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蒸汽流量測量的準(zhǔn)確性分析

文章出處:本站人氣:915發(fā)表時間:2018-11-09 09:25:16【

摘要:簡要介紹了蒸汽流量測量的方法,分析了引起測量誤差較大的原因。針對蒸汽流量的實際情況,提出了提高流量測量準(zhǔn)確性的方法和措施,以及正確選用蒸汽流量剛量儀表應(yīng)注意的事項,可供流量測量工作借鑒。

1 過熱蒸汽流量測量的不確定性
    過熱蒸汽是由飽和蒸汽加熱升溫獲得。過熱蒸汽的溫度與壓力是兩個獨立參數(shù),其它狀態(tài)參數(shù)由這兩個參數(shù)決定。過熱蒸汽在經(jīng)過輸送后,隨著工況(如溫度、壓力)的變化,特別是在過熱度不高的情況下,因為熱量損失溫度降低而使其從過熱狀態(tài)進(jìn)入飽和或過飽和狀態(tài),轉(zhuǎn)變成為飽和蒸汽或帶有水滴的過飽和蒸汽。飽和蒸汽突然大幅度減壓,一部分液滴在絕熱膨脹時也會轉(zhuǎn)變成為過熱蒸汽,這樣就形成汽液兩相流介質(zhì),一般流量計都不能準(zhǔn)確檢測兩相流體的流量,從而產(chǎn)生流量測量誤差。
2 飽和蒸汽流量測量的不確定性
    飽和蒸汽的溫度與壓力之間一一對應(yīng),二者之間只有一個獨立參數(shù)。飽和蒸汽容易凝結(jié),在傳輸過程中如有熱量損失,蒸汽中便有液滴或液霧形成,并導(dǎo)致溫度與壓力的降低。含有液滴或液霧的蒸汽稱為濕蒸汽。嚴(yán)格來說,飽和蒸汽或多或少都含有液滴或液霧,所以不同狀態(tài)下不能用同一氣體狀態(tài)方程式來描述。飽和蒸汽中液滴或液霧的含量反映了蒸汽的質(zhì)量,一般用干度這一參數(shù)來表示。蒸汽的干度是指單位體積飽和蒸汽中干蒸汽所占的百分?jǐn)?shù)。
    準(zhǔn)確計量飽和蒸汽流量較困難,一般流量計都不能準(zhǔn)確檢測兩相流體的流量,蒸汽壓力波動將引起蒸汽比體積的變化,流量測量值會產(chǎn)生附加誤差。所以,在飽和蒸汽測量中,須設(shè)法保持測量點處蒸汽斷度穩(wěn)定,必要時還應(yīng)采取補償措施。
3 測量誤差分析
    目前使用流量儀表測量蒸汽流量,測量介質(zhì)都是指單相流的過熱蒸汽或飽和蒸汽。對于相流經(jīng)常變化的蒸汽,會存在測量不準(zhǔn)確的問題。對此,需保持蒸汽的過熱度,盡量減少蒸汽的含水量,例如加強(qiáng)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(zhǔn)確度。然而,這些方法并不能解決蒸汽流量測量準(zhǔn)確的問題,解決這一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。
    用于檢測氣體流量的流量計種類很多,以速度式和比體積流量計應(yīng)用zui普遍,它們的共同特點是可測定氣體的比體積流量,而比體積流量Gv又是狀態(tài)的函數(shù),工作狀態(tài)下氣體的比體積流量并不能確切的反映實際流量。對此,工程上一般都以標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)比體積流值或質(zhì)量流量表示。采用刻度氣體流量計時,選定氣體正常溫度、壓力為設(shè)計條件,將設(shè)計狀態(tài)下的比體積流量折算為標(biāo)準(zhǔn)比體積流量或質(zhì)量流量,其折算系數(shù)中含有氣體比體積的因素,當(dāng)氣體的工作狀態(tài)偏離設(shè)汁狀態(tài),比體積流量測量值將產(chǎn)生誤差。此外,氣體的禪分、含量或溫度的變化,都對流量測量產(chǎn)生影響。所以,蒸汽流量的測量更需要采取補償措施,并且因蒸汽的狀態(tài)變化補償因素也比較復(fù)雜。
    過熱蒸汽的比體積由蒸汽的溫度、壓力兩個參數(shù)決定,而且在不同的參數(shù)范圍內(nèi),比體積的表達(dá)形式也不相同,無法用同一通式表示,所以不能獲得統(tǒng)一的比體積計算公式,只能個別推導(dǎo)求得溫度、壓力補償公體。在溫度、壓力波動范圍較大的場合,除進(jìn)行溫度、壓力補償外,還需要考慮對過熱蒸汽體積膨脹系數(shù)ε的補償。

