摘要(yào)：詳細介紹(shao)了蒸汽汽(qì)錘的成因(yīn)和汽錘的(de)5種具體的(de)物理形态(tài)。在此基礎(chu)上，安裝在(zai)蒸汽管線(xian)上的 渦街(jiē)流量 和 孔(kong)闆流量計(ji) 的設計選(xuǎn)型，進行了(le)詳細的比(bi)較和分析(xī)。并對比了(le)蒸💰汽流量(liang)測量的種(zhǒng)不同的溫(wen)壓補償設(shè)計方案。然(ran)🐅後，對氣動(dong)球閥🎯和氣(qì)動單座閥(fa)在蒸汽工(gong)況下的應(yīng)⛱️用也進行(háng)了深入探(tàn)讨。最後，指(zhǐ)出了于蒸(zheng)汽工況下(xia)流量計和(hé)氣動開關(guan)閥設計選(xuan)型的若幹(gàn)建議。
1.概述(shù)
　　化工行業(yè)經常使用(yong)飽和蒸汽(qì)對工藝介(jie)質進行加(jiā)熱，因此❗蒸(zhēng)汽🐉管線在(zai)化工廠裏(lǐ)随處可見(jiàn)。蒸汽管線(xian)🥵中的飽和(hé)✌️蒸汽很容(róng)易發生冷(lěng)凝，并形成(cheng)冷凝水。如(rú)果蒸汽👨‍❤️‍👨管(guan)線過☔長，且(qie)未⛷️進行合(he)理支撐，那(na)麽，在重力(lì)的作用下(xia)，管道的中(zhong)間部分會(huì)下垂，并在(zai)🛀蒸汽管線(xiàn)停用後，積(jī)存一部分(fen)冷凝水。蒸(zhēng)汽疏水⭐閥(fá)設置和安(an)裝的不合(hé)理，也♈會導(dao)緻蒸汽管(guǎn)路的排水(shui)不暢🐉。當蒸(zheng)汽管線再(zài)💰次啓用👉時(shí)，入管道的(de)蒸汽♻️和積(jī)存在管道(dào)内👨‍❤️‍👨的冷凝(ning)水相遇，就(jiù)會在管道(dào)内形成汽(qì)錘。汽錘會(hui)對安裝在(zài)蒸汽管線(xiàn)上🚶‍♀️的設備(bei)、儀表和閥(fá)門造成破(po)💔壞。此外，蒸(zhēng)汽的溫度(du)也較🔴高。在(zài)工程設計(ji)中，對這些(xie)不利因素(sù)都應加以(yǐ)考慮🏒和防(fang)範。
2.汽錘的(de)物理形态(tai)
　　汽錘有以(yi)下5種主要(yào)的物理形(xing)态：
1）蒸汽管(guǎn)線裏積存(cun)的冷凝水(shuǐ)，在蒸汽的(de)加熱下快(kuai)速蒸發，使(shi)得管道内(nèi)的氣體體(tǐ)積迅速膨(péng)脹，壓力上(shang)升，從而㊙️對(duì)安裝在管(guǎn)線上的儀(yí)表和閥門(mén)形成壓力(lì)沖擊。
2）蒸汽(qi)流速過快(kuài)，部分蒸汽(qi)沖入積存(cun)的冷凝水(shui)之中，使得(de)中間一段(duan)管道全部(bù)被蒸汽占(zhan)據，而兩側(cè)則仍然是(shi)冷凝水，當(dang)這部分蒸(zheng)🥰汽在冷凝(ning)水中發生(shēng)冷凝時，形(xing)成局部真(zhēn)空，使冷凝(ning)水從兩頭(tou)向🥰中間快(kuai)速流動，填(tián)補真🤟空，并(bìng)發生激烈(liè)碰撞，在管(guǎn)線中産生(sheng)較大📱的壓(ya)強和沖擊(jī)波。
