摘要(yao)：結合 差壓(yā)式流量計(ji) 和 渦街流(liú)量計 的原(yuán)理，對節流(liú)裝置、巴類(lei)流量元件(jian)和渦街流(liú)量計測量(liàng)蒸汽流量(liang)的主要影(yǐng)響因素進(jìn)行分析，并(bìng)根據幾種(zhǒng)不同儀表(biǎo)的特✉️點，分(fèn)别就選型(xíng)、安裝、經濟(jì)效益等方(fang)面‼️進行分(fèn)析，并總結(jié)幾種測量(liàng)儀表的優(yōu)點與不足(zu)。
蒸汽是使(shi)用最廣泛(fan)的載熱工(gong)質，是重要(yao)的二次能(néng)源，蒸汽🍉流(liú)量的測量(liang)對加強管(guǎn)理、公平貿(mào)易、節約能(néng)源、提高經(jing)濟效益等(deng)方面🔆都有(you)重要意義(yì)。蒸汽流量(liàng)測量方法(fa)按工作原(yuan)理，可分爲(wèi)直接式🍓和(hé)推導式兩(liang)大類。現在(zai)廣泛使用(yong)的蒸汽流(liu)量計爲推(tui)導式，包括(kuò)🌐節流裝置(zhì)、巴類流量(liang)元件及渦(wō)街流量計(jì)等，這些測(ce)量方法有(you)各😘自的優(yōu)缺點，适用(yong)于不同場(chǎng)合。
1節流裝(zhuang)置
　　節流式(shi)差壓流量(liàng)元件是一(yi)種曆史悠(you)久、用量最(zui)大的流🏃‍♀️量(liàng)計。節🧡流式(shì)差壓流量(liang)計依據流(liu)體流過節(jie)流裝置，使(shi)部㊙️分壓力(li)能轉變爲(wei)動能産生(sheng)差壓的原(yuan)理來工作(zuò)。節流裝置(zhì)分爲标準(zhun)型和非标(biāo)準型兩大(da)類。标準型(xing)節流元件(jian)按照GB/T2624設計(jì)、制💋造、安裝(zhuang)和🛀🏻使用，無(wú)需實流校(xiao)準。節流式(shì)差壓流量(liang)計可測量(liang)所有單向(xiàng)流，包括液(ye)、氣、蒸汽🔞等(deng)。标準節流(liu)裝置世界(jiè)通用，并得(de)到👌國際計(ji)量組織的(de)認可。
　　節流(liu)裝置見圖(tú)1。當流體通(tong)過标準節(jie)流裝置時(shí)，在1-I截面🏃‍♂️前(qián)，流體未👣受(shou)節流件的(de)影響，管道(dao)内流速分(fèn)布均勻。管(guǎn)道軸心處(chù)和管壁處(chù)的靜壓相(xiàng)等。I-I截面後(hou)(約0.5D~2D)，流體開(kai)始受節流(liu)件影響👅，靠(kao)近管壁處(chù)的流體向(xiang)中心加速(su)，平均流速(sù)逐漸升高(gāo)，直至II-II截面(miàn)，流束❄️收縮(suo)到最小，平(ping)均流速達(da)到最大值(zhi)。自II-II截面後(hou)，流束開始(shi)膨脹，直至(zhì)川-I截面，又(yòu)恢複到I-I截(jie)面前的情(qíng)況，此時平(ping)均流速逐(zhú)漸降低，與(yu)平均流速(sù)⚽相對應的(de)靜壓也由(yóu)低到高🏒再(zài)恢複到低(di)值。流體在(zài)節流件前(qián)、後的管壁(bì)附近形成(cheng)渦流❌，渦流(liú)即有橫向(xiang)脈動，還有(you)逆向運動(dong)，孔闆🧑🏽‍🤝‍🧑🏻或噴(pēn)嘴的壓力(li)損失高，就(jiù)是因爲渦(wo)流能量耗(hào)散造成的(de)。

　　式中，Z、p/ρ、Kv2/2分别(bie)表示單位(wèi)質量流體(ti)在過流斷(duan)面上的位(wei)能、壓力能(neng)🏃‍♀️和動能的(de)平均值。εv212表(biao)示單位質(zhì)量流體的(de)平均⭐能量(liàng)損失。
推導(dǎo)出不可壓(ya)縮流體的(de)流量方程(cheng)式:

