摘要：結合(hé) 差壓式流量計(jì) 和 渦街流量計(ji) 的原理，對節流(liu)裝置、巴類流量(liàng)元件和渦街流(liu)量計♋測量蒸汽(qi)流量的主要影(ying)響因素進行分(fèn)析，并根據幾種(zhǒng)不同儀表的特(tè)點，分别就選型(xíng)、安裝、經濟效益(yì)等方面進行分(fen)析，并總結幾種(zhǒng)✏️測量儀表的優(yōu)點與不足。
蒸汽(qi)是使用最廣泛(fan)的載熱工質，是(shì)重要的二次能(neng)😄源，蒸汽流量✉️的(de)測量對加強管(guǎn)理、公平貿易、節(jie)約能源、提高經(jing)濟效益等方面(miàn)都有重要意義(yi)。蒸汽流量測量(liang)方✌️法按工作原(yuan)理，可分爲直接(jiē)式❌和推導式兩(liang)大類。現在㊙️廣泛(fàn)使用的蒸汽流(liú)量計爲推🌏導式(shì)，包括節流裝置(zhi)、巴類流量元件(jian)❌及渦街流量計(jì)等，這些測量方(fāng)法有各自的優(yōu)缺點，适用于不(bu)同場合。
1節流裝(zhuang)置
　　節流式差壓(yā)流量元件是一(yī)種曆史悠久、用(yòng)量最大✊的流量(liàng)計。節流式差壓(yā)流量計依據流(liú)體流過節流裝(zhuang)置，使部分壓力(li)能轉變爲動能(neng)産生差壓的原(yuán)理來工作。節流(liú)裝置分爲标準(zhǔn)型📞和非标準型(xíng)兩大類💁。标準型(xing)節流元件按照(zhào)GB/T2624設計、制造、安裝(zhuāng)和使用，無需🈲實(shi)流校準。節流式(shi)差壓流量計可(ke)測量所有單向(xiàng)流🌈，包括液、氣、蒸(zhēng)汽❌等。标準節流(liu)裝置世界通用(yong)，并🐅得到國際計(jì)量組織的認可(kě)。
　　節流裝置見圖(tú)1。當流體通過标(biao)準節流裝置時(shí)，在1-I截面⛱️前，流體(ti)未受節流件的(de)影響，管道内流(liu)速分布均勻。管(guan)道軸心處和管(guan)壁處的靜壓相(xiang)等。I-I截面後(約0.5D~2D)，流(liú)體開始受節流(liú)件影響，靠近管(guǎn)壁處的流體向(xiàng)中心加速，平均(jun)流速逐漸升高(gāo)，直至II-II截面，流束(shu)收縮到最小，平(píng)均流速達到最(zui)大值。自II-II截面後(hòu)，流束開始膨脹(zhang)🔞，直至川-I截面，又(you)恢複到I-I截面前(qián)的情況，此時平(ping)均流速逐漸降(jiàng)低，與平均流速(su)相對應的靜壓(ya)也由低到🐉高再(zai)恢複到低值。流(liú)💃🏻體在節流件前(qian)、後的管壁附近(jìn)㊙️形成渦流，渦流(liú)即有橫✉️向脈動(dong)，還有逆向運動(dòng)，孔闆或噴嘴的(de)壓力損失高，就(jiù)是因爲渦流能(néng)量耗散造成的(de)。

　　式中，Z、p/ρ、Kv2/2分别表示(shi)單位質量流體(tǐ)在過流斷面上(shang)的位能、壓力能(neng)和動能的平均(jun)值。εv212表示單位質(zhi)量流體的❤️平均(jun1)能量損失。
推導(dǎo)出不可壓縮流(liú)體的流量方程(cheng)式:

按照GB/T2624，流出系(xi)數C的定義式爲(wèi):

　　在一定的安裝(zhuang)條件下給定的(de)節流裝置，該C值(zhi)僅與雷✔️諾數有(you)✨關，即C=f(ReD，節流件類(lei)型，D，β)。由此，可以算(suàn)出流出系數，進(jin)而得到節流裝(zhuang)置的選型計算(suan)。
　　流出系數與雷(léi)諾數的關系見(jiàn)圖2。低雷諾數區(qu)域屬于層流區(qū)，流體繞過限流(liú)孔後不會形成(cheng)噴射現象❄️，流出(chu)🌈系數随雷諾數(shù)增高而增大;中(zhong)雷諾數區域内(nèi)流動從層流發(fā)展到紊⛹🏻‍♀️流，流出(chu)系數随雷諾數(shu)增高而增大的(de)速度緩慢。對于(yú)孔闆，由于慣性(xìng)作用加強🐇，孔口(kǒu)處開始形成噴(pēn)射，流束在孔口(kǒu)外産生縮流，因(yin)此C值下降;在高(gao)雷諾數區域，C值(zhí)都趨于穩定，對(dui)于孔⛱️闆，β值越高(gao)，趨于穩定時的(de)雷諾數就越高(gāo)。