3）冷凝水(shui)在管線底(dǐ)部，被進入(ru)管線的蒸(zheng)汽吹動，向(xiang)下遊🌂流動(dong)，像海💘水被(bei)海風吹拂(fú)着，形成了(le)海浪。當管(guǎn)線🙇🏻上的🈲開(kāi)關閥關閉(bì)過于迅速(su)時，流動的(de)冷凝水漣(lián)漪，也會如(rú)海浪疊加(jiā)撞擊岸邊(bian)的🧑🏽‍🤝‍🧑🏻峭壁一(yī)樣，疊加撞(zhuàng)擊并損壞(huài)開關閥的(de)閥内件。
4）如(ru)果蒸汽管(guǎn)線上的開(kai)關閥打開(kai)過快，則閥(fa)後的冷凝(ning)水🌂有可能(néng)⁉️會被高速(su)流動的蒸(zhēng)汽吹起，如(rú)子彈一般(bān)的✨，撞擊下(xia)遊的管件(jian)和儀表，并(bìng)造成相應(ying)的損壞。
5）如(rú)果蒸汽管(guan)線上的開(kai)關閥打開(kai)過快，蒸汽(qi)流速較快(kuai)，則蒸汽會(hui)和原積存(cun)在管線内(nèi)的，低溫的(de)冷凝水混(hùn)合在一起(qi)，并在冷✌️凝(ning)水内部形(xing)成由蒸汽(qì)構成的氣(qi)泡，當這些(xie)蒸汽氣泡(pào)破裂時，周(zhou)圍的冷凝(ning)水在瞬間(jian)填補蒸汽(qi)氣泡破裂(liè)後形成的(de)空間，形成(chéng)高壓強，并(bing)破壞臨近(jin)的管件、閥(fa)門和儀表(biao)。這個過程(cheng)有點類似(sì)于氣蝕裏(lǐ)的🔞空化。
3.渦(wo)街流量計(ji)和孔闆流(liú)量計分别(bie)應用于蒸(zhēng)汽管線
　　渦(wo)街流量計(ji)通常是利(lì)用差動電(diàn)容，測量漩(xuán)渦發生體(tǐ)後産生🏒的(de)卡門渦街(jiē)的漩渦頻(pin)率，從而推(tui)算出被測(ce)流體的流(liú)量。其量程(chéng)比大緻爲(wèi)10∶1。孔闆流量(liàng)計則是通(tong)過測🥰量孔(kǒng)闆前後的(de)壓差，由伯(bó)努利方程(chéng)（孔闆兩側(ce)的壓差的(de)開方值，與(yu)流經孔闆(pǎn)的流體的(de)流量成正(zheng)比），推算出(chu)流體的流(liu)量。其量程(cheng)比比渦街(jiē)流量計👨‍❤️‍👨狹(xiá)窄，大緻爲(wèi)3∶1。當渦街流(liú)量計和孔(kǒng)闆流量計(ji)分别應♻️用(yòng)在蒸汽管(guǎn)線上時：
1）渦(wo)街流量計(ji)測量漩渦(wo)的差動電(dian)容是完全(quan)處于蒸汽(qi)管💚線内部(bu)的。因此，差(chà)動電容幾(ji)乎時刻處(chu)于高溫之(zhi)中，其使用(yòng)壽命較☀️短(duǎn)。孔闆流量(liàng)計分兩種(zhong)：一體化孔(kǒng)闆流量計(jì)和帶冷凝(níng)罐的孔闆(pan)流量計。一(yī)體化孔闆(pǎn)流量計的(de)差壓測量(liàng)元件，在管(guǎn)道上方，并(bìng)不在管道(dao)内。而帶冷(leng)凝罐的孔(kǒng)闆🔆流量計(ji)，其差壓測(ce)量元件，隻(zhī)接觸冷凝(níng)罐内的冷(leng)凝水，與蒸(zheng)汽是完全(quan)隔絕的。因(yīn)此，孔闆流(liú)量計差壓(yā)測量元件(jiàn)的使用壽(shou)命較長。
