摘要:由标(biāo)準節流裝(zhuang)置組成的(de) 差壓式流(liu)量計 在蒸(zhēng)汽計量上(shàng)廣泛使用(yòng),根據标準(zhǔn)節流裝置(zhì) 測量流體(tǐ)流量一般(bān)原理,分析(xi)了蒸汽密(mi)度對蒸汽(qi)🈲計量的影(yǐng)響,比較了(le)蒸汽密度(du)求取的兩(liǎng)種方法,提(ti)❗出了一種(zhǒng)寬量程比(bi)蒸汽計量(liang)的方案,并(bing)闡述了噴(pēn)嘴在蒸汽(qì)計量上的(de)應用優勢(shì)。
0前言
　　蒸汽(qi)是工業生(shēng)産中重要(yào)的工藝介(jie)質和二次(cì)能源,也是(shì)城💚鎮市🚩政(zhèng)供熱中主(zhu)要的供熱(re)介質。随着(zhe)工業化和(he)城鎮化的(de)飛速發展(zhan),蒸汽用量(liang)與日俱增(zeng),蒸汽消耗(hao)量成爲生(shēng)産運行經(jīng)濟考核的(de)重要指标(biao),蒸汽的準(zhun)确計量尤(yóu)爲重要,在(zài)廣泛使用(yòng)的蒸汽計(ji)量器💃具中(zhōng),由标準節(jie)流裝置組(zu)✌️成的差壓(ya)流量計和(hé)渦街流量(liang)計是蒸🔅汽(qì)✂️計量器具(jù)的主🈲流選(xuan)擇。
　　節流裝(zhuāng)置具有結(jie)構簡單、制(zhì)造容易、維(wei)護方便、成(chéng)本㊙️較低🐅、可(ke)靠性高等(deng)優點,按照(zhao)标準GB/T2624－2006設計(ji)、制造的标(biao)準節流裝(zhuāng)置🌏,無需進(jin)行實流⁉️标(biāo)定就能得(dé)到較高的(de)測量精度(du),節流裝置(zhì)也存在測(cè)量範圍小(xiao)、壓力損失(shī)大💋、檢定周(zhou)期短等不(bú)足。 渦街流(liu)量計 受工(gong)作原理、敏(mǐn)感元件和(hé)結構的局(ju)限,在被測(cè)流體在溫(wen)度✏️、壓😘力高(gāo)于一定數(shu)值時,管道(dao)或環境振(zhen)動較大時(shi),使用渦街(jie)流量計測(ce)量存在困(kùn)難［1］;渦街流(liu)量計的檢(jiǎn)定⭕,要放在(zài)流量标準(zhǔn)裝置上進(jin)行,不僅拆(chāi)裝、搬運、送(song)檢費事,而(er)且要将流(liu)量計停用(yòng)較長㊙️時間(jian),檢定🛀成本(běn)和時間成(cheng)本較高;渦(wō)街流量計(jì)的成本,在(zai)儀表口徑(jìng)增大時上(shang)🈲升明顯,尤(you)其是在流(liu)體溫度較(jiào)❤️高(T＞300℃)時,價格(gé)劣勢尤爲(wei)明顯。
　　因此(cǐ)渦街流量(liàng)計在上世(shi)紀70年代投(tou)入工業應(yīng)用至今♌,雖(suī)然占領了(le)标準節流(liu)裝置的部(bu)分市場,但(dàn)在高溫、高(gāo)🔴壓流體,管(guan)徑較大的(de)測量對象(xiang)和環境振(zhèn)動較🔞大的(de)場合,标準(zhun)節流裝置(zhì)仍是不可(kě)替代的,尤(yóu)其是熱電(dian)等行業仍(reng)然普遍使(shi)用标準節(jiē)流裝置。
1蒸(zheng)汽密度
1.1标(biao)準節流裝(zhuāng)置測量流(liú)體流量一(yi)般原理
标(biāo)準節流裝(zhuāng)置測量流(liu)體流量一(yī)般原理表(biǎo)達式爲［2］:

　　式(shì)中:qm爲質量(liang)流量,kg/s;C爲流(liú)出系數;ε1爲(wèi)可膨脹系(xì)數;d爲節流(liú)件⭐的開孔(kǒng)直徑;ΔP爲差(chà)壓;ρ1爲被測(ce)流體密度(du);β爲直徑比(bǐ),β=d/D,D爲管道内(nei)徑。
　　在式(1)中(zhōng),β和d爲常數(shu),C和ε1在一定(ding)的流量範(fàn)圍之内也(yě)可🔞看作常(chang)數,因此式(shi)(2)可簡化爲(wèi):

　　從式(2)可清(qing)楚看出,儀(yi)表示值同(tong)ρ1密切相關(guan)。而蒸汽工(gōng)況👣(溫度t,壓(ya)力P)的變化(huà),必然使ρ1産(chǎn)生相應的(de)變化。因此(cǐ),标準🥰節流(liu)裝置必須(xu)與用以求(qiu)取蒸汽密(mi)度的工況(kuàng)測量儀表(biǎo)配合,并同(tóng)計算部分(fen)✊一起組♉成(chéng)蒸汽質量(liàng)流量計,才(cai)能保證測(ce)量精度。
1.2蒸(zheng)汽密度求(qiú)取方法
　　水(shui)蒸汽的物(wu)理性質與(yǔ)理想氣體(ti)大不相同(tong),不能采用(yong)理想氣體(tǐ)狀态方程(cheng)進行密度(dù)補償,需先(xian)求取蒸汽(qi)密度再‼️做(zuo)密度補償(chang)。蒸✊汽密度(du)的求取方(fāng)法歸納起(qi)來主要是(shi)采用數學(xue)模型法和(hé)計算機查(chá)表法兩類(lèi)［3］。
(1)數學模型(xing)法
①一次函(han)數法。這種(zhǒng)方法的顯(xiǎn)著特點是(shi)簡單,适用(yong)飽和蒸汽(qi),其表達式(shì)爲:
ρ=AP+B(3)
　　式中:ρ爲(wèi)蒸汽密度(dù),kg/m3;P爲蒸汽絕(jue)對壓力,MPa;A、B爲(wèi)系數和常(cháng)數🍉。
　　式(3)不足(zú)之處是僅(jin)在較小的(de)壓力範圍(wéi)内變化适(shi)用,壓力變(biàn)⛱️化範圍較(jiào)大時,由于(yú)誤差太大(dà),就不适用(yong)了。因爲對(duì)于🔴飽和🛀🏻蒸(zheng)汽👈來說,ρ=f(P)是(shi)一條曲線(xian),用一條直(zhí)線🧡拟合它(tā),範圍越大(dà),當然誤差(cha)越⛹🏻‍♀️大。
　　解決(jue)這個矛盾(dun)的方法是(shì)分段拟合(he),即在不同(tong)的壓力段(duan)采用不同(tong)的系數和(hé)常數。表1所(suǒ)示爲不同(tong)壓力段對(duì)🏃‍♀️應的不同(tóng)密度計算(suàn)式［4］。

②用指數(shu)函數拟合(hé)密度曲線(xian)。使用較多(duō)的是:

　　式(4)描(miao)述的是一(yī)條曲線,用(yong)它來拟合(he)飽和蒸汽(qi)ρ=f(P)曲線能得(de)到🏃🏻更🙇🏻高的(de)精度,但是(shì)在壓力變(biàn)化範圍較(jiao)大的情況(kuàng)下,仍有千(qiān)分之幾的(de)誤差。
③狀态(tài)方程法。狀(zhuang)态方程法(fǎ)用于計算(suàn)過熱蒸汽(qi)密度,其中(zhōng)著名的有(yǒu)烏卡諾維(wéi)奇狀态方(fang)程和莫裏(li)爾狀态方(fāng)程,狀态方(fāng)程的🥰計算(suàn)公式較爲(wèi)複雜,在儀(yí)表常用數(shu)據手冊及(ji)其他相⛷️關(guān)書籍資料(liào)中均有描(miáo)述,這裏不(bú)做贅述。
(2)計(jì)算機查表(biao)法現在國(guo)際上通用(yòng)的蒸汽密(mi)度表是根(gēn)據“工業用(yòng)1697年IFC公式”計(jì)算出來的(de)。根據現有(yǒu)的過熱蒸(zhēng)汽🈚密度表(biǎo),查取與溫(wēn)度、壓力相(xiang)對應的過(guo)熱蒸汽密(mi)度,對于蒸(zheng)汽密度表(biǎo)🌈中兩點之(zhī)間的數據(jù),采用數學(xué)内插法處(chù)理确定。
表(biǎo)2的過熱蒸(zheng)汽密度表(biǎo)中,将壓力(li)以0.1MPa爲間距(ju)劃分5個區(qu)間,将溫度(du)以10℃爲間距(jù)劃分爲7個(gè)區間,在壓(yā)力、溫度💞區(qu)間内可采(cai)用線性内(nei)插🔱法計算(suan)求取蒸汽(qi)密度。例:過(guò)熱蒸汽實(shí)測壓力爲(wei)♉2.82MPa,實測溫度(du)爲282℃,求🈲取過(guo)熱蒸汽密(mi)度。


