[摘要]介紹了以渦街流量計(jì)測(cè)量蒸汽時(shí)的誤差分析，分析了在蒸汽測(cè)量中影響渦街流量計(jì)測(cè)量精度的因素，以及解決的方法。
1．引言
蒸汽是石化企業(yè)使用的最為廣泛的二次能源，其測(cè)量的正確率對(duì)節(jié)約能源、提高經(jīng)濟(jì)效益等各方面都有重要意義。目前，蒸汽的測(cè)量主要有渦街流量計(jì)、差壓式（孔板流量計(jì)、彎管、均速管）流量計(jì)等，在蒸汽計(jì)量上選用的都是渦街流量計(jì)。主要討論渦街流量計(jì)在蒸汽測(cè)量中的誤差分析。
2．渦街流量計(jì)的特點(diǎn)
2.1輸出的信號(hào)是與流速成正比的脈沖信號(hào)，便于數(shù)據(jù)處理和計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)。
2.2量程范圍寬，精度高。
2.3無(wú)可動(dòng)部件，可靠性較高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于安裝和維修。
2.4檢測(cè)元件和被測(cè)介質(zhì)不直接接觸，不受流體的化學(xué)性質(zhì)影響，應(yīng)用范圍寬，壽命長(zhǎng)。
2.5抗干擾能力強(qiáng)，容易進(jìn)行流量計(jì)算，不受流體的物理性質(zhì)的影響，給儀表的標(biāo)定和使用帶來(lái)了方便。
3．渦街流量計(jì)的工作原理
渦街流量計(jì)是基于卡門(mén)渦街原理制成的一種流體震蕩性流量計(jì)，即在流動(dòng)的流體中放置一個(gè)非流線型的對(duì)稱(chēng)形狀的物體（即旋渦發(fā)生體），就會(huì)在其下游兩側(cè)產(chǎn)生兩列有規(guī)律的旋渦，其旋渦頻率正比于流體流速：
f=Stu/d
式中：f：旋渦頻率；d：旋渦發(fā)生體的寬度；u：流體流速；St：斯特勞哈爾數(shù)。
St的值與旋渦發(fā)生體寬度d和雷諾數(shù)Re有關(guān)。當(dāng)2×104〈Re〈7×104的范圍內(nèi)，St的值基本不變。
上式表明，當(dāng)d和St為定值時(shí)，旋渦產(chǎn)生的頻率F與流體的平均速度u成正比，利用這一特點(diǎn)制成了渦街流量計(jì)。
4．蒸汽的測(cè)量
測(cè)量蒸汽的流量計(jì)分為直接質(zhì)量流量計(jì)和推導(dǎo)式質(zhì)量流量計(jì)，渦街流量計(jì)測(cè)量蒸汽流量屬于推導(dǎo)式質(zhì)量流量計(jì)，其表達(dá)式為：
式中：Qm：蒸汽的質(zhì)量流量，Kg/h；f：渦街流量計(jì)輸出頻率，P/s；Kt：工作狀態(tài)下的流量系數(shù)，P/L；ρf：流體密度，Kg/m3。
從上式可知，渦街流量計(jì)測(cè)量蒸汽流量主要是蒸汽密度的求取，而蒸汽的密度可以根據(jù)溫度、壓力的值查表得到。由于蒸汽分為飽和蒸汽和過(guò)熱蒸汽，對(duì)于過(guò)熱蒸汽要進(jìn)行溫壓補(bǔ)償，對(duì)于真正意義上的飽和蒸汽只需進(jìn)行溫度或壓力補(bǔ)償即可，下面進(jìn)行討論。
4.1過(guò)熱蒸汽
在實(shí)際測(cè)量時(shí)，由于工況的變化，飽和蒸汽和過(guò)熱蒸汽都有可能偏離原來(lái)的設(shè)計(jì)狀態(tài)，就使得通常由蒸汽溫度、壓力求取密度的關(guān)系發(fā)生變化，對(duì)計(jì)量的準(zhǔn)確性造成影響，當(dāng)過(guò)熱蒸汽在經(jīng)過(guò)長(zhǎng)距離的輸送后，或由于管道保溫措施不當(dāng)，往往會(huì)因?yàn)闊崃康膿p失溫度降低使其從過(guò)熱狀態(tài)進(jìn)入臨界飽和狀態(tài)，甚至部分蒸汽冷凝出現(xiàn)相變而變成水滴。這些水滴對(duì)流量的測(cè)量究竟有多大的影響，下面舉例說(shuō)明。
自產(chǎn)蒸汽壓力為1.0MPa的過(guò)熱蒸汽，其流量為Qm,假設(shè)經(jīng)長(zhǎng)距離的輸送后有10％Qm冷凝成水滴，令其為Qm1,而保持汽態(tài)的部分為Qms,從定義可知，此時(shí)濕蒸汽的干度X為90％。由于采用溫壓補(bǔ)償，故依臨界飽和狀態(tài)查表，得到此時(shí)的蒸汽（干部分）密度ρs＝5.6808kg/m3,查水密度表得水滴的密度ρL=882.47kg/m3,顯然水滴和蒸汽干部分的體積流量為：
Qv1=Qm1/ρLQvs=Qms/ρs
式中：Qv1：水滴的體積流量，m3/s;
Qvs：蒸汽干部分的體積流量,m3/s。
