摘要:由标(biāo)準節流裝(zhuāng)置組成的(de) 差壓式流(liu)量計 在蒸(zheng)汽計量上(shàng)廣泛使用(yòng),根據标準(zhun)節流裝置(zhi) 測量流體(tǐ)流量一般(ban)原理,分析(xī)了蒸汽密(mì)度對蒸汽(qì)計♍量的影(yǐng)響㊙️,比較了(le)蒸汽密度(dù)求取的兩(liang)種方法,提(tí)出了🛀一種(zhong)寬量程比(bǐ)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(shi)。
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(ci)能源,也是(shi)城🏃🏻‍♂️鎮🧡市政(zheng)供熱中主(zhǔ)要的供熱(rè)介質。随着(zhe)工業👅化和(hé)城鎮✊化的(de)飛速發展(zhan),蒸汽用量(liang)與日俱增(zēng),蒸汽消耗(hao)量成爲生(sheng)産運行經(jīng)濟考☁️核的(de)重要指标(biāo),蒸汽☂️的準(zhun)确計量尤(you)爲重要,在(zài)廣泛使用(yòng)的蒸♋汽計(ji)量器具中(zhong),由标準⭐節(jie)流裝置組(zu)㊙️成的差壓(yā)流量計和(hé)渦街🙇🏻流量(liang)計是蒸汽(qi)計量器具(ju)的主流選(xuǎn)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(kě)靠性高等(deng)優點,按照(zhao)标準GB/T2624－2006設計(jì)、制造的标(biao)準節流裝(zhuang)置,無需進(jin)行🔆實流标(biao)定就能得(dé)到較高的(de)測量精度(du),節流裝置(zhi)也存在測(cè)量☔範圍小(xiǎo)、壓力損失(shī)大、檢定周(zhōu)期✨短等不(bú)足。 渦街流(liú)量計 受工(gong)作原理、敏(min)感元件和(hé)結構的局(jú)限,在被測(ce)流體✔️在溫(wēn)度🏃、壓力♉高(gāo)于一定數(shù)值時,管道(dao)或環境振(zhen)動較🤞大時(shi),使用渦街(jiē)流量計測(cè)量存在困(kun)難［1］;渦街流(liú)量計的檢(jian)定,要放在(zai)流量标😘準(zhǔn)裝置上進(jin)行,不僅拆(chai)裝、搬運、送(song)檢費事,而(ér)且要将流(liú)量計停用(yòng)較長時間(jiān),檢定成本(běn)和時間成(chéng)本較高;渦(wo)🈲街流量計(jì)的成本,在(zài)儀表😄口徑(jing)增大時上(shang)升明顯,尤(yóu)其是㊙️在流(liu)體溫度較(jiao)高(T＞300℃)時,價格(ge)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(ying)用至🐕今,雖(suī)💚然占領了(le)标準節流(liú)裝置的部(bu)分市場,但(dan)在高溫、高(gāo)🍉壓流體,管(guan)徑較大的(de)測量對象(xiàng)和環境振(zhen)動較🏒大的(de)場💋合,标準(zhun)節流裝置(zhi)仍是不可(ke)替代的,尤(you)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(zhuang)置測量流(liu)體流量一(yī)般原理
标(biao)準節流裝(zhuang)置測量流(liú)體流量一(yi)般原理表(biao)達式爲［2］:

　　式(shi)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(liu)件的開孔(kǒng)☀️直徑;ΔP爲差(cha)壓;ρ1爲被測(ce)流體密度(dù);β爲直徑比(bǐ),β=d/D,D爲管道内(nei)徑。
　　在式(1)中(zhong),β和d爲常數(shù),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(gong)🍉況(溫度t,壓(yā)力P)的變化(hua),必然使ρ1産(chǎn)生相應的(de)變化。因此(ci),标準🌈節流(liu)裝置🌏必須(xū)與用以求(qiu)取蒸汽密(mi)度的工況(kuàng)測量儀表(biao)配合,并同(tong)計算部分(fen)一起組成(cheng)蒸汽質量(liang)流量計,才(cái)能保證測(ce)量精度。
1.2蒸(zhēng)汽密度求(qiú)取方法
　　水(shuǐ)蒸汽的物(wu)理性質與(yǔ)理想氣體(tǐ)大不相同(tóng),不能采㊙️用(yong)理想氣體(ti)狀态方程(chéng)進行密度(du)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(fang)法歸納起(qi)來主🔞要是(shì)采🔴用數學(xue)🌈模型法🐆和(he)計算🐉機查(cha)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(xian)著特點是(shì)簡單,适用(yong)飽和蒸🏒汽(qì),其💔表❌達式(shi)爲:
ρ=AP+B(3)
　　式中:ρ爲(wèi)蒸汽密度(dù),kg/m3;P爲蒸汽絕(jué)對壓力,MPa;A、B爲(wèi)系數和常(chang)數。
　　式(3)不足(zu)之處是僅(jǐn)在較小的(de)壓力範圍(wéi)内變化适(shì)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(jué)這個矛盾(dùn)的方法是(shi)分段拟合(he),即在不同(tóng)的壓力段(duàn)采用不同(tóng)的系數和(hé)常數。表1所(suǒ)示爲不同(tong)壓力段對(dui)應的不同(tong)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(duo)的是:

　　式(4)描(miáo)述的是一(yī)條曲線,用(yòng)它來拟合(he)飽和蒸汽(qì)ρ=f(P)曲線能🌈得(de)到🙇‍♀️更高的(de)精度,但是(shì)在壓力變(bian)化範圍較(jiào)大的情況(kuàng)下,仍‼️有千(qiān)分之幾的(de)誤差。
③狀态(tai)方程法。狀(zhuang)态方程法(fǎ)用于計算(suàn)過熱蒸汽(qì)密度,其🤞中(zhong)著名的有(you)烏卡諾維(wéi)奇狀态方(fāng)程和莫裏(li)爾狀态方(fāng)程,狀态方(fāng)程的計算(suàn)✂️公式較爲(wei)複雜,在儀(yí)表常用數(shù)據手冊及(ji)其他相關(guan)書籍資料(liào)中均有描(miáo)述,這裏不(bu)做贅述。
(2)計(jì)算機查表(biǎo)法現在國(guó)際上通用(yong)的蒸汽密(mi)度表是根(gen)據“工📞業用(yòng)1697年IFC公式”計(ji)算出來的(de)。根據現有(yǒu)的過熱蒸(zhēng)汽密度表(biǎo),查取與溫(wen)度✉️、壓力相(xiàng)對應的過(guò)熱蒸汽📧密(mì)度,對⭐于蒸(zhēng)汽密度表(biǎo)中兩點之(zhi)間的😄數據(jù),采用數學(xue)内插法處(chu)理确定♈。
表(biao)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(qū)間,将溫度(dù)以10℃爲間距(ju)劃分爲7個(ge)區間,在壓(yā)力、溫度區(qū)間内可⭐采(cai)用線性内(nèi)插法計算(suan)求取蒸汽(qi)密度。例:過(guo)熱蒸汽實(shi)測壓力爲(wèi)2.82MPa,實測溫度(dù)爲282℃,求取過(guò)熱蒸汽密(mì)度。