按照GB/T2624，流(liú)出系數C的(de)定義式爲(wèi):

　　在一定的(de)安裝條件(jian)下給定的(de)節流裝置(zhì)，該C值僅與(yu)雷🤩諾數有(you)關，即C=f(ReD，節流(liú)件類型，D，β)。由(you)此，可以算(suan)出流出系(xì)數，進🈲而得(dé)到節流裝(zhuang)置的選型(xing)計算。
　　流出(chū)系數與雷(léi)諾數的關(guan)系見圖2。低(dī)雷諾數區(qu)域屬于層(ceng)🐕流區，流體(tǐ)繞過限流(liu)孔後不會(hui)形成噴射(she)現象，流出(chū)系數随雷(lei)♉諾數增高(gāo)而增大;中(zhong)雷諾數區(qu)域内流動(dong)從層流發(fa)展到紊流(liú)，流出😄系數(shù)随📱雷諾數(shu)增高而增(zeng)大的速度(du)緩慢。對于(yu)孔闆，由于(yu)慣性作用(yong)加強，孔口(kou)處開始形(xíng)成噴射，流(liu)束在孔口(kou)外産生縮(suo)流，因🏃‍♀️此C值(zhí)下降;在高(gao)雷諾數區(qu)域，C值都趨(qu)于穩定，對(duì)于孔闆，β值(zhí)越高，趨于(yú)穩定時的(de)雷諾數就(jiù)越高。

2巴類(lei)流量元件(jian)
　　巴類流量(liang)元件是一(yi)-種新型的(de)差壓式流(liu)量元件，采(cai)用差壓式(shì)的工作原(yuán)理，插入式(shì)的安裝方(fāng)法。其通過(guo)一-根直徑(jing)爲十幾毫(hao)米的探頭(tóu)取壓，探頭(tou)前後有二(èr)排不均勻(yun)分布的、若(ruo)幹個幾毫(hao)米的引壓(ya)孔。通過這(zhe)兩排孔将(jiāng)管道從上(shàng)✉️到下的不(bú)同壓力在(zài)☁️孔内取平(ping)均以構成(chéng)差壓。巴類(lèi)流量元件(jian)精度高，壓(yā)損小，對探(tàn)頭磨損小(xiao)，在🐕安裝合(he)适的情況(kuàng)下，可以長(zhǎng)期保持精(jīng)度。
巴類流(liú)量元件質(zhì)量流量的(de)計算公式(shì):

　　阻斷系數(shu)ζ隻與探頭(tóu)結構有關(guan)。對于不可(ke)壓縮.介質(zhi)，由于壓🌈損(sun)不😄會影響(xiǎng)密度的變(biàn)化，膨脹系(xì)數ε爲1。對于(yú)可壓縮的(de)🔞介質，随着(zhe)管道内壓(yā)力損失增(zeng).加和管道(dào)内靜壓的(de)減小，膨脹(zhàng)系數ε從1開(kai)始，按照比(bǐ)例下降。

　　式(shi)中，Pp爲設計(ji)壓力，pg爲工(gōng)況壓力，εg爲(wèi)設計膨脹(zhàng)系數，dp,爲設(shè)計差壓，當(dāng)前工況密(mì)度爲ρg。若介(jie)質的實際(jì)工作狀态(tài)與設計狀(zhuang)态㊙️相近😄，使(shǐ)用理想氣(qi)體方程可(ke)以得到足(zú)夠精度的(de)結果:

3渦街(jie)流量計
　　 渦(wō)街流量計(ji)根據卡門(men)(Karman)渦街原理(lǐ)研究生産(chǎn)，渦街流量(liàng)計🚶‍♀️壓損小(xiao)，量程範圍(wéi)大，精度高(gāo)，在測量工(gong)況體積流(liu)量時幾❗乎(hu)不受流體(tǐ)密度、壓力(li)、溫度、粘度(du)等參數的(de)影響，無可(ke)動機械零(líng)件，維護量(liang)小。渦💘街流(liú)量計在流(liu)體中設💘置(zhì)三角柱型(xing)旋渦發生(shēng)體，流體在(zai)管道中🍓經(jīng)過渦街流(liu)量計時，在(zai)三✂️角柱的(de)旋渦發生(shēng)體後，上下(xià)交替産生(sheng)❤️正比于流(liu)速的兩列(liè)旋渦，旋渦(wo)的釋放頻(pín)率與流過(guo)旋渦⁉️發生(sheng)體♌的流體(ti)平均速度(du)及旋渦發(fa)生體特征(zhēng)寬度有關(guan):