由定義知，蒸汽干部分體積流量占濕蒸汽總體積流量之比Rv為：
在該例中，Rv＝99.93％，由此可見(jiàn)，在濕蒸汽中，水滴所占的體積比可忽略不計(jì)。渦街流量計(jì)的輸出僅與流過(guò)測(cè)量管的流體流速成正比，在測(cè)濕的飽和蒸汽時(shí)，水滴對(duì)渦街流量計(jì)輸出的影響可忽略，故可認(rèn)為，渦街流量計(jì)的輸出完全是由飽和蒸汽干部分所引起的，而干部分的密度無(wú)論是溫度補(bǔ)償或壓力補(bǔ)償都可以正確的查出;如果需要將冷凝水也按蒸汽一樣進(jìn)行計(jì)量，則渦街流量計(jì)的計(jì)算結(jié)果則偏低1-X。
4.2飽和蒸汽
當(dāng)渦街流量計(jì)安裝在減壓閥后，飽和蒸汽突然大幅度減壓，流體出現(xiàn)絕熱膨脹，水滴部分蒸發(fā)，同時(shí)從液相和汽相中吸收汽化熱，使汽液相溫度降低。如果溫度降低的不多或蒸發(fā)前濕度較高，會(huì)使溫度迅速降低到與新的壓力所對(duì)應(yīng)的飽和溫度，建立新的平衡。這時(shí)蒸汽仍為飽和蒸汽，如果壓力降低的很多或蒸發(fā)前濕度較低，則因水滴蒸發(fā)溫度降低后仍高于新的壓力所對(duì)應(yīng)的飽和溫度，則蒸汽變?yōu)檫^(guò)熱蒸汽。
上述蒸發(fā)發(fā)生后，前一種對(duì)補(bǔ)償無(wú)影響，僅僅是蒸汽中干部分增加，干度相應(yīng)增大，后一種情況即飽和蒸汽變?yōu)檫^(guò)熱蒸汽，這時(shí)對(duì)流量計(jì)的影響分為以下三種情況：
（1）如果流量計(jì)已經(jīng)考慮到蒸汽變?yōu)檫^(guò)熱狀態(tài)，或處于何種狀態(tài)難以確定，或有時(shí)是過(guò)熱狀態(tài)有時(shí)是飽和狀態(tài)，所以采用溫壓補(bǔ)償，則上述的狀態(tài)對(duì)測(cè)量結(jié)果無(wú)影響。
（2）如果流量計(jì)按飽和蒸汽考慮，而且采用壓力補(bǔ)償，則上述相變將帶來(lái)較小的誤差，即過(guò)熱蒸汽溫度同飽和蒸汽之差所對(duì)應(yīng)的密度差造成的補(bǔ)償誤差。
（3）如果流量計(jì)按飽和蒸汽考慮，但采用的是溫度補(bǔ)償，即將過(guò)熱蒸汽當(dāng)作飽和溫度去查密度表，一般會(huì)引起較大的誤差。
如某化工廠鍋爐房供飽和蒸汽，并根據(jù)各用戶(hù)中蒸汽壓力要求值最高的一個(gè)決定鍋爐供汽壓力為1.0MPa，多數(shù)用戶(hù)在蒸汽總管進(jìn)裝置時(shí)先經(jīng)減壓閥進(jìn)行減壓。
用作進(jìn)入裝置蒸汽計(jì)量的渦街流量計(jì)安裝在減壓（穩(wěn)壓）閥之后。原設(shè)計(jì)按飽和蒸汽考慮，采用溫度補(bǔ)償。經(jīng)減壓，蒸汽總管帶入的水滴蒸發(fā)完后氣溫仍高于飽和溫度，呈過(guò)熱狀態(tài)，現(xiàn)場(chǎng)采集到的數(shù)據(jù)如下表。
| 減壓后溫度T2 |
162.4℃ |
減壓后壓力P2 |
0.42MPa |
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ρ2′=2.6897kg/m3，所以質(zhì)量流量計(jì)結(jié)果出現(xiàn)28.47%的誤差，即：
在本例中，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：
5．結(jié)束語(yǔ)
某化工廠在對(duì)蒸汽的性質(zhì)逐一確定后，針對(duì)不同地方蒸汽的性質(zhì)作相應(yīng)的補(bǔ)償系數(shù)，使廠內(nèi)的蒸汽產(chǎn)出與消耗基本平衡起來(lái)了，對(duì)生產(chǎn)調(diào)整以及節(jié)能降耗起到了指導(dǎo)性的作用。渦街流量計(jì)在蒸汽測(cè)量中影響其測(cè)量精度因素有很多，但只要在日常使用中，注意以下幾點(diǎn)，其測(cè)量精度將會(huì)很高。
（1）儀表選型時(shí)，首先清楚蒸汽的工況處于何種狀態(tài)，這樣能夠保證儀表的測(cè)量精度。
（2）將流量計(jì)安裝在減壓閥之前的總管線上，由于蒸汽未經(jīng)減壓，一般不存在相變問(wèn)題，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)量精度。
（3）加強(qiáng)蒸汽管道的保溫，減少冷凝水的產(chǎn)生和防止蒸汽的性質(zhì)轉(zhuǎn)變。
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