　　通用流(liú)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(cǎi)用計算機(ji)查表與🧑🏾‍🤝‍🧑🏼線(xiàn)性🤞内插相(xiang)結合的技(jì)術,能得到(dao)人工查表(biao)相🏃‍♀️同的精(jing)度。
2寬量程(cheng)比計量方(fāng)案
　　蒸汽消(xiao)耗受熱負(fu)荷變化制(zhì)約,流量變(biàn)化範圍廣(guang),有時甚㊙️至(zhì)隻有滿量(liàng)程的百分(fen)之幾,如果(guǒ)要保證差(cha)壓式流量(liang)計🆚在蒸汽(qì)計量全量(liàng)程範圍内(nei)的測量精(jīng)度,必須想(xiǎng)辦法擴大(da)差壓式流(liu)量計的量(liang)程比。
　　标準(zhǔn)節流裝置(zhi)測量範圍(wei)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(zhi),對流量測(cè)量範圍度(dù)影響最大(dà)的因素是(shì)差壓測量(liang)不确定度(du),其表達式(shi)爲
量測量(liang)不确定度(du)的影響爲(wèi)1%。即爲了獲(huo)得±1%的流量(liang)測量♉精度(dù),如果🥵選用(yòng)的是0.075精度(du)等級的差(chà)壓變送器(qi),隻有當❤️差(cha)壓🐇大于3.75%,即(jí)流量小于(yú)19.36%FS時,才能保(bao)證精度。
　　差(cha)壓變送器(qi) ,其差壓低(di)端的示值(zhí)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(mó)盒面積、環(huan)境溫度以(yi)及長期漂(piao)👄移等因素(su)制約,爲了(le)提高相對(dui)流量較小(xiao)時的💞差壓(yā)測量精度(du)♍,另外增🤞設(she)一台低量(liàng)程差壓變(biàn)送器是一(yī)個行之有(you)效的方法(fa)。
例如,有一(yi)蒸汽流量(liang)測量對象(xiàng),最大流量(liang)100t/h,最小流量(liang)3t/h,常用壓力(li)1.1MPa,常♊用溫度(dù)250℃,公稱通徑(jìng)DN500,高量程差(chà)壓變送器(qì)測量範圍(wéi)🥵:0～100kPa,低量程差(cha)壓變送器(qi)測量範圍(wei):0～3.75kPa。兩台0.075級精(jing)度等級的(de)差壓❗變送(sòng)器,在雙量(liang)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(liu)量量程3～100%範(fàn)⛹🏻‍♀️圍内,qmqm爲1.25%。
　　上(shàng)述寬量程(chéng)比計量方(fāng)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(péng)脹系數ε1偏(pian)離的制約(yue)［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(duì)其影響🛀進(jìn)行在線修(xiū)正。
3噴嘴
　　目(mu)前蒸汽計(ji)量應用中(zhōng)普遍使用(yong)的标準節(jie)流裝置是(shi)😍标🔴準孔闆(pan),标準孔闆(pǎn)的入口直(zhi)角銳利度(dù)在流體沖(chong)刷下易發(fā)生鈍化,國(guó)内有關部(bù)門曾對新(xīn)裝标準孔(kǒng)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(dun)化引起‼️的(de)流出系數(shù)偏度在1－3%,個(ge)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(kǒng)闆鈍化問(wen)題的最好(hǎo)方法是采(cǎi)用ISA1932噴嘴,如(rú)圖1所示,ISA1932噴(pen)🤞嘴的入口(kou)爲光華曲(qu)面,不易磨(mó)損,流出系(xì)數非常穩(wen)定,JJG640－2016檢定規(gui)程規定ISA1932噴(pen)嘴的檢定(ding)周期爲4年(nián),而标準孔(kǒng)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(zhi)條件下,永(yong)久壓力損(sun)失比孔🚶‍♀️闆(pan)小得多,僅(jǐn)爲孔闆的(de)50～60%,有利于減(jian)小🏃能耗。長(zhǎng)期運行情(qing)況表明,由(you)于噴嘴在(zài)結構上的(de)優勢具有(you)耐沖擊抗(kang)變形的優(you)點,适用于(yú)高溫👄、高壓(ya)、高流速的(de)蒸汽介質(zhì)。

4結語
　　由标(biāo)準節流裝(zhuang)置組成的(de)差壓式流(liú)量計,在蒸(zhēng)汽計量☎️應(yīng)用中需将(jiāng)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(mì)度實♉時計(ji)算和在線(xian)補償功能(neng),克服傳統(tong)節流裝置(zhì)量程🏃比小(xiao)、阻力損失(shi)大、容易變(biàn)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(huà)、化工、熱電(diàn)🈲、冶金以及(ji)🍉城市供熱(rè)等行業中(zhōng)得到了廣(guang)泛應用。

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