如何測量蒸汽的流量?

　　隨著科技不斷進步，產(chǎn)品不斷更新，熱工儀表也在不斷的更新?lián)Q代。其中節(jié)流裝置的種類更是多到讓用戶眼花繚亂，用戶不知從何處下手選擇節(jié)流裝置的類型。今天西安華恒儀表廠家為廣大用戶帶來了如何測量蒸汽的流量的文章。

　　現(xiàn)在人們廣泛使用的蒸汽流量計絕大多數(shù)仍為推導(dǎo)式。其中，以節(jié)流式差壓流量計和渦街流量計為核心組成的蒸汽質(zhì)量流量計是主流，這兩種方法有各自的優(yōu)點和缺點，而且具有良好的互補性。載差壓式流量計中，線性孔板以其范圍度廣、穩(wěn)定性好的優(yōu)勢占有一定市場分額，除此之外，科利奧里質(zhì)量流量計、均速管流量計、超聲流量計等在蒸汽流量測量中也有應(yīng)用。

　　用節(jié)流式差壓流量計測量蒸汽質(zhì)量流量

　　節(jié)流式差壓流量計的一般表達式為［1］

　　式中qm棗質(zhì)量流量，kg/s；

　　――流出系數(shù)；

　　――工作條件下節(jié)流件的開孔直徑，m；

　　p――差壓，Pa；

　　――管道內(nèi)徑，m。

　　在式（3.1）中,和d為常數(shù)，C和1在一定的流量范圍之內(nèi)也可看作常數(shù)，因此式（3.1）可簡化為

　　從式（3.2）可清楚看出，儀表示值同1密切相關(guān)。而蒸汽工況（溫度t，壓力p）的變化，必然使1產(chǎn)生相應(yīng)的變化。因此，差壓式流量計必須與用以求取蒸汽密度的工況測量儀表配合，并同計算部分一起組成推導(dǎo)式質(zhì)量流量計，才能保證測量精確度。

　　過熱蒸汽質(zhì)量流量測量當(dāng)流體為過熱蒸汽時,取決于流體壓力1和流體壓力1和流體溫度t1。圖3.1所示為測量系統(tǒng)。

　?。?）飽和蒸汽質(zhì)量流量測量飽和蒸汽的壓力和溫度是密切相關(guān)的，臨界飽和狀態(tài)的蒸汽從其壓力查得的密度同從其溫度查得的密度是相等的所以推導(dǎo)式質(zhì)量流量計測量其流量時，既可采用壓力補償也可采用溫度補償。采用壓力補償時，是利用1＝f(1)的關(guān)系獲得1；采用溫度補償時，是利用1＝f(t1)的關(guān)系獲得1。兩種方法中以壓力補償較宜，詳見后文3.1.5條分析。

　　用線性孔板差壓流量計測量蒸汽質(zhì)量流量

　　傳統(tǒng)的孔板流量計最大的不足是在被測流量相對于滿量程流量較小時，差壓信號很小，這一缺點大大影響其范圍度和測量精確度。人們針對其不足在傳統(tǒng)的孔板式產(chǎn)壓流量計基礎(chǔ)上開發(fā)了可變面積可變壓頭孔板流量計。因為其輸出的差壓信號與被測流量之間有線性關(guān)系，所以也稱能夠線性孔板差壓流量計。

　　線性孔板流量計工作原理線性孔板又稱彈性加載可變面積可變壓頭孔板，其環(huán)隙面積隨流量大小而自動變化，曲面圓錐形塞子在差壓彈簧力的作用下來回移動，環(huán)隙變化使輸出信號（差壓）與流量成線性關(guān)系，并大大地擴大范圍度，其結(jié)構(gòu)如圖3.3所示。

