摘要:通過使用新型的抗振型渦街流量計(jì)對(duì)飽和蒸汽流量進(jìn)行測(cè)量的實(shí)踐,測(cè)量數(shù)據(jù)的結(jié)果表明達(dá)到試驗(yàn)預(yù)期目的。蒸汽小流量的測(cè)量失真問題和渦街流量計(jì)的振動(dòng)干擾問題得到了解決。
0前言
蒸汽已經(jīng)伴隨機(jī)車和工業(yè)革命走過幾個(gè)世紀(jì)。迄今為止,蒸汽已成為現(xiàn)代技術(shù)不可或缺的一部分。它被廣泛應(yīng)用于食品、紡織、化工、醫(yī)藥、電力和供熱等工業(yè)領(lǐng)域[",為現(xiàn)代社會(huì)生產(chǎn)了豐富多彩的產(chǎn)品。
蒸汽的使用是如此廣泛,因此對(duì)蒸汽的流量測(cè)量成為使用各方的重要關(guān)注點(diǎn)之一。隨著蒸汽應(yīng).用的發(fā)展,對(duì)蒸汽流量測(cè)量的研究工作也得到廣泛開展。
1蒸汽及其流量測(cè)量
1.1蒸汽概述
蒸汽是吸收潛熱后帶有一定壓力的水。蒸汽按狀態(tài)可分為飽和蒸汽和過熱蒸汽。由鍋爐產(chǎn)生的水蒸氣為飽和蒸汽,飽和蒸汽加熱得到過熱蒸汽。圖1說明了各種狀態(tài)蒸汽在不同溫度及壓力下的轉(zhuǎn)換關(guān)系。
飽和蒸汽在蒸汽中占有相當(dāng)大的比例，而濕蒸汽是飽和蒸汽實(shí)際存在的幾乎唯--形式。含有液滴或液霧的蒸汽稱為濕蒸汽。嚴(yán)格來說，飽和蒸汽或多或少都含有液滴或液霧的雙相流體，所以,不同狀態(tài)下不能用同一氣體狀態(tài)方程式來描述。飽和蒸汽中液滴或液霧的含量反映了蒸汽的質(zhì)量,一般用干度這一參數(shù)來表示。
多年來的研究普遍認(rèn)為飽和蒸汽具有如下特點(diǎn):
1)飽和蒸汽的溫度與壓力之間一一對(duì)應(yīng),二者之間只有一個(gè)獨(dú)立變量。
2)飽和蒸汽容易凝結(jié),在傳輸過程中如有熱量損失,蒸汽中便有液滴或液霧形成，并導(dǎo)致溫度與壓力的降低。
3)準(zhǔn)確計(jì)量飽和蒸汽流量比較困難。因?yàn)轱柡驼羝母啥入y以保證,一般流量計(jì)都不能準(zhǔn)確檢測(cè)雙相流體的流量,蒸汽壓力波動(dòng)將引起蒸汽密度的變化,流量計(jì)示值產(chǎn)生附加誤差。
1.2蒸汽流量測(cè)量
對(duì)于蒸汽流量測(cè)量的研究和應(yīng)用都指出,影響蒸汽流量準(zhǔn)確計(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)的可精確計(jì)量的最小流量(即量程比不足);
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。
由于蒸汽本身的物理特性,即在輸送過程中常常是以汽、水兩相流出現(xiàn)(即飽和蒸汽的干度小于100%),如果在蒸汽計(jì)量中沒有對(duì)干度進(jìn)行修正，測(cè)量的精度必定大為下降[2]。在蒸汽計(jì)量中,為實(shí)現(xiàn)正確的測(cè)量，研究的一一個(gè)方向是設(shè)法保持測(cè)量點(diǎn)處的蒸汽干度以滿足要求,必要時(shí)還要采取其他補(bǔ)償措施。近年來還有人提出“以能量替代質(zhì)量作為蒸汽的結(jié)算單位”。
2蒸汽流量計(jì)選型
2.1蒸汽流計(jì)的類型及其優(yōu)缺點(diǎn)