無論采用何種流量計測量飽和蒸汽的流量,在蒸汽壓力波動的條件下,須采取壓力補償措施,這是因為在流量方程中,工作條件與設(shè)計條件不一致時,蒸汽比體積讀數(shù)會產(chǎn)生誤差,誤差的大小和工作壓力與設(shè)計壓力偏差的大小有關(guān),實際壓力大于設(shè)計壓力將出現(xiàn)負(fù)誤差,否則將出現(xiàn)正誤差。蒸汽的干度是關(guān)系到能否準(zhǔn)確測量蒸汽流量的重要條件,正在的在線蒸汽干度檢測儀表應(yīng)用于蒸汽流量計量與補償系統(tǒng),將進(jìn)一步提高計量的準(zhǔn)確性。因此,目前的蒸汽流量測量應(yīng)采取以下3 項措施。
    (l) 輸送蒸汽的管路須有良好的保溫措施防止熱量損失。
    (2) 在蒸汽管路上要逐段疏水,在管道的zui低處及表前的管道上應(yīng)設(shè)置疏水器,及時排出疏水。
    (3) 鍋爐運行操作中應(yīng)避免出現(xiàn)汽包液位過高現(xiàn)象,盡量減少出現(xiàn)大的負(fù)荷波動。
4 流量儀表的選型
    蒸汽流量測量在選擇流量儀表時應(yīng)考慮5個主要因素:(l)被測流體特性;(2)工藝情況;(3)安裝條件;(4)維護(hù)需求;(5)儀表特性。本文著重討論流量儀表的特性、安裝條件、維護(hù)需求以及選用流量儀表應(yīng)注意的幾個問題。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、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,下面以渦街流量計、孔板流量計和彎管流量計為例加以說明。
4.1 渦街流量計
    渦街流量計是基于卡門渦街原理而的一種流量計,具有以下特點:(1)結(jié)構(gòu)簡單牢固,無可動部件,長期運行可靠;(2)維護(hù)方便,安裝費用較低;(3)傳感器不直接接觸介質(zhì),性能穩(wěn)定,壽命較長;(4)輸出與流量成正比的脈沖信號,無零點漂移,精度高,并方便與計算機(jī)聯(lián)網(wǎng);(5)流量量程比可達(dá)1:10,測量范圍較寬;(6)壓力損失小,運行費用較低;(7)在一定的雷諾數(shù)范圍內(nèi),輸出信號頻率不受流體物理性質(zhì)和組分變化影響,儀表系數(shù)僅與漩渦發(fā)生體的形狀和尺寸有關(guān),測量流體的比體積流量無需補償,調(diào)換配件后無需重新標(biāo)定儀表的系數(shù);(8)應(yīng)用范圍較廣,氣體、液體的流量均可測量;(9)檢定周期一般為2-4年。
    該流量計也存在一定的局限性:(l)渦街流量計是一種速度式流量計,漩渦分離的穩(wěn)定性受流速影響,故對直管段長度有一定的要求,一般測點前后直管段長度分別為10D、5D(D為管道直徑); (2)測量液體時,受壓損和氣蝕現(xiàn)象限制,上限流速一般是0.5-8m/s; (3)測量蒸汽時,上限流速受介質(zhì)可壓縮性的限制,下限流速受雷諾數(shù)和傳感器靈敏度的限制,蒸汽流速是8~25m/s;(4)應(yīng)力式渦街流量計對振動較為敏感,故在振動較大的管道安裝流量計時,管道要有一定的減震措施;(5)應(yīng)力式渦街流量計采用壓電晶體作為檢測傳感器,要受溫度的限制,一般為一40-300。
4.2 差壓式流量計
    以孔板流量計為代表的差壓式流量計理論精度高,應(yīng)用較普遍,但也存在不足:(l)設(shè)計參數(shù)與工況參數(shù)不符,上游直管段長度不足,孔板和管道不同心,孔板A (進(jìn)口側(cè))受污染、銳角磨損等因素對其測量精度有顯著影響,使其測量誤差增大; (2)安裝較為麻煩,維護(hù)及拆洗的工作量較大; (3)需配差壓變送器使用,增加了維護(hù)的工作量,另需敷設(shè)導(dǎo)壓管,且在冬季需對導(dǎo)壓管進(jìn)行保溫,不能在室外安裝;(4)流量量程比較小(1, 3),量程范圍較窄;(5)若安裝不正確容易發(fā)生蒸汽泄漏;(6)壓力損失較大,運行費用較高。
4.3 彎管流量計
    彎管流量計實際上是一個90°標(biāo)準(zhǔn)彎頭,是結(jié)構(gòu)較為簡單的流量傳感器,其特點是:(1)結(jié)構(gòu)簡單,價格低廉;(2)傳感器耐磨損,對微量磨損不敏感;(3)安裝簡單,可采用直接焊接法進(jìn)行安裝,較地

解決了現(xiàn)場發(fā)生蒸汽泄漏的問題;(4)適應(yīng)性強(qiáng),量程范圍較寬,直管段長度要求不嚴(yán),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(jìn)行測量,而且在對高溫、高壓、沖擊、振動、潮濕及粉塵等耐受能力方面,彎管流量計遠(yuǎn)優(yōu)于其它流量計;(5)量程比可達(dá)1:10,對于蒸汽流速的適用范圍為O~70m/S,可以較好地滿足蒸汽流量測量的要求;(6)由于其特殊的測量原理,使其在實際應(yīng)用時對直都長度的要求不嚴(yán)格,一般只要求上、下游直管段長度分別為5D2D,遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其它流量測量裝置的要求;(7)精度高,重現(xiàn)性好,測量精度可達(dá)1.14%,一次安裝后,不再需要重復(fù)拆裝,因此其安裝精度也能獲得保證;(8)無需任何附加節(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、低壓頭的側(cè)量對象優(yōu)點更加明顯。

 

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