　　在孔板流量計中，當(dāng)流體流過開孔面積為A的孔板時，流量q與孔板前后產(chǎn)生的差壓之間有如下關(guān)系，即

　　式中q――流量；

　　――常數(shù)；

　　――孔板開孔面積；

　　p――差壓。

　?。€(wěn)定裝置；2－紡錘形活塞；3－固定孔板；4－排氣孔；5－標(biāo)定和鎖定蝸桿裝置；6－走紙軸支撐；7－低壓側(cè)差壓檢出接頭；8－高張力精密彈簧；9－排水孔；10－高壓側(cè)差壓檢出接頭

　　在如圖3.3所示的線性孔板中，與孔板處插入一個紡錘形活塞，又差壓引起的活塞－彈簧組件的壓縮量（活塞的移動距離）為X，則式（3.4）成立，即

　?。終2X（3.4）

　　式中K2――彈簧系數(shù)。

　　當(dāng)活塞向前移動時，流通面積受活塞形狀的影響而發(fā)生變化，其關(guān)系為

　?。終3（3.5）

　　式中K3――常數(shù)。

　　由式（3.4）和式（3.5）得

　　將式（3.6）代入式（3.3）得

　　式中K――常數(shù)（K=K1K3）

　?、俜秶葘?。典型得線性孔板差壓式流量計可測范圍1％～100％FS，保證精確度得范圍為5%~100%FS，因此,對于流量變化大得測量對象，一臺流量計就可解決。能適應(yīng)蒸汽、燃油測量得夏季、冬季負(fù)荷變化。

　?、诰€性差壓輸出。差壓信號與流量成線性關(guān)系，被測流量相對于滿量程流量較小時，差壓信號幅值也較大，有利于提高測量精確度。

　?、壑惫芏我蟮?。由于孔板得變面積設(shè)計，使其成為在高雷諾數(shù)條件下工作得測量機構(gòu)，可在緊靠彎管、三通下游的部位進行測量（為了保證測量精確度，制造廠還是要求上游直管段6倍管徑，下游直管段3倍管徑）。

　?。?）保證測量精確度的措施典型的線性孔板流量計GILGLO承諾具有1％精確度，為了達到這一指標(biāo)，采取了幾項重要措施，其中包括如下幾項。

　?、賹€性孔板逐臺用水標(biāo)定

　　從式（3.4）和（3.5）可知，只要線性孔板中的彈簧線性號，而且活塞被加工成理想形狀，使得流通面積A與位移X的1／2次方成線性關(guān)系成立，但是，活塞的曲面加工得很理想是困難得，最終不得不用逐臺標(biāo)定得方法來彌補這一不足。

　　公司對線性孔板進行逐臺標(biāo)定是以水為介質(zhì)，不同口徑得線性孔板均選擇14個標(biāo)定點，其中流量較小時，標(biāo)定點排得較密，圖3.4所示為一臺DN200線性孔板得標(biāo)定曲線。圖中的差壓單位為inH2O,(linH2O=249.0889Pa),表3.1所列的是一臺DN200的線性孔板的實際標(biāo)定數(shù)據(jù)，其中從體積流量換算到質(zhì)量流量是建立在水的密度p＝998.29kg/m3基礎(chǔ)上的。

　　圖3.4線性孔板標(biāo)定曲線（介質(zhì)：水）例

　　而利用標(biāo)定數(shù)據(jù)對線性孔板的非線性誤差進行校正還須借助于流量二次表。具體做法是將標(biāo)定數(shù)據(jù)寫入二次表中的折線表，然而二次表根據(jù)輸入的差壓信號（電流值）用查表和線性內(nèi)插的方法求得水流量值qmw。

　　得到水流量值還不是最終目的，因為被測流體不一定是水，當(dāng)被測流體為其他液體時用式（3.8）進行密度校正。

　　qmw――標(biāo)定流體（水）流量，

　　f――被測流體密度，

　　w――標(biāo)定流體（水）密度，

　?、诶字Z數(shù)校正?？装辶髁坑嫷牧髁肯禂?shù)同雷諾數(shù)之間有確定的函數(shù)關(guān)系［1］，當(dāng)質(zhì)量流量變化時，雷諾數(shù)成正比變化，因而引起流量系數(shù)的變化。在GILGLO型流量計中，采用較簡單的經(jīng)驗公式（3.9）進行雷諾數(shù)校正。