　　渦(wō)街流量計(ji)通過可動(dong)部件（通常(chang)爲機械件(jian)極小的位(wei)🔅移），去檢測(ce)卡門渦街(jiē)的漩渦，并(bìng)通過機械(xiè)傳動，将這(zhè)一物理位(wei)移傳遞給(gei)差動電容(rong)。當蒸汽管(guan)線内發生(shēng)汽錘時，該(gai)可✊動部件(jiàn)💛将受到較(jiao)大的沖擊(jī)力，有可能(néng)發生永久(jiu)形變。同✨時(shí)，差動電容(róng)本身也可(ke)能被該🐅可(ke)動部件傳(chuan)💛來的力直(zhí)接破壞，從(cóng)而導緻渦(wo)街流量計(jì)傳感器損(sǔn)壞。而孔闆(pǎn)流量計則(ze)沒有任何(hé)可⛷️動部件(jian)。且安裝在(zài)管道内，作(zuò)爲孔闆流(liu)量💁計一次(cì)測量部件(jian)的孔闆，機(ji)構簡單♍，非(fei)常堅固。因(yīn)此，孔闆流(liu)量計很難(nán)被汽錘🤟打(da)壞。
　　當汽錘(chui)發生時，蒸(zheng)汽管線内(nèi)的蒸汽受(shòu)到壓力波(bo)的幹擾，流(liu)場發生紊(wen)亂，管線本(ben)身也強烈(lie)震動。這會(huì)嚴重幹擾(rao)卡門渦街(jiē)的🚩穩定生(sheng)成，從而影(ying)響渦街流(liu)量計的正(zheng)🏃🏻‍♂️常測量。當(dāng)然，對渦街(jiē)流量計兩(liǎng)側的管道(dao)，進🈲行額外(wai)的加固支(zhi)撐，可以在(zài)一定程度(dù)上減輕渦(wō)街流量計(jì)的震動。但(dàn)卻無法消(xiāo)除，臨近管(guan)道内所發(fā)生的汽錘(chuí)所帶來的(de)管道内蒸(zhēng)汽流場本(ben)身的紊亂(luàn)和🐕波動。而(ér)對孔闆流(liu)💋量計來說(shuo)，汽錘所産(chan)生的管道(dao)震動和流(liu)場紊亂，并(bing)不會影響(xiang)孔闆前後(hou)的壓差，也(ye)就⛱️不會影(yǐng)響孔闆流(liu)量計進行(háng)準确可靠(kao)的流量測(ce)量。
4.蒸汽流(liú)量測量的(de)溫壓補償(chang)
　　蒸汽管線(xian)流量計設(she)計選型的(de)另一個要(yào)點是溫壓(yā)補償。蒸👉汽(qi)🈲在化工生(shēng)産中的主(zhǔ)要作用是(shì)對工藝介(jie)⚽質進行加(jia)熱，工藝設(shè)計師和生(sheng)産操作員(yuan)所關心的(de)是蒸汽的(de)質量流量(liàng)，而不是體(tǐ)積流量♋。但(dan)渦街流量(liàng)計和孔闆(pan)流量計都(dou)是體積流(liú)量計，無法(fǎ)直接測量(liang)👅質量流量(liang)。因此，必須(xu)對渦街流(liú)量計和孔(kong)闆流量計(ji)🛀的測量結(jié)果進行溫(wēn)壓補償。過(guò)熱蒸汽的(de)溫度和壓(ya)力沒有對(duì)🎯應關系，需(xu)對過熱蒸(zhēng)汽的體積(jī)流量同時(shí)進✍️行溫度(dù)補償和壓(ya)力補償。飽(bao)和蒸汽的(de)溫度和壓(ya)力是一一(yi)對應的，隻(zhi)需對飽和(he)蒸汽的體(ti)積流量進(jìn)♻️行單一的(de)溫度補償(chang)或壓力補(bǔ)償即可。
　　溫(wēn)壓補償有(you)兩種方案(an)。第一種是(shì)在流量計(ji)内集成溫(wēn)度測量和(hé)壓力測量(liang)元件，并在(zài)變送器内(nei)進行溫壓(ya)補🏃償計算(suàn)，然後将補(bu)償後的質(zhì)量流量信(xin)号傳給集(jí)散控制系(xi)統（DCS）。第二種(zhǒng)方案是在(zài)管線上加(jia)裝溫度變(bian)送器和壓(ya)力變送器(qì)，然後将測(ce)得的壓🈲力(li)信号，和蒸(zhēng)汽流量計(ji)測得的補(bu)償前的體(ti)積流量信(xìn)号，一起上(shang)傳DCS，并在DCS内(nèi)根據公式(shì)進行溫壓(yā)補償計算(suan)。