2巴類流量元件(jian)
　　巴類流量元件(jian)是一-種新型的(de)差壓式流量元(yuán)件，采用差壓式(shi)的工作原理，插(chā)入式的安裝方(fāng)法。其通過一-根(gēn)直徑爲十幾毫(hao)米的🔴探頭取壓(ya)，探頭前後有二(er)排不均勻分布(bu)的、若幹個幾毫(hao)米的引壓孔。通(tong)過這兩排孔将(jiang)管道從上到下(xià)的不同壓力在(zài)孔内取平均以(yi)構成差壓。巴類(lèi)流量元件精度(dù)高，壓損小，對探(tàn)㊙️頭磨損小，在安(an)裝合适的情況(kuàng)📱下，可以長期保(bao)持精度。
巴類流(liú)量元件質量流(liú)量的計算公式(shi):

　　阻斷系數ζ隻與(yǔ)探頭結構有關(guān)。對于不可壓縮(suo).介質，由于♊壓損(sǔn)不會影響密度(dù)的變化，膨脹系(xi)數ε爲1。對于可壓(ya)縮的🐉介質，随着(zhe)管道🌈内壓力損(sun)失增.加和管道(dào)内靜壓的減小(xiao)🔱，膨脹系數ε從1開(kai)♋始，按照比例下(xia)降。

　　式中，Pp爲設計(ji)壓力，pg爲工況壓(yā)力，εg爲設計膨脹(zhang)系數，dp,爲設計差(cha)壓🧑🏾‍🤝‍🧑🏼，當🏃前工況密(mì)度爲ρg。若介質的(de)實際工作狀态(tài)與🌈設計狀态相(xiàng)近，使用理想氣(qì)體方程可以得(dé)到👣足夠精度的(de)結果:

3渦街流量(liang)計
　　 渦街流量計(ji)根據卡門(Karman)渦街(jie)原理研究生産(chǎn)，渦街流量計😍壓(yā)損🥵小，量程範圍(wéi)大，精度高，在測(cè)量工況體積流(liú)量時幾乎不受(shou)流體密度、壓力(lì)、溫度、粘度等參(cān)數的影響🧑🏽‍🤝‍🧑🏻，無可(ke)動機械零件，維(wéi)護量小。渦街流(liu)量計在㊙️流體中(zhōng)設置三角柱🆚型(xing)旋渦發生體，流(liú)體在管道中經(jing)過渦街流量計(jì)時，在三角柱的(de)旋渦發生體後(hou)，上下交替産生(sheng)正比于流速的(de)兩列旋渦，旋渦(wō)的釋放頻率與(yǔ)流💯過旋渦發生(sheng)體的流體平⁉️均(jun1)速度及旋渦發(fa)生體特征寬度(du)有🈚關:

　　式中，f爲旋(xuan)渦的釋放頻率(lü);v爲流過旋渦發(fā)生體的流體平(píng)均速度;d爲旋渦(wo)發生體特征寬(kuān)度;St爲斯特勞哈(hā)爾數，範圍♌爲0.14～0.27，是(shi)雷諾數的函數(shu)。

　　當雷諾數Re在102~10時(shí)範圍内，St值約爲(wei)0.2。在測量中，需滿(man)足流👅體的雷諾(nuo)數在102~105,此時旋渦(wō)頻率:

　　由此，通過(guò)測量旋渦頻率(lü)就可以計算出(chu)流過旋渦👄發生(sheng)體的流💰體平均(jun1)速度v，再由式q=vA，可(ke)以求出流量q，其(qí)中A爲流體流過(guò)旋渦發生🏃‍♂️體的(de)截面積。
4三種流(liú)量計比較
4.1選型(xing)比較
　　标準節流(liu)裝置隻有在滿(man)足以下條件下(xià)，流量系數才與(yu)規範中☔提供的(de)數據相符:①被測(ce)介質應充滿全(quán)部管道截💁面連(lián)續地流動;②管道(dao)内的流速(流動(dòng)狀态)應是穩🏒定(dìng)的;③被測介質在(zài)通過節流裝♌置(zhi)時，應不發生相(xiàng)變;④節流裝置前(qián)後有足夠長度(dù)的直🔞管段。
　　巴類(lèi)流量元件運用(yòng)廣泛，可以測量(liang)幹燥氣體、潮濕(shī)氣體、液‼️體或蒸(zhēng)汽的介質，不受(shou)介電常數的影(ying)響，适用通⭐徑廣(guǎng)。一-般用于大口(kou)徑管道上蒸汽(qì)流量測量。
　　渦街(jie)流量計可以在(zai)測量介質流速(sù)0.5~12m/s範圍内選用。渦(wo)☁️街流量計的📞口(kǒu)徑不一定與工(gong)藝管道相同，選(xuǎn)型時☁️考慮測量(liàng)🌈流量範圍是否(fou)在流速範圍内(nei)，當管道流速偏(piān)低，需縮小儀表(biǎo)口徑，提高流速(sù)，從而得到滿意(yì)🌈的測量結果。
4.2安(ān)裝比較
　　節流裝(zhuang)置和巴類流量(liàng)元件都需要與(yǔ)差壓 顯示儀 表(biao)連接，測量蒸汽(qi)時都采用伴熱(rè)保溫來應對蒸(zhēng)汽冬季凝結的(de)情況，見圖3、圖4。節(jiē)流裝置的現場(chang)安裝條件要求(qiu)較高，需較長🔞的(de)直管段，一般爲(wèi)前20D,後15D。巴類流量(liàng)元件的前後🏒直(zhi)管段👉要求相對(dui)短一些，一般爲(wei)前7D，後3D。節流裝置(zhi)或巴類流量元(yuan)件🌏與差壓顯示(shì)儀表之間引壓(ya)管線♉亦爲薄弱(ruo)環節，易産生洩(xie)漏、堵塞及凍結(jié)、信号失真等故(gù)障。

　　巴類流量元(yuan)件安裝工作量(liàng)小。該探頭采用(yong)的是插入式的(de)💰工作方式，安裝(zhuang)方便、簡單。安裝(zhuang)的時候隻要🐪在(zai)現場直接開孔(kǒng)焊接即可，見圖(tu)5。


　　渦街流量計結(jié)構簡單、安裝維(wéi)護方便、無需導(dao)壓管和 三閥組(zǔ) ，減少了洩漏、堵(du)塞和凍結等。但(dan)是，渦街流量計(ji)對管道✊機🔞械振(zhen)動敏感，不宜用(yong)于強振動.的場(chang)所。渦街流量計(ji)的前後直管段(duan)要求前15D，後10D，通常(cháng)用于管徑在300mm以(yi)下的工況，見圖(tú)6。

