供熱行業(yè)中蒸汽流量測不準是普遍問題,其中主要原因分析如下:
1、蒸汽的特點
蒸汽是比較特殊的介質(zhì),隨著工況(如溫度、壓力)的變化,過熱蒸汽經(jīng)常會轉(zhuǎn)變成為飽和蒸汽,形成汽液兩相流介質(zhì)。對于相流的經(jīng)常變化的蒸汽,使用目前流量儀表測量氣流量,肯定會存在測不準的問題。這個問題的解決方法是保持蒸汽的過熱度,盡量減少蒸汽的含水量,例如加強蒸汽管道的保溫措施,減少蒸汽的壓力損失等,以提高測量的準確度。然而這些方法并不能徹底解決蒸汽流量測不準的問題,解決問題的根本辦法是開發(fā)一種可測兩相流動介質(zhì)的流量儀表。
2、流量儀表的選型
至今為止,工業(yè)用流量儀表種類多達60余種,之所以這樣,因為史上還沒有一種對任何流體、任何量程、任何流動狀態(tài)以及任何使用條件都使用的流量儀表,每種流量儀表都有它特定的適用性,也有其局限性。在選擇流量儀表時應(yīng)考慮5個主要因素:被測流體特性、生產(chǎn)工藝情況、安裝條件、維護需求以及流量儀表的特性。對蒸汽計量而言,同樣要考慮以上5個因素。這里,著重討論流量儀表的特性、安裝條件、維護需求以及選用流量儀表應(yīng)注意的123個問題。
目前,測量蒸汽流量的儀表主要有渦街流量計、差壓式(孔板、均速管、V錐、彎管)流量計、分流旋翼式流量計、阿牛巴流量計,浮子式流量計等,這里主要討論渦街流量計、孔板流量計、彎管流量計和V錐流量計。
2.1 渦街流量計
渦街流量計是基于卡門渦街原理而研制成功的一種新型流量計,由于它具有其它流量計不可兼得的優(yōu)點,70年代以來得到了迅速發(fā)展。據(jù)介紹,現(xiàn)在日本、歐美等發(fā)達國家使用渦街流量計的比例大幅度上升,已經(jīng)廣泛用于各個領(lǐng)域,將在未來流量儀表中占主導(dǎo)地位,是孔板流量計的理想替代產(chǎn)品。
2.2 孔板流量計
孔板流量計應(yīng)用歷史悠久,有國際標(biāo)準,理論精度高,應(yīng)用十分普遍,但經(jīng)過幾十年的應(yīng)用,發(fā)現(xiàn)孔板流量計有以下不足:
①應(yīng)用中許多因素(設(shè)計參數(shù)與工況參數(shù)不符,上游直管段不足,孔板和管道不同心,孔板A面受污,銳角磨損等)對其測量精度有非常大的影響,使其測量誤差增大;
②安裝較為麻煩,維護及拆洗的工作量較大;
③ 需配差壓變送器使用,增加了維護的工作量,另需敷設(shè)導(dǎo)壓管,且在冬季需對導(dǎo)壓管進行保溫,不可以安裝在室外;
④ 流量量程比為1:3,局限性大;
⑤ 若安裝不正確,容易發(fā)生蒸汽泄漏;
⑥ 壓力損失較大,運行費用高。
目前,測量蒸汽流量的儀表主要有渦街流量計、差壓式(孔板、均速管、V錐、彎管)流量計、分流旋翼式流量計、阿牛巴流量計,浮子式流量計等,這里主要討論渦街流量計、孔板流量計、彎管流量計和V錐流量計。
2.1 渦街流量計
渦街流量計是基于卡門渦街原理而研制成功的一種新型流量計,由于它具有其它流量計不可兼得的優(yōu)點,70年代以來得到了迅速發(fā)展。據(jù)介紹,現(xiàn)在日本、歐美等發(fā)達國家使用渦街流量計的比例大幅度上升,已經(jīng)廣泛用于各個領(lǐng)域,將在未來流量儀表中占主導(dǎo)地位,是孔板流量計的理想替代產(chǎn)品。
2.2 孔板流量計
孔板流量計應(yīng)用歷史悠久,有國際標(biāo)準,理論精度高,應(yīng)用十分普遍,但經(jīng)過幾十年的應(yīng)用,發(fā)現(xiàn)孔板流量計有以下不足:
①應(yīng)用中許多因素(設(shè)計參數(shù)與工況參數(shù)不符,上游直管段不足,孔板和管道不同心,孔板A面受污,銳角磨損等)對其測量精度有非常大的影響,使其測量誤差增大;
②安裝較為麻煩,維護及拆洗的工作量較大;
