蒸汽流量计的应用

       在使用蒸汽流量计时，您是否遇见过以下问题：

       虽然热电厂或其他气源单位使用过热蒸汽进行输送工作，但管道内仍不可避免地输送来湿蒸汽，使得流量计量变得困难；

       多台流量计的数据互相矛盾，不能吻合；

       小流量无法计量；

       蒸汽系统管道震动，无流量之时也照样跑字，严重影响计量结果；

       现场安装位置（比如流量计前后直管段）无法满足流量计生产厂商的要求。

       面对这些问题，我们有必要对蒸汽流量计有进一步的了解，了解愈多，愈可以帮助我们在设计、选型时规避掉许多常见问题。

为什么使用蒸汽流量计？

       对蒸汽流量进行计量和监测本身并不节约能源，然而计量是能源管理的基础。没有计量就没有管理。通过能源管理是可以确切地带来经济收益的，经验表明，通过有效的计量、监测和合理的能源分配利用，蒸汽流量计可帮助企业减少10%能耗。

       具体而言，蒸汽流量计可以应用于以下场合：

       计量蒸汽用量，进行内部或外部计费结算；

       监测能源的使用效率，如根据热焓确定补充蒸汽量；

       监测各车间、制程的运行状况；

       改进工艺过程控制，比如使流量恒定在设定值或在一定范围内变化；

       判别设备能耗是高于标准还是低于标准，与标准又相差多少，变化过程中是否存在一定的规律？

蒸汽流量计分类与原理、结构

目前，测量蒸汽流量普遍选用的是差压流量计或涡街流量计且配合密度补偿。此处将分别介绍该两类型流量计的原理、结构以及优缺点。

       差压式流量计（含孔板流量计、皮托管流量计、V锥流量计等等）

       差压式流量计的原理是伯努利原理。这是最普通的流量技术，包括孔板、文丘里管和音速喷嘴。

       流量计由一次装置和二次装置组成，一次装置称流量测量元件，其安装在被测流体的管道中，能够产生与流量（流速）成比例的压力差，供二次装置进行流量显示。二次装置称显示仪表。它接收测量元件产生的差压信号，并将其转换为相应的流量进行显示。

       差压流量计的一次装置常为节流装置（如孔板等）或动压测定装置（如皮托管、均速管等）。二次装置为各种机械式、电子式、组合式差压计配以流量显示仪表。

       差压流量计的差压敏感元件多为弹性元件。由于差压和流量呈平方根关系，故流量显示仪表都配有开平方装置，以使流量刻度线性化。多数仪表还设有流量积算装置，以显示累积流量，便于经济核算。

       利用差压测量流量的方法历史悠久，比较成熟，可用于测量大多数液体、气体和蒸汽的流速，从使用比例来看，约占各种流量测量方式的70%。

       差压式流量计优点:

    (1)应用最多的孔板式流量计结构牢固，性能稳定可靠，使用寿命长； 

    (2)应用范围广泛。

       差压式流量计缺点:

    (1)测量精度普遍偏低； 

    (2)测量范围窄，量程比（可测最大流量与可测最小流量之比）一般仅为3:1~4:1； 

    (3)一般而言，现场安装条件要求高，上游必须有10倍于管径的直管段而下游须有5倍于管径的直管段； 

    (4)压损大（注意：特指孔板、喷嘴等形式），容易堵塞，流量测量的精确度取决于差压变送器的精确度；

    (5)后期维护量大。孔板等形式正逐渐被新型的V锥流量计（相对孔板而言，V锥的压损小而量程比宽）所替代。

图1  孔板式流量计

     图2  文丘里式流量计

   图3  V锥流量计

       流体振荡式流量计（含涡街式流量计等等）

       流体振荡式流量计是根据流体在特定流道条件下流动时将产生振荡，且振荡的频率与流速成比例这一原理设计的。当流通截面一定时，则流速与容积流量成正比。因此，测量振荡频率即可测得流量。

       这种流量计是70年代开发和发展起来的。由于它兼有无转动部件和脉冲数字输出的优点，很有发展前途。  

       流体振荡式流量计优点:

    (1)结构简单牢固，没有移动部件，也不存在污垢问题； 

    (2)适用流体种类多； 

    (3)精度较高； 

    (4)测量范围宽，量程比（即可测最大流量与可测最小流量之比）在4：1到25：1之间（具体视情况而定）； 

    (5)压损小。 

       流体振荡式流量计缺点:

    (1)不适用于低雷诺数测量，要求流体有较高的流动速度，以产生漩涡； 

    (2)需较长直管段； 

    (3)仪表在脉动流、多相流中尚缺乏成熟应用经验； 

    (4)由于利用流体振荡工作原理，系统管道振动时会影响测量精度（不过，一些专业厂商已能很好解决这个问题）。

图4  涡街式流量计

蒸汽流量计使用与安装注意事项

       蒸汽的密度补偿要科学准确

       为了正确计量蒸汽的质量流量，必须考虑蒸汽压力和温度的变化（对于饱和蒸汽而言，只考虑其中一个值的变化也可以），通过流量积算仪对蒸汽密度进行补偿。由于蒸汽系统的压力总是在变化，由此引起密度的变化，因而必须实时进行密度补偿。

       举例而言，现有一个简单的涡街流量计，设定为工作压力5.0bar g，如若实际工作压力仅为4.2bar g的话，无密度补偿时流量计会“认为”其运行在5bar而非4.2bar，则流量误差=（5 bar密度/4.2 bar 密度-1）/10=14.6%，从此例可见密度补偿的重要性。