　　對過熱蒸(zheng)汽來說，僅(jin)有個别品(pin)牌的渦街(jiē)流量計和(he)孔闆流👌量(liang)計，同時集(jí)成了溫度(dù)測量和壓(ya)力測量的(de)功能，而這(zhe)些型号的(de)流量計價(jia)格也較貴(guì)。當溫度或(huò)壓力測量(liàng)元件損壞(huài)後，需更換(huàn)整個流量(liàng)計，則更換(huan)成本和備(bei)品備件成(chéng)本都非常(chang)🌈昂貴。而采(cǎi)用第二種(zhǒng)👈設計方案(an)，不但采購(gòu)和更換成(chéng)本低，同時(shí)，也可将過(guò)💚熱蒸汽管(guan)線内的溫(wen)度和壓力(li)信号一起(qi)上傳♉至DCS。有(you)利于生産(chǎn)操作人員(yuan)更好的掌(zhǎng)握蒸汽管(guan)線内的實(shí)際工況。
　　對(duì)飽和蒸汽(qì)來說，可提(ti)供單一溫(wen)度補償的(de)渦街流量(liang)計或㊙️孔闆(pan)流量計都(dou)較爲常見(jiàn)，采購和更(gèng)換成本都(dōu)相對較低(di)。且采用第(di)一種方案(àn)可以簡化(huà)設計，減少(shǎo)施工現場(chǎng)的施工量(liang)🥰和未來💁運(yun)行階段的(de)維護工作(zuò)量，因此相(xiang)對較爲合(hé)理。
5.球閥切(qiē)斷閥和單(dan)座切斷閥(fá)分别應用(yòng)于蒸汽管(guan)線
　　與管道(dao)專業不同(tong)，儀表專業(ye)通常不會(huì)選擇單座(zuo)閥作爲氣(qì)動🌈切斷閥(fa)。這不僅僅(jin)是因爲單(dan)座閥所占(zhan)用的安裝(zhuāng)空間較大(da)，也是因爲(wei)單座閥的(de)開關速度(du)比球閥更(gèng)慢。但在蒸(zhēng)汽管線上(shàng)，和氣動球(qiú)☀️閥相比，氣(qì)動單座切(qiē)斷閥卻有(yǒu)若幹優勢(shi)：
蒸汽汽錘(chuí)的破壞力(li)驚人，實際(ji)工業生産(chan)中，不止一(yī)次發生🌏過(guo)⭕閥門被汽(qi)錘打壞的(de)案例。球閥(fá)的閥體和(hé)閥芯🈲比較(jiào)🈲單薄，所用(yong)鋼材較少(shǎo)，結構相對(dui)脆弱。而單(dan)座閥的閥(fa)體和閥芯(xin)用料厚實(shí)，結構堅固(gu)。當汽錘發(fā)生在切斷(duàn)💛閥附近時(shí)，閥體和閥(fa)🛀🏻内件會承(cheng)受較大的(de)沖擊力。此(cǐ)時，單座閥(fá)會比球閥(fa)更加堅固(gù)可靠，不容(róng)易被汽錘(chui)打壞。
