽有可能過熱，應(yīng)同時(shí)進(jìn)行溫度和壓力補(bǔ)償，以保證精度。
4． 蒸汽干度的影響（飽和蒸汽）
目前，用于測(cè)量蒸汽流量的流量計(jì)大部分為體積流量計(jì)，首先測(cè)得體積流量，然后通過蒸汽的密度計(jì)算質(zhì)量流量，也就是假定蒸汽為干燥。但是，蒸汽并非干燥，如果不考慮蒸汽干度的影響，得出的數(shù)據(jù)會(huì)低于實(shí)際的流量。
對(duì)于差壓式流量計(jì)，實(shí)際的蒸汽流量和假定干蒸汽（蒸汽干度=1）所測(cè)得的流量可以用以下公式近似表達(dá)：
其中： = 實(shí)際干度下的質(zhì)量流量 kg/h = 干飽和蒸汽下的流量 kg/h χ = 蒸汽干度
因此流量計(jì)的二次儀表（流量計(jì)算機(jī)）應(yīng)該具有設(shè)置飽和蒸汽干度的功能。但在實(shí)際工況確定蒸汽的干度也很困難。如果能夠改進(jìn)蒸汽流量計(jì)入口處的蒸汽品質(zhì)，則能改進(jìn)蒸汽流量計(jì)的測(cè)量精度。因此，我們建議在流量計(jì)的上游安裝汽水分離裝置，以提高測(cè)量準(zhǔn)確性。
5． 管道振動(dòng)
渦街流量計(jì)等對(duì)機(jī)械振動(dòng)比較敏感，計(jì)量結(jié)果易受干擾，應(yīng)對(duì)流量計(jì)前后管道作可靠的支撐設(shè)計(jì)。如管道振動(dòng)不可避免，應(yīng)采用抗干擾能力強(qiáng)的差壓式流量計(jì)，如斯派莎克ILVA流量計(jì)。
6． 差壓傳送誤差（差壓式流量計(jì)）
a）零點(diǎn)漂移
差壓變送器安裝到現(xiàn)場(chǎng)投入時(shí)，往往發(fā)現(xiàn)零位輸出出廠校驗(yàn)時(shí)的零位輸出不一致。這種零位輸出偏離稱為靜壓誤差。其調(diào)整方法是向正負(fù)壓室通入相同的靜壓，將三閥組的高低壓閥中一個(gè)打開，另一個(gè)關(guān)閉，將平衡閥打開，如果懷疑正負(fù)壓室內(nèi)尚未充滿被測(cè)介質(zhì)，則可通過正負(fù)壓室上的泄流閥排盡積氣（或積液），然后再檢查變送器的輸出。
b）引壓管布置不合理
引壓管線應(yīng)保證合理的坡度使管內(nèi)可能出現(xiàn)的氣泡較快地升到母管內(nèi)，管內(nèi)出現(xiàn)的雜質(zhì)等較快地下沉到排污閥。引壓管線應(yīng)定期檢查維護(hù)，確保無(wú)泄漏無(wú)堵塞。引壓管的內(nèi)徑與被測(cè)流體的性質(zhì)和引壓管總長(zhǎng)度有關(guān)，對(duì)于蒸汽系統(tǒng)，引壓管的內(nèi)徑一般在10mm左右。為了避免正負(fù)壓引壓管內(nèi)介質(zhì)溫度不一致，導(dǎo)致密度出現(xiàn)差異，引起傳送失真，正負(fù)引壓管應(yīng)盡量靠近布置。當(dāng)用于室外或嚴(yán)寒地區(qū)時(shí)，引壓管中的液體可能會(huì)結(jié)冰，因此需要伴熱保溫，但應(yīng)避免將伴熱管直接繞在引壓管上，導(dǎo)致介質(zhì)部分汽化，出現(xiàn)虛假誤差。
總 結(jié)
為了正確測(cè)量蒸汽的流量，用戶在實(shí)際應(yīng)用須充分注意：
(1)蒸汽流量的變化，盡可能選擇流量量程比大的流量計(jì)，避免在小流量時(shí)測(cè)量不正確和流量“丟失”現(xiàn)象。
(2)蒸汽系統(tǒng)壓力和溫度的變化,為避免壓力或溫度的波動(dòng)引起的非測(cè)量性誤差，蒸汽流量計(jì)應(yīng)具有自動(dòng)蒸汽密度補(bǔ)償?shù)墓δ堋?br style="word-wrap:break-word;" /> (3)飽和蒸汽干度的影響，應(yīng)注意干度的修正，同時(shí)確保供給流量計(jì)高品質(zhì)的蒸汽。
(4)確保蒸汽流量正確計(jì)量，流量計(jì)良好的安裝非常關(guān)鍵。
此文關(guān)鍵字：蒸汽流量
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