目前在工業(yè)上使用的流量計(jì)的類型非常多,其中適合蒸汽流量測(cè)量的流量計(jì)既有其優(yōu)點(diǎn),也有使用上的缺點(diǎn)。為確保蒸汽流量計(jì)的性能和精度,最重要的是選用的流量計(jì)要符合所使用的工況。表1對(duì)各類蒸汽流量計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)和應(yīng)用情況進(jìn)行了比較。
國(guó)內(nèi)目前使用比較流行的蒸汽流量計(jì)有孔板流量計(jì)、渦街流量計(jì)等。表2對(duì)某廠1990年在用的流量計(jì)進(jìn)行了初步統(tǒng)計(jì)[4],表明孔板流量計(jì)和渦街流量計(jì)的使用占有主流地位。
隨著技術(shù)的進(jìn)步和交流的增加,孔板流量計(jì)在精度和穩(wěn)定性上的缺陷逐步被行業(yè)人士所認(rèn)識(shí),近年來孔板流量計(jì)安裝量減少。而渦街流量計(jì)基于其原理.上的固有優(yōu)勢(shì),70年代以來得到了迅速發(fā)展。據(jù)了解,現(xiàn)在日本、歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家使用渦街流量計(jì)的比例大幅度上升,已經(jīng)廣泛用于各個(gè)領(lǐng)域。渦街流量計(jì)在全球儀表行業(yè)引起普遍重視,被公認(rèn)為未來有發(fā)展前景的流量計(jì)之一。渦街流量計(jì)將在未來流量?jī)x表中占主導(dǎo)地位,是孔板流量計(jì)的理想替代產(chǎn)品。國(guó)內(nèi)在近幾年開始逐步使用渦街流量計(jì)測(cè)量蒸汽流量,取得了不錯(cuò)的效果。
2.2熱帶廠蒸汽工藝條件與環(huán)境
熱帶廠目前使用的蒸汽主要由加熱爐爐內(nèi)管道汽化產(chǎn)生,蒸汽過渡儲(chǔ)存在汽包中。設(shè)計(jì)要求汽包工作壓力為0.50~0.80MPa,正常工作壓力為0.70MPa左右。汽包產(chǎn)生的蒸汽流量為3.0t/h。蒸汽通過DN100的管道輸送，蒸汽終端用戶為食堂和浴室,蒸汽主要用于加熱。圖2對(duì)熱帶廠的蒸汽去向作了簡(jiǎn)單的說明。.
熱帶廠蒸汽使用量從一天的時(shí)間段來看,存在著用量大小變化大、短時(shí)間集中用汽、大部分時(shí)間用汽小而均勻的特點(diǎn)。按季節(jié)來看，冬季的用汽量要明顯大于夏季。表3對(duì)熱帶廠的蒸汽使用情況作了簡(jiǎn)單分析。
表3表明,測(cè)量熱帶廠蒸汽流量還需解決--個(gè)小流量的問題。
2.3蒸汽流量測(cè)量方案
由于現(xiàn)場(chǎng)安裝流量計(jì)的條件限制,且蒸汽管道附近的振動(dòng)源比較多，受到頻繁的機(jī)械振動(dòng)影響，因此決定選用新型的抗振型渦街流量計(jì)。
該型渦街流量計(jì)在強(qiáng)度達(dá)2g、5~110Hz的強(qiáng)大全向振動(dòng)干擾下,所有滿管式氣體流量計(jì)依舊保持優(yōu)于0.5%精度、插入式氣體流量計(jì)依舊保持優(yōu)于1.0%的精度。它的所有指標(biāo)能符合形式實(shí)驗(yàn)要求，抗振性能良好，能解決渦街流量計(jì)由于振動(dòng)引起誤差的不足。
經(jīng)過對(duì)檢測(cè)的蒸汽現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)測(cè)量和計(jì)算,發(fā)現(xiàn)該蒸汽處于熱水與蒸汽的臨界點(diǎn),即發(fā)生溫度或者壓力的微弱變化時(shí),蒸汽可能轉(zhuǎn)化為熱水，也可能由熱水轉(zhuǎn)化為蒸汽。