　　式中，f爲旋(xuán)渦的釋放(fang)頻率;v爲流(liú)過旋渦發(fa)生體的流(liu)體♻️平🧑🏾‍🤝‍🧑🏼均速(sù)度;d爲旋渦(wō)發生體特(tè)征寬度;St爲(wèi)斯特勞哈(ha)爾數，範圍(wei)爲0.14～0.27，是雷諾(nuò)數的函數(shu)。

　　當雷諾數(shu)Re在102~10時範圍(wei)内，St值約爲(wèi)0.2。在測量中(zhong)，需滿足流(liu)體的雷諾(nuò)數在102~105,此時(shi)旋渦頻率(lü):

　　由此，通過(guo)測量旋渦(wo)頻率就可(ke)以計算出(chu)流過旋渦(wo)發生💛體的(de)✨流體平均(jun)速度v，再由(yóu)式q=vA，可以求(qiu)出流量q，其(qí)中A爲流體(tǐ)流過旋渦(wo)發生體的(de)截面積。
4三(san)種流量計(jì)比較
4.1選型(xíng)比較
　　标準(zhun)節流裝置(zhi)隻有在滿(man)足以下條(tiao)件下，流量(liang)系數才與(yu)規範🙇🏻中提(tí)供的數據(jù)相符:①被測(ce)介質應充(chong)滿全部管(guan)道截面連(lian)續地流動(dòng);②管道内的(de)流速(流動(dong)狀态)應是(shì)穩定的;③被(bèi)測介質在(zai)通過節流(liú)裝📧置時，應(ying)不發生相(xiàng)變;④節流裝(zhuang)置前後有(yǒu)足夠長度(du)的直管段(duan)。
　　巴類流量(liàng)元件運用(yòng)廣泛，可以(yi)測量幹燥(zao)氣體、潮濕(shī)👣氣體、液體(tǐ)或蒸汽的(de)介質，不受(shou)介電常數(shu)的影響，适(shì)用通🔴徑廣(guang)。一-般用于(yu)大口徑管(guan)道上蒸汽(qi)流量測量(liàng)。
　　渦街流量(liàng)計可以在(zài)測量介質(zhì)流速0.5~12m/s範圍(wei)内選用。渦(wo)街🏃🏻‍♂️流㊙️量計(ji)的口徑不(bu)一定與工(gong)藝管道相(xiang)同，選型時(shi)考慮測量(liang)🏃‍♀️流量💚範圍(wei)是否在流(liu)速範圍内(nèi)，當管道流(liú)🏃‍♂️速偏低，需(xū)縮小儀表(biǎo)口徑，提高(gao)流速，從💛而(er)得到滿意(yì)的測量結(jie)果。
4.2安裝比(bi)較
　　節流裝(zhuang)置和巴類(lei)流量元件(jian)都需要與(yǔ)差壓 顯示(shì)儀 表連接(jie)，測量蒸汽(qi)時都采用(yòng)伴熱保溫(wēn)來應對蒸(zheng)汽🍓冬季凝(ning)結的情況(kuang)，見圖3、圖4。節(jie)流裝置的(de)現場安裝(zhuang)條件要求(qiú)較高，需較(jiào)長的直管(guan)段，一般爲(wèi)前20D,後15D。巴類(lèi)流量元件(jiàn)🏒的前後直(zhi)管段要求(qiú)相對短一(yī)些，一般爲(wei)前7D，後3D。節流(liu)裝💰置或巴(bā)類流量元(yuán)件與差壓(ya)顯💋示儀表(biǎo)之間引壓(ya)管線📐亦爲(wei)薄弱環節(jiē)，易産生洩(xie)👅漏、堵塞及(ji)凍結、信号(hao)失真等故(gù)障。

　　巴類流(liú)量元件安(an)裝工作量(liàng)小。該探頭(tou)采用的是(shì)插🏒入式的(de)工作方式(shi)，安裝方便(biàn)、簡單。安裝(zhuāng)的時候隻(zhī)要在現場(chǎng)直接開孔(kong)焊接即🔅可(kě)，見圖5。