　　通用流(liu)量演算器(qi)可将蒸汽(qì)密度表裝(zhuang)入其内存(cún)中♊,在CPU的控(kong)制下,模拟(ni)人工查表(biao)的方法,采(cai)用計算機(jī)查✨表與線(xiàn)性✊内插相(xiàng)結合的技(ji)術,能得到(dào)人工查表(biǎo)相同的精(jīng)💞度。
2寬量程(cheng)比計量方(fāng)案
　　蒸汽消(xiao)耗受熱負(fù)荷變化制(zhi)約,流量變(bian)化範圍廣(guang),有時甚至(zhi)隻有滿量(liang)程的百分(fen)之幾,如果(guo)要保證差(cha)壓👉式流🧑🏽‍🤝‍🧑🏻量(liàng)計在蒸汽(qì)計量全量(liàng)程範圍内(nei)的測量精(jing)度,必須想(xiang)辦法擴大(da)差壓式流(liú)量計的量(liàng)程比。
　　标準(zhǔn)節流裝置(zhi)測量範圍(wéi)不理想,這(zhe)主要是由(you)其測☂️量原(yuan)理決定的(de),由式(8)可知(zhī),對流量測(ce)量範圍度(du)影響最大(da)的因素是(shi)差壓測量(liang)不确定度(dù),其表達式(shì)爲
量測量(liàng)不确定度(du)的影響爲(wèi)1%。即爲了獲(huo)得±1%的流量(liàng)測量✊精度(dù),如果選用(yong)的是0.075精度(du)等級的差(cha)壓變送器(qì),隻有當差(chà)壓大于3.75%,即(ji)流量小于(yú)19.36%FS時,才能保(bao)證精度。
　　差(chà)壓變送器(qì) ,其差壓低(dī)端的示值(zhi)誤差無法(fǎ)進一步減(jiǎn)小的原因(yīn)是其精度(du)并非可以(yi)任意确定(dìng),而且受膜(mo)盒面積、環(huán)境溫度以(yǐ)及長期漂(piao)移等因素(su)制約,爲了(le)提高相對(duì)流量較小(xiao)時的差壓(ya)測量精度(du),另外增設(shè)一台低量(liang)👅程差壓變(bian)💚送器是一(yī)個行之有(yǒu)效的方法(fa)。
例如,有一(yī)蒸汽流量(liàng)測量對象(xiàng),最大流量(liàng)100t/h,最小流量(liàng)🌈3t/h,常用壓力(li)1.1MPa,常用溫度(du)250℃,公稱通徑(jing)DN500,高量程差(chà)壓變送器(qi)⛱️測量範圍(wéi):0～100kPa,低量程差(chà)壓變🌈送器(qi)測量範圍(wei):0～3.75kPa。兩台0.075級精(jīng)度等級的(de)差壓變送(song)器,在雙量(liàng)程流量🤩演(yǎn)算器的配(pèi)♉合下,選定(dìng)合适的高(gāo)低量程切(qie)換點,在流(liú)量量程3～100%範(fàn)圍内,qmqm爲1.25%。
　　上(shang)述寬量程(cheng)比計量方(fang)案中,流量(liang)測量不确(què)定度會受(shou)标準✌️節流(liu)裝置流出(chū)系數C非線(xian)性和可膨(peng)脹系數ε1偏(piān)離的制約(yuē)［5］,采用通用(yong)流👉量演算(suan)器實時計(jì)算流出系(xì)數C和可膨(péng)脹系數ε1,對(dui)🔱其影響進(jin)行在線修(xiu)正。
3噴嘴
　　目(mù)前蒸汽計(jì)量應用中(zhong)普遍使用(yòng)的标準節(jie)流裝置是(shì)标準👈孔闆(pan),标準孔闆(pan)的入口直(zhí)角銳利度(dù)在流體沖(chong)刷下易發(fā)生鈍化,國(guo)内有關部(bù)門曾對新(xīn)裝标準孔(kong)闆進行跟(gēn)蹤校驗,在(zai)♈标準孔闆(pǎn)連續👣使用(yòng)2－3個月時,鈍(dùn)化引起的(de)流出系數(shu)偏度在1－3%,個(gè)别嚴重🤩的(de)在4%以上,測(ce)量誤差明(ming)顯增大。
　　解(jie)決标準孔(kong)闆鈍化問(wen)題的最好(hǎo)方法是采(cai)用ISA1932噴嘴,如(ru)📧圖1所👣示,ISA1932噴(pen)嘴的入口(kǒu)爲光華曲(qǔ)面,不易磨(mo)損,流出⛷️系(xì)數♻️非常穩(wen)定,JJG640－2016檢定規(guī)程🔱規定ISA1932噴(pen)嘴的檢定(dìng)周期爲🔱4年(nian),而标準孔(kong)闆檢定周(zhōu)期爲2年［6］。再(zai)者,噴🚶嘴在(zài)相同流量(liàng)和相同β值(zhí)條件下,永(yǒng)久壓力損(sun)失比孔闆(pǎn)小得多,僅(jin)爲孔闆的(de)50～60%,有利于減(jiǎn)小能耗。長(zhǎng)期運🏃行情(qíng)況表明,由(you)于噴嘴在(zài)結構上的(de)優勢具有(you)耐沖擊抗(kàng)變形的優(yōu)點,适用于(yú)高溫、高壓(yā)、高流速的(de)蒸汽介質(zhì)。

4結語
　　由标(biāo)準節流裝(zhuāng)置組成的(de)差壓式流(liú)量計,在蒸(zhēng)汽計量應(yīng)⛱️用中💛需将(jiang)經典技術(shu)與現代技(ji)術相結合(he),合理地選(xuan)用流量計(ji)算機㊙️和ISA1932噴(pen)嘴,實現蒸(zheng)汽工況密(mi)度實時計(jì)算和在線(xiàn)補償功能(neng),克服傳統(tǒng)節🔞流裝置(zhì)量程♻️比小(xiao)、阻力損失(shi)大、容💯易變(bian)形、檢定周(zhou)期短等缺(quē)點,以♋滿足(zu)蒸汽計量(liang)寬量程、精(jīng)度和低能(neng)耗的新要(yao)求。上述計(ji)量器具♻️配(pèi)備方案在(zài)蒸汽🈲計量(liàng)應用中已(yi)日趨成熟(shu),并在石化(hua)、化工、熱電(diàn)、冶金以及(ji)城市供熱(re)等行業🐕中(zhong)得到了廣(guang)泛應用。

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