　　閥芯(xīn)和閥座間(jiān)密封的可(kě)靠性和密(mi)封面上的(de)密封壓🐉力(lì)有很大的(de)關系。球閥(fa)分浮動球(qiu)球閥和固(gu)定球球閥(fá)兩種。浮動(dòng)球球❤️閥關(guān)閉時，依靠(kào)上下遊的(de)壓差來實(shi)現閥芯和(he)閥座間的(de)密封，固定(dìng)球球閥關(guan)閉時，依靠(kao)閥座内的(de)彈簧來實(shí)現密封，這(zhe)兩種密封(feng)力相對都(dou)較小。而單(dān)座閥則依(yi)🔞靠執行機(jī)構的輸出(chu)力，将閥芯(xin)壓在閥座(zuo)上。因此，隻(zhī)要選擇合(he)适的執行(hang)機構，就能(neng)在單座閥(fa)閥芯閥座(zuo)處獲得較(jiào)🔞大的密封(feng)壓力☂️，從🐇而(er)改善閥座(zuò)處的密封(fēng)性。當蒸汽(qì)管線停用(yòng)時，單座閥(fa)的密封性(xìng)更好，洩漏(lòu)到下遊管(guǎn)道的蒸汽(qì)量就較少(shǎo)，管道内的(de)凝結水也(ye)會随之減(jiǎn)少。當蒸汽(qì)管線再次(ci)啓用時，汽(qi)錘的發生(shēng)概率也會(hui)更低。
　　當蒸(zhēng)汽通過球(qiú)閥時，閥内(nèi)溫度上升(sheng)，球閥的閥(fa)球和閥座(zuo)會發生熱(rè)膨脹，但由(yóu)于鋼材用(yòng)料量的不(bú)同，閥球和(hé)㊙️閥座的膨(peng)☂️脹程度也(yě)會有所不(bú)同。這樣一(yī)來，閥球就(jiù)有可能被(bei)閥座抱🏒死(si)無法動作(zuò)。而直行程(chéng)的單座閥(fa)，其打開時(shi)，閥芯直接(jie)提升，離開(kai)閥座。閥芯(xīn)和閥🧡座之(zhi)間不存在(zai)靜摩擦力(lì)，不會被抱(bao)死，因此不(bú)存在球閥(fá)那樣的問(wen)題。
6.結束語(yu)
　　發生在蒸(zheng)汽管線内(nèi)的汽錘有(you)5種主要的(de)物理形态(tai)，并且會對(duì)🌈安裝在蒸(zheng)汽管線上(shang)的儀表和(he)閥門造成(cheng)破壞。孔闆(pǎn)流量計在(zai)管道内沒(méi)有測量元(yuán)件和可動(dòng)部件，其測(cè)量也不受(shou)管道震動(dòng)💜和流體紊(wěn)亂的影響(xiǎng)🏒，因此，在量(liàng)程比允許(xu)的情況下(xia)，比渦街流(liú)量計更适(shì)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻合應用于(yu)蒸汽流量(liang)測量。蒸汽(qì)流量的🈲測(cè)量需進行(hang)溫壓補償(chang)，對過熱蒸(zheng)汽而言，應(yīng)在管道上(shàng)安裝獨立(lì)的溫度變(bian)送器和🤞壓(yā)力變送器(qì)，然後在DCS上(shang)進行補償(cháng)計算。而對(dui)飽和蒸汽(qì)來說，可在(zài)渦街流量(liàng)計或孔闆(pǎn)流量計内(nèi)部集成溫(wēn)度傳感器(qi)，并在流量(liang)變送器内(nèi)部進行溫(wēn)度補償計(jì)算。氣動單(dān)座閥的閥(fa)内件堅固(gù)可靠，關閉(bi)時的密封(feng)壓力較大(dà)，洩漏量小(xiao)，且可選擇(ze)線性⚽或等(deng)百分比的(de)流量🔞特性(xìng)，能較好的(de)限制蒸汽(qì)流量的快(kuài)速增加，其(qí)閥芯也不(bu)會因爲熱(rè)膨脹而被(bei)閥座抱死(sǐ)。因此，氣動(dong)單座閥比(bǐ)氣動球閥(fa)更适合應(ying)用于蒸汽(qì)管線的切(qiē)斷。

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