　　渦街(jie)流量計結(jié)構簡單、安(ān)裝維護方(fang)便、無需導(dǎo)壓管和 三(sān)閥組 ，減少(shao)了洩漏、堵(du)塞和凍結(jie)等。但是，渦(wo)街流量計(ji)對管道機(ji)械振動敏(mǐn)感，不宜用(yòng)于強振動(dong).的場所。渦(wō)街流💁量計(ji)的前後直(zhi)管段要求(qiú)❤️前15D，後10D，通常(chang)用于管徑(jìng)在300mm以下的(de)工況，見圖(tu)6。

4.3經濟性比(bi)較
　　節流式(shì)差壓流量(liàng)計中的标(biao)準孔闆結(jie)構易于複(fú)制💛，性能👉可(kě)㊙️靠，價格低(dī)，無需實流(liú)校準就能(neng)夠使用;其(qi)測量精度(du)在流量計(ji)中屬于中(zhōng)等水平。由(you)于很多因(yin)素影響錯(cuò)綜複雜🆚，精(jing)度難以提(ti)高;測量範(fan)圍窄，差壓(yā)信号與流(liu)量爲平方(fāng)關系，量程(cheng)比僅爲3:1~4:1;孔(kong)闆或噴嘴(zuǐ)的壓損較(jiao)大，能耗高(gao)。
　　巴類流量(liang)元件壓損(sǔn)較孔闆大(da)幅減少，隻(zhi)有孔闆的(de)5%~10%，減小了系(xi)統的運營(ying)成本。由于(yú)壓差小，則(ze)對應的差(cha)壓變送器(qì)選擇要求(qiu)提高，相應(ying)增大了差(chà)壓變送器(qi)的采購成(cheng)本。
　　渦街流(liú)量計壓損(sǔn)小，約爲節(jiē)流式元件(jian)的1/4，其儀表(biǎo)購🐪置費用(yòng)高，安裝費(fei)用和運行(háng)費用較低(dī)。
4.4精度與小(xiao)流量切除(chú)性能比較(jiao)
　　滿足規範(fan)GB/T2426生産的節(jiē)流式差壓(ya)流量計的(de)精度在+0.55%左(zuo)右;巴類流(liu)量♌元件的(de)精度與前(qian)後直管段(duan)有關，當前(qián)直管✍️段長(zhang)度爲14D，後直(zhí)管段🈲長度(du)爲3D時，精度(dù)可以達到(dao)+0.5%，當前直管(guan)段爲7D，後直(zhi)管段爲3D時(shí)，精度可以(yǐ)達到+1%;而渦(wo)街流量計(ji)的精度在(zài)土1.0%，對于内(nèi)縮徑型的(de)渦街流量(liang)🌈計，其精度(dù)在士1.35%左右(yòu)。
　　當某測點(dian)由開車工(gong)況變化至(zhì)正常工況(kuàng)時，其測點(dian)♉往往流量(liang)值逐步由(yóu)小流量遞(di)增至正常(cháng)流量。當工(gong)況流量低(di)于三種儀(yi)表可以測(cè)量的範圍(wei)内，會出現(xiàn)測量不準(zhun)确的現象(xiàng)。對于節流(liu)裝置，當雷(léi)諾數小于(yu)5000時，精度就(jiu)會遠超0.55%;巴(bā)✔️類流量元(yuan)件對雷諾(nuò)🙇‍♀️數的要求(qiu)不高，在保(bao)證滿管的(de)情況♉下，若(ruò)雷諾數低(di)，巴類流量(liàng)元件的輸(shu)出差壓會(hui)偏小，影響(xiang)✏️差壓變送(song)器的測量(liang)😄精度;渦街(jiē)流量計🏃‍♀️的(de)最小雷諾(nuo)數極🚩限爲(wei)10000。
4.5案例比較(jiao)
　　針對某精(jing)餾工段換(huan)熱器的蒸(zhēng)汽流量測(cè)量，做了計(ji)算對比:
　　該(gāi)位置點管(guan)道壓力等(deng)級爲150#，管徑(jìng)250mm，蒸汽操作(zuò)壓力爲0.4MPa，操(cao)作溫度爲(wèi)151℃，蒸汽流量(liàng)爲4000kg/h,允許壓(ya)損爲20kPao