　?。璶/qmw)－

　　式中kre――雷諾數(shù)校正系數(shù)；

　　――常數(shù)，kg/h。

　　但若計算結(jié)果大于m值時，則取kre＝m。n和m數(shù)值同孔板的口徑DN有關(guān)，已經(jīng)固化在直到商提供的流量二次表內(nèi)。

　?、蹨囟葘€性孔板的影響及其校正。溫度對線性孔板影響使之產(chǎn)生誤差主要通過三條途徑。

　　流體溫度變化引起流體密度變化，從而導(dǎo)致差壓與流量之間的關(guān)系變化。

　　流體溫度變化引起管道內(nèi)徑、孔板開孔直徑以及活塞幾何尺寸的變化，溫度升高，環(huán)隙面積增大，導(dǎo)致流量計示值有偏低趨勢。

　　流體溫度變化，線性孔板中的承載彈簧溫度相應(yīng)變化，引起式（3.4）中的彈性常數(shù)K2發(fā)生變化。溫度升高，K2減小，活塞位移X增大，用通俗的話來說就溫度升高，彈簧變軟，在相同的差壓條件下，活塞位移增大。因此，環(huán)隙面積相應(yīng)增大，流量計示值也有偏低趨勢。

　　上述三條途徑對流量示值的影響都可以進行校正，其中途徑a可由式(3.12)中的流體密度進行補償。在線性孔板用來測量蒸汽流量時，流體溫度作為自變量，參與查蒸汽密度表。從而可由二次表自動進行此項補償。

　　上述途徑b和c流量示值的影響關(guān)系較復(fù)雜，在GILFLO型流量計中，采式（3.10）所示的經(jīng)驗公式進行校正。

　　杢

　　式中kt――溫度校正系數(shù)；

　　――系數(shù)，℃-1（取B＝0.000189℃-1）；

　　――流體溫度，℃；

　　――標(biāo)定時流體溫度，℃（tc常為20℃）。

　　此項校正也是在流量二次表中完成的，其中t為來自溫度傳感器（變送器）的流體溫度信號。

　?、芸膳蛎浶孕Ｕ?。節(jié)流式差壓流量計用來測量蒸汽、氣體流量時，必須進行流體的可膨脹性（expansibility）校正，線性孔板也不例外。傳統(tǒng)孔板的可膨脹性系數(shù)修正請參閱本書第8章8.2節(jié)。在GILGLO型流量計中用式（3.11）進行校正。

　　=1-(0.41+0.35

　　式中k――可膨脹性系數(shù)；

　　――直徑比（孔板開孔直徑與管道內(nèi)經(jīng)之比）；

　　p――差壓，

　　κ――等熵指數(shù)；

　　――節(jié)流件正端取壓口絕壓，Pa。

　　可膨脹性校正也在流量二次表中完成，由二次表進行在線計算。

　?、菡羝|(zhì)量流量的計算。用GILGLO型流量計測量蒸汽流量時，蒸汽質(zhì)量流量在二次表中由式（3.12）計算得到。

　　式中qms――蒸汽質(zhì)量流量，

　　――雷諾數(shù)校正系數(shù)；

　　――可膨脹性系數(shù)；

　　――溫度校正系數(shù)；

　　рw――標(biāo)定流體（水）的密度，kg/m3；

　　――水的質(zhì)量流量，kg/h。

　　相信通過以上如何測量蒸汽的流量的全部容，能夠使大家有一個較為全面的認(rèn)識，對選擇合適的蒸汽流量計有所幫助。如有疑問，可以隨時聯(lián)系我們。