根據(jù)熱帶廠蒸汽使用情況、工藝條件及現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境;對(duì)于可能出現(xiàn)的時(shí)為熱水、時(shí)為蒸汽的情形;制定了流量計(jì)的安裝方案，即在流量計(jì)安裝上游管道適當(dāng)位置安裝一只用于減壓的閥門,使得通過管道的熱水因壓力的大幅度下降而變成蒸汽。該方案通過降低壓力保證管道內(nèi)始終是單相蒸汽,為蒸汽渦街流量計(jì)創(chuàng)造檢測(cè)必須的條件。
3效果分析
根據(jù)既定方案在現(xiàn)場(chǎng)安裝了抗振型渦街流量計(jì),安裝后的效果見圖3。
流量計(jì)安裝后進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。小流量測(cè)試采取的辦法是完全關(guān)閉下游用戶的蒸汽閥門,使通過流量計(jì)的蒸汽逐步減小至零,同時(shí)觀察二次儀表顯示的數(shù)據(jù)變化。經(jīng)過反復(fù)幾次的測(cè)試,均觀察到蒸汽流量數(shù)據(jù)逐步變小直至零流量的現(xiàn)象。這初步說明不存在小流量測(cè)量數(shù)據(jù)失真的情況。對(duì)各個(gè)時(shí)間蒸汽瞬間流量的記錄(表4.1)說明隨著終端用戶蒸汽用量的變化,流量計(jì)的測(cè)量數(shù)值能準(zhǔn)確的、實(shí)時(shí)的做出反應(yīng)。
對(duì)渦街流量計(jì)的抗振性能用簡(jiǎn)單方法做了驗(yàn)證。在大流量和小流量?jī)煞N情況下，分別對(duì)流量計(jì)兩側(cè)的蒸汽管道進(jìn)行大力度的敲擊,經(jīng)多次試驗(yàn)觀察,未發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)出現(xiàn)突然變化的現(xiàn)象。這說明抗振型渦街流量計(jì)能處理振動(dòng)對(duì)流量測(cè)量的干擾，能有效解決渦街流量計(jì)因振動(dòng)引起誤差的缺陷。
抗振型渦街蒸汽流量計(jì)使用一個(gè)月,對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和統(tǒng)計(jì),得到每天蒸汽用量(參見圖4)。
對(duì)圖4的進(jìn)行分析可以得到下面的結(jié)論,蒸汽的每天流量比較均勻，變化不大，流量曲線比較平緩,基本在14-19t/h之間波動(dòng)。對(duì)照表4的瞬間流量數(shù)據(jù),說明流量計(jì)的測(cè)量數(shù)據(jù)是準(zhǔn)確的，與試驗(yàn)預(yù)期的蒸汽用量符合。
4結(jié)語
渦街流量計(jì)在蒸汽和低壓氣體的流量測(cè)量方面得到了廣泛應(yīng)用,但抗振性差、抗干擾能力弱的缺陷局限了它的應(yīng)用。熱帶廠選用抗振型渦街流量計(jì)進(jìn)行蒸汽流量測(cè)量，從使用效果上來看,能完全滿足小流量蒸汽在千擾信號(hào)強(qiáng)烈的環(huán)境下的測(cè)量使用。通過一段時(shí)間的觀察,流量計(jì)運(yùn)行穩(wěn)定，測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確�？拐裥蜏u街流量計(jì)本身所具有的優(yōu)勢(shì),使得它在流量測(cè)量方面得到更多的應(yīng)用。
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