       测量蒸汽温度的铂电阻一定要规范安装：测温铂热电阻插入管道中心位置、铂热电阻安装在流量计下游的5倍管径处、安装铂热电阻的管道位置采取保温措施等，确保测得的温度数值准确。在蒸汽压力的测量中一定要注意，如果采用引压管引压，必须进行零点迁移（因为引压管内冷凝水的重力作用会使压力变送器测量到的压力与实际压力之间出现一定的差值，引起密度补偿的误差），也可在流量积算仪内进行修正。压力变送器安装在蒸汽流量计下游的4倍管径处。压力变送器前的阀门、密封垫应完好畅通，以保证蒸汽压力的准确测量。

       如果采用设定压力、温度进行补偿，所设定的数值应力求接近实际，否则误差很大，一般不建议采用。

       在流量积算仪中要正确设定蒸汽流量计的运行状态，这对蒸汽费用的正确计算至关重要。

       对于蒸汽状态不好明确判断的使用场合，建议采用智能型流量积算仪，配合铂电阻、压力变送器进行温度、压力补偿，这样所计量的蒸汽质量流量最准确。

　　蒸汽流量计上下游直管段的正确安装

       对于传统的涡街流量计与孔板流量计而言，其前后安装直管段一般要求分别为20倍管径和5倍管径（这是流量计的前面无阀门等障碍物的技术要求；有障碍物还要增加直管段，具体见厂家的说明书）。如果上下游直管段不够，就会导致管道内蒸汽流动未充分发展，在流速分布剖面发生畸变。

       用户可通过在蒸汽流量计前安装流动调整器或增加直管段来调整管道的流速分布，使蒸汽流量计处的流体为充分发展状态。对于一些大口径蒸汽流量计，满足上下游直管段的安装要求更为重要。

       在直管段的设计之中，准确地测量出管径亦是一个重要的问题，我们通常使用的公称直径（DN）并不总能如实地反映出管道的实际直径，对于卷管等而言，管径实际值与公称直径相差不小，更需要考虑实际管径问题。

       蒸汽流量计的量程比要合理

       一般来说，衡量一个流量计的工作情况有两个标准，一是精确性（流量计对“真实”流量测量的精确反映），二是重复性（指流量计对相同流量在多次测试时显示同一数值的能力）。其中，好的重复性更为重要，很多蒸汽流量计的用户对测量值的趋势比测量的绝对精度是更感兴趣的。

       为了实现这两个标准，不得不提及量程比（最大可测流量与最小可测流量的比值），一个流量计若没有恰当的量程比，准确性与重复性都如无源之水一般。

       量程比是指一个流量计在能确保给定的准确度范围内，所能测量的最大流量和最小流量之比。用户要根据自己的实际使用量选择流量计，理论上待选蒸汽流量计的量程要完全覆盖用户的使用量程。

       超过流量上限和低于流量下限使用都会造成蒸汽流量计计量的严重不准。比如：实际平均流量为5t/h的涡街蒸汽流量计，一般应选择口径为150mm的涡街流量计，但是当流量降低到0.3t/h或超过15t/h时，流量计就会出现严重计量失准。

       此外，在选择流量计时应正确地选择流量计的口径，尽可能最接近用户的需要。

       蒸汽干度的影响

       目前，用于测量蒸汽流量的流量计大部分为体积流量计，先测得体积流量，然后通过蒸汽的密度计算质量流量，即是说假定蒸汽为完全干燥。但是，蒸汽并非完全干燥，如果不考虑蒸汽干度的影响，得出的数据会低于实际的流量。因此，流量计的二次仪表（流量计算机）应该具有设置饱和蒸汽干度的功能。

       测知蒸汽的干度十分困难，通常我们也采用干度修正来校正蒸汽流量值。

       定期依法检定很重要

     《计量法》和GB17167-2006《用能单位能源计量器具配备和管理通则》中明确说明：强制检定的计量器具和能源计量器具应定期检定，凡经检定不符合要求的计量器具一律不准使用。蒸汽流量计必须定期检定，这是保证蒸汽流量正确计量的前提。

      因此，广大用户每年都要将使用的蒸汽流量计等送到当地法定计量技术机构进行计量检定。如果蒸汽流量计检定合格，而实际使用却感觉“计量不准”，这时用户就要从仪表是否正确安装、选型、仪表运行状态设置、外界干扰、蒸汽的实际状态是否有变化等方面寻找解决问题的方法。

      现场存在的振动和电磁干扰应避免（针对涡街式流量计而言） 

      蒸汽计量中应用较多的涡街流量计受设计原理的影响，对机械振动比较敏感，如果蒸汽流量计现场存在振动干扰，就会对其产生低频率的脉冲信号影响，蒸汽流量计就会将这些脉冲作为流量信号传递给流量积算仪，形成累计流量，导致流量计在一段时间不用蒸汽的情况下仍然会有一定量的数值累计，这就是“不用汽而流量计走字”的原因。因此，应对蒸汽流量计前后管段作可靠的支撑，加装振动缓冲部件。如管道振动不可避免，应选用抗干扰能力相对强的智能式涡街蒸汽流量计，也可考虑差压式流量计等。

      此外，蒸汽用户在不用蒸汽的情况下，要与供汽单位共同记好表底，防止蒸汽流量计“空跑”。