4.3經濟性比較
　　節(jie)流式差壓流量(liàng)計中的标準孔(kong)闆結構易于複(fu)制，性能可💔靠🔆，價(jia)❄️格低，無需實流(liú)校準就能夠使(shi)用;其測量精度(du)在流量計中屬(shǔ)于中等水平。由(you)于很多因素影(ying)響錯🌈綜複雜🈚，精(jing)度難👨‍❤️‍👨以提高;測(ce)量範圍窄，差壓(yā)信💁号與流量爲(wèi)平方關系，量程(cheng)比僅爲3:1~4:1;孔闆或(huo)噴嘴的壓損較(jiao)大，能耗高。
　　巴類(lèi)流量元件壓損(sun)較孔闆大幅減(jiǎn)少，隻有孔闆的(de)5%~10%，減小了系統的(de)運營成本。由于(yú)壓差小，則對應(yīng)的差壓變送器(qì)選擇要求提高(gāo)，相應增大了差(cha)壓變送器的采(cǎi)購👣成本。
　　渦街流(liu)量計壓損小，約(yue)爲節流式元件(jiàn)的1/4，其儀表購置(zhi)費用高，安裝費(fèi)用和運行費用(yòng)較低。
4.4精度與小(xiao)流量切除性能(néng)比較
　　滿足規範(fàn)GB/T2426生産的節流式(shì)差壓流量計的(de)精度在+0.55%左⁉️右;巴(bā)♌類流量元件的(de)精度與前後直(zhí)管段有關，當前(qián)直管🤩段長度爲(wei)14D，後直管段長度(du)爲3D時，精度可以(yǐ)達到💛+0.5%，當前直管(guǎn)段爲7D，後直管段(duan)爲3D時，精度可以(yi)達到+1%;而渦街流(liu)量計的精度在(zài)土1.0%，對于内💋縮徑(jing)型的渦街流量(liang)計，其精度在士(shi)1.35%左右。
　　當某測點(diǎn)由開車工況變(biàn)化至正常工況(kuang)時，其測點往往(wang)流量值逐步由(you)小流量遞增至(zhi)正常流量。當工(gong)況流量低于三(san)👨‍❤️‍👨種儀表可🐕以測(ce)量的範圍内，會(huì)出現⭕測量不準(zhun)确的現象。對于(yu)節流裝置，當雷(lei)諾數小于5000時，精(jīng)度就會遠超0.55%;巴(ba)類流量元件對(duì)雷諾✏️數的要求(qiu)㊙️不高，在保證滿(man)管的情況下，若(ruò)雷諾數低，巴類(lei)流量元件的輸(shū)出差壓會偏小(xiǎo)，影響🍉差壓變送(song)器的測量📐精度(du);渦街流量計💔的(de)最小雷諾數極(jí)限爲10000。
4.5案例比較(jiào)
　　針對某精餾工(gong)段換熱器的蒸(zhēng)汽流量測量，做(zuo)了計💁算🥰對比:
　　該(gāi)位置點管道壓(yā)力等級爲150#，管徑(jìng)250mm，蒸汽操作壓力(li)爲0.4MPa，操作溫🍓度爲(wèi)151℃，蒸汽流量爲4000kg/h,允(yun)許壓損爲20kPao
　　節流(liú)裝置經過選型(xing)計算，采用滿刻(ke)度壓差10kPa，正常差(cha)壓爲🥰5kPa，開孔直徑(jìng)比爲0.44，最大壓損(sun)爲7.9kPa。一整套節流(liú)裝置的采購安(an)🏒裝費㊙️用大緻在(zai)☀️2.5萬元左右。
　　巴類(lèi)流量元件經計(ji)算，其滿刻度差(cha)壓爲0.3kPa，正常差壓(yā)爲0.18kPa，最大❤️壓損爲(wèi)0.02kPa。其采購安裝費(fèi)用大緻在4.2萬元(yuan)左右。該處非振(zhen)動管道，因此可(kě)以采用渦街流(liú)量計。渦街🍓流量(liang)計經過計算，選(xuǎn)用縮徑爲150mm管徑(jing)的法蘭式流量(liàng)⭕計，其最大壓損(sun)爲2.9kPa。其采購安裝(zhuāng)費用大緻在5萬(wàn)元左右。
　　通過比(bǐ)較，可得結論:①節(jiē)流裝置壓損最(zuì)大，巴類流量元(yuan)💚件💞壓損最小。考(kǎo)慮長期運行能(néng)耗，巴類流量元(yuan)件經濟🈲性最好(hǎo)，渦街次之;②節流(liú)裝置選用 差壓(yā)變送器 可采用(yong)普通量程範圍(wei)型，巴類流量元(yuán)件選用差壓🤟變(bian)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼送🍉器需采✍️用微(wei)小差壓測量型(xíng)變送器，③當該測(cè)點由開車工況(kuàng)變化至正常工(gong)況時，流量高于(yú)51.57kg/h，節流式差壓流(liú)量元件才能确(què)💁保應有⚽的精度(dù)💃🏻;流量高于802kg/h，渦街(jiē)流量計🈚可以達(dá)到應有的精📧度(du);流量高🐅于1500kg/h，巴類(lèi)流量元件輸出(chu)能達到差壓變(bian)送器的精😘度下(xia)限值;④若考慮總(zǒng)承包采購成本(běn)的限制💁，可選用(yong)節流裝置測量(liang)蒸汽流量。若考(kǎo)⭐慮綜合采購及(jí)運行成本，包括(kuò)長期運行蒸汽(qi)壓力損失成本(běn)和冬季保溫伴(ban)熱蒸汽成本，可(kě)選用渦街流量(liàng)計。若遇到蒸汽(qì)管線口徑增👄大(dà)至300mm以上，可考慮(lü)🚶采用巴類流量(liàng)元件，此時巴類(lèi)流量元件的采(cǎi)購成本将比其(qi)餘兩種流量計(ji)低得多。
5結語
　　蒸(zhēng)汽流量儀表的(de)選用非常重要(yao)，準确測量蒸汽(qi)流量🐆是生産部(bù)⭕門的需要。随着(zhe)經濟的發展，提(tí)高測量🌈水平❗的(de)呼聲越來越高(gao)。在實際選用中(zhōng)，設計人員需根(gēn)據蒸❤️汽的性質(zhì)和工況精度的(de)要求💁、成本核算(suan)等條件來選🆚擇(ze)适合的☂️蒸汽儀(yi)表。節流裝置、巴(ba)類流量元件和(hé)渦街流量計各(gè)有利弊，需要充(chōng)分考慮工藝、環(huan)境要求，合理🐆地(di)選擇流量計，才(cái)能保證蒸汽計(jì)量的準确性。

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