　　節流(liu)裝置經過(guo)選型計算(suan)，采用滿刻(ke)度壓差10kPa，正(zheng)常差壓爲(wei)5kPa，開孔🌈直徑(jìng)比爲0.44，最大(dà)壓損爲7.9kPa。一(yī)整套節流(liú)裝置的采(cai)購安裝費(fèi)用大緻在(zài)😄2.5萬元左右(you)。
　　巴類流量(liang)元件經計(jì)算，其滿刻(ke)度差壓爲(wèi)0.3kPa，正常差壓(ya)爲0.18kPa，最❤️大壓(yā)損⛹🏻‍♀️爲0.02kPa。其采(cǎi)購安裝費(fei)用大緻在(zai)4.2萬元左右(you)。該處非振(zhen)動管道，因(yin)此可以采(cai)用渦街流(liu)量計。渦街(jie)流量計🐪經(jing)過計🌈算，選(xuan)用縮徑爲(wei)150mm管徑的法(fa)蘭式流量(liàng)計，其最大(da)壓損爲2.9kPa。其(qi)🔴采購安裝(zhuāng)費用大緻(zhi)在5萬元左(zuǒ)右。
　　通過比(bi)較，可得結(jié)論:①節流裝(zhuang)置壓損最(zuì)大，巴類流(liu)量元件壓(yā)損㊙️最小。考(kao)慮長期運(yun)行能耗，巴(bā)類流量元(yuan)件經濟性(xing)最好，渦✔️街(jiē)次之;②節流(liú)裝置選用(yòng) 差壓變送(sòng)器 可采用(yòng)普通量程(cheng)範圍型，巴(bā)類流量元(yuán)件選用差(cha)壓變送器(qì)需采用微(wei)小差壓測(cè)量型變送(sòng)器，③當該測(ce)點由開車(che)工況變化(huà)至正常工(gōng)況時，流量(liàng)高于51.57kg/h，節流(liú)式差壓流(liú)💃量元件才(cai)能确保應(yīng)有的精度(du)🔴;流量高于(yú)802kg/h，渦街流量(liang)計可以達(da)到應有的(de)精度;流量(liàng)高于1500kg/h，巴類(lei)流量元件(jian)輸出能達(dá)到差壓變(bian)送器的精(jing)度下限值(zhi);④若考慮總(zǒng)承包采🔴購(gòu)成本的限(xian)制，可選用(yòng)節流裝置(zhi)測量蒸汽(qi)流🔞量。若考(kao)🌈慮綜合采(cǎi)購及運行(háng)成本，包括(kuo)長期運行(hang)蒸汽壓力(li)損失成本(ben)和冬季保(bao)溫伴熱蒸(zhēng)汽成本，可(kě)選用渦街(jiē)流量計。若(ruo)遇到蒸汽(qì)管線口🥰徑(jìng)增🔱大至300mm以(yǐ)上，可考慮(lü)采用巴🧑🏽‍🤝‍🧑🏻類(lei)流量元件(jian)，此時巴類(lèi)流量元件(jiàn)的采購成(cheng)本将比🌐其(qí)餘兩種流(liú)量計低得(de)多♈。
5結語
　　蒸(zheng)汽流量儀(yí)表的選用(yòng)非常重要(yao)，準确測量(liàng)蒸汽流量(liang)是㊙️生産🌈部(bu)門的需要(yao)。随着經濟(ji)的發展，提(tí)高測量❓水(shuǐ)平的呼🐕聲(shēng)越來越🌈高(gāo)。在實際選(xuan)用中，設計(ji)人員需根(gēn)據蒸汽的(de)性質和工(gong)況精度🛀的(de)要求、成本(ben)核算等條(tiao)件來選擇(ze)适合的蒸(zhēng)汽儀表。節(jie)流裝置🚶‍♀️、巴(bā)類流量👨‍❤️‍👨元(yuan)件和渦街(jiē)流量計各(ge)有利弊，需(xū)要充分考(kao)慮工藝、環(huán)境要求，合(he)理地選擇(zé)流量計，才(cai)能保證蒸(zheng)汽💃🏻計量🥵的(de)準确性。

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