③ 需配差壓變送器使用,增加了維護的工作量,另需敷設(shè)導(dǎo)壓管,且在冬季需對導(dǎo)壓管進行保溫,不可以安裝在室外;
④ 流量量程比為1:3,局限性大;
⑤ 若安裝不正確,容易發(fā)生蒸汽泄漏;
⑥ 壓力損失較大,運行費用高。
2.3彎管流量計
①結(jié)構(gòu)簡單,價格低廉。彎管傳感器實際上是一個90度標(biāo)準彎頭,沒有比它結(jié)構(gòu)更簡單的流量傳感器了。隨著機械加工工業(yè)的發(fā)展和行業(yè)標(biāo)準化及規(guī)范化管理的不斷完善,用作彎管傳感器的標(biāo)準機制彎頭其質(zhì)量越來越好,價格也越來越低;
②無任何附加節(jié)流件或插入件,可大大降低流體在管道內(nèi)輸送的動力消耗,節(jié)約能源,尤其對那些大系統(tǒng)、大管徑、低壓頭的測量對象好處更加明顯。
③ 彎管流量計傳感器耐磨損,對微量磨損不敏感;
④ 可采用直接焊接法進行安裝,使現(xiàn)場跑冒滴漏的麻煩得到徹底的解決;
⑤ 適應(yīng)性強,量程范圍寬,直管段要求不嚴。只要是可以用孔板、渦街、均速管流量計來測量的管道內(nèi)流體流量都可以用彎管流量計進行測量,而且在耐高溫、耐高壓、耐沖擊、耐振動、耐潮濕、耐粉塵等方面,彎管流量計遠優(yōu)于其它流量計。
如高溫、高壓、沖擊、振動,對于渦街流量計來說其使用性是十分有限的,這與其測量原理有關(guān),實測測量結(jié)果產(chǎn)生較大的附加誤差影響了測量精度,造成測量不準。所有這些問題對彎管流量計來說都不存在。
彎管流量計的量程比可達1:10,對于蒸汽,它的適用范圍為0-70m/s,可以較好地滿足蒸汽流量測量的要求。彎管流量計由于其特殊的測量原理,使其在實際應(yīng)用時對直管段的要求不嚴格,一般只要求前5D、后2D即可,遠遠低于其他流量測量裝置的要求;
⑥彎管流量計精度高,重現(xiàn)性好,測量精度可達1.14%,重現(xiàn)性精度可達0.2%,一次安裝后,不再需要重復(fù)拆裝,因此,其安裝精度也能得到最佳保證。
①結(jié)構(gòu)簡單,價格低廉。彎管傳感器實際上是一個90度標(biāo)準彎頭,沒有比它結(jié)構(gòu)更簡單的流量傳感器了。隨著機械加工工業(yè)的發(fā)展和行業(yè)標(biāo)準化及規(guī)范化管理的不斷完善,用作彎管傳感器的標(biāo)準機制彎頭其質(zhì)量越來越好,價格也越來越低;
②無任何附加節(jié)流件或插入件,可大大降低流體在管道內(nèi)輸送的動力消耗,節(jié)約能源,尤其對那些大系統(tǒng)、大管徑、低壓頭的測量對象好處更加明顯。
③ 彎管流量計傳感器耐磨損,對微量磨損不敏感;
④ 可采用直接焊接法進行安裝,使現(xiàn)場跑冒滴漏的麻煩得到徹底的解決;
⑤ 適應(yīng)性強,量程范圍寬,直管段要求不嚴。只要是可以用孔板、渦街、均速管流量計來測量的管道內(nèi)流體流量都可以用彎管流量計進行測量,而且在耐高溫、耐高壓、耐沖擊、耐振動、耐潮濕、耐粉塵等方面,彎管流量計遠優(yōu)于其它流量計。
如高溫、高壓、沖擊、振動,對于渦街流量計來說其使用性是十分有限的,這與其測量原理有關(guān),實測測量結(jié)果產(chǎn)生較大的附加誤差影響了測量精度,造成測量不準。所有這些問題對彎管流量計來說都不存在。
彎管流量計的量程比可達1:10,對于蒸汽,它的適用范圍為0-70m/s,可以較好地滿足蒸汽流量測量的要求。彎管流量計由于其特殊的測量原理,使其在實際應(yīng)用時對直管段的要求不嚴格,一般只要求前5D、后2D即可,遠遠低于其他流量測量裝置的要求;
⑥彎管流量計精度高,重現(xiàn)性好,測量精度可達1.14%,重現(xiàn)性精度可達0.2%,一次安裝后,不再需要重復(fù)拆裝,因此,其安裝精度也能得到最佳保證。
2.4 塔形(V型錐)流量計
以孔板、噴嘴和文丘里管為代表的差壓式流量計(統(tǒng)稱標(biāo)準節(jié)流裝置)已統(tǒng)領(lǐng)流量領(lǐng)域近百年,其優(yōu)點是已經(jīng)標(biāo)準化、結(jié)構(gòu)簡單牢固、易于加工制造、價格低廉、通用性強。近百年來人們從未間斷過對它們的研究和改善工作,但是由于先天結(jié)構(gòu)上的缺陷,其本身固有的一些缺點,至今仍然沒能得到很好的解決。如:流出系數(shù)不穩(wěn)定、線性差、重復(fù)性不高從而影響到準確度也不高。孔板入口銳角這個關(guān)鍵部位易磨損、前部易積污、量程比小、壓力損失大,特別是十分苛刻的直管段要求在實際使用中很難滿足等。
為了克服上述這些不足,人們曾研制出1/4圓孔板、錐形入口孔板、圓缺孔板、偏心孔板、楔形孔板、可更換孔板、彎管等諸多的非標(biāo)準節(jié)流件,試圖解決這些問題。但是這些節(jié)流件同標(biāo)準孔板一樣,大都沒有突破“流體中心突然收縮”這個模式,只是或多或少改善了局部某一個問題,并沒有從根本上徹底解決所有問題,這種改進工作到了80年代中期才有了突破性的發(fā)展:塔形流量計出現(xiàn)打破了沿襲近百年的模式結(jié)構(gòu),使得節(jié)流式差壓儀表發(fā)生了“質(zhì)的飛躍”。
塔形流量計的重大突破在于:變流體在管道中心收縮為管道邊璧逐漸收縮,即利用同軸安裝在管道中的塔形體(節(jié)流件),迫使流體逐漸從中心收縮到管道內(nèi)邊壁而流過塔形體,通過測量塔形體前后的壓差來得到流體的流量。正是這個邊璧收縮的結(jié)構(gòu),使得塔形流量計具有了一系列其他差壓儀表無法相比的優(yōu)點,徹底克服了以孔板為代表的傳統(tǒng)差壓儀表的諸多缺點。經(jīng)過國內(nèi)外10多年的應(yīng)用和多次測試,已充分證明它能在極短的直管段條件下,以更寬的量程比對各種流體(包括臟污、低流行更準確更有效的測量。從此揭開了差壓式流量儀表劃時代的嶄新一頁。可以預(yù)言,隨著人們對它逐漸認識、了解、熟悉和掌握,V形內(nèi)錐節(jié)流裝置由一種非標(biāo)準節(jié)流裝置晉升為標(biāo)準節(jié)流裝置,即隨著國家關(guān)于V形內(nèi)錐節(jié)流裝置的標(biāo)準的出臺,它必將逐漸和完全取代以孔板為代表的傳統(tǒng)差壓儀表。
為了克服上述這些不足,人們曾研制出1/4圓孔板、錐形入口孔板、圓缺孔板、偏心孔板、楔形孔板、可更換孔板、彎管等諸多的非標(biāo)準節(jié)流件,試圖解決這些問題。但是這些節(jié)流件同標(biāo)準孔板一樣,大都沒有突破“流體中心突然收縮”這個模式,只是或多或少改善了局部某一個問題,并沒有從根本上徹底解決所有問題,這種改進工作到了80年代中期才有了突破性的發(fā)展:塔形流量計出現(xiàn)打破了沿襲近百年的模式結(jié)構(gòu),使得節(jié)流式差壓儀表發(fā)生了“質(zhì)的飛躍”。
塔形流量計的重大突破在于:變流體在管道中心收縮為管道邊璧逐漸收縮,即利用同軸安裝在管道中的塔形體(節(jié)流件),迫使流體逐漸從中心收縮到管道內(nèi)邊壁而流過塔形體,通過測量塔形體前后的壓差來得到流體的流量。正是這個邊璧收縮的結(jié)構(gòu),使得塔形流量計具有了一系列其他差壓儀表無法相比的優(yōu)點,徹底克服了以孔板為代表的傳統(tǒng)差壓儀表的諸多缺點。經(jīng)過國內(nèi)外10多年的應(yīng)用和多次測試,已充分證明它能在極短的直管段條件下,以更寬的量程比對各種流體(包括臟污、低流行更準確更有效的測量。從此揭開了差壓式流量儀表劃時代的嶄新一頁。可以預(yù)言,隨著人們對它逐漸認識、了解、熟悉和掌握,V形內(nèi)錐節(jié)流裝置由一種非標(biāo)準節(jié)流裝置晉升為標(biāo)準節(jié)流裝置,即隨著國家關(guān)于V形內(nèi)錐節(jié)流裝置的標(biāo)準的出臺,它必將逐漸和完全取代以孔板為代表的傳統(tǒng)差壓儀表。