影响蒸汽流量计正确测量的因素和解决方法

1、关于影响蒸汽流量计正确测量的因素和解决方法第1页，共40页，2022年，5月20日，14点48分，星期三 我公司蒸汽流量计有：孔板流量计，喷嘴流量计，涡街流量计，弯管流量计等。蒸汽的计量不同于其它流体如水、空气等介质，在实际测量中影响其精确测量的因素较多，同时在国内关于蒸汽测量方面也存在不少误区。影响正确测量蒸汽流量的因素很多，下面我们分析一下影响正确测量蒸汽流量的因素及处理方法。公司流量计简介问题一：我公司所用的蒸汽流量计有哪几种？第2页，共40页，2022年，5月20日，14点48分，星期三一、蒸汽流量的变化对测量的影响 公司内的用汽负荷比较稳定，热用户、生产用汽单位的用汽，由于用汽的时间

2、性、生产任务、人为因素等原因的用汽量我们可能无法知道或变化很大，流量计必须能够测量从极端的低负荷至最大负荷的整个范围。因此流量计在可能的流动工况下具有尽可能大的量程比。但涉及量程比时我们还要注意，因为量程比是居于现实的流动速度上，通过查资料发现对于蒸汽系统一般的最大允许速度为35ms，更高的流动速度会引起系统的冲蚀和噪音。比如标准孔板、标准喷嘴、弯管等流量计流速超过量程时由于变送器的量程限制流量不增加，仍显示为最大量程。涡街流量计流速超过量程时，由于噪音的影响，发现有的涡街流量计量程不但不增加，反而减少。而不同的流量计允许的最低流速是不同的，根据流量测量原理，大部分流量计有小信号切除的功能，因

3、此对于流量变化比较大的系统，很容易造成在低流量(低流速)时有些流量计无法正确计量或不能计量的事实。仪表的选型时要尽可能选择流量量程比大的流量计，避免在测量小流量时不正确或流量“丢失”现象，但具体如何选择还要根据具体情况而定。问题二：如何消除蒸汽流量的变化对测量的影响？第3页，共40页，2022年，5月20日，14点48分，星期三二、蒸汽压力和和温度变化引起的密度变化 在理想情况下，蒸汽的压力能保持绝对的恒定。然而，在现实世界中，由于蒸汽系统负荷的变化、系统的压力降，炉、机运行参数的变化，热网热用户用汽量大小等原因都会引起压力的变化，有时这种变化是很大的，在输送蒸汽的过程中即使在压力不变，由于蒸

4、汽管道的对外散热，也要损失掉一部分热量，从而引起温度的变化，导致蒸汽密度发生了变化。 如孔板流量计：孔板和差压变送器输出的是差压信号。其质量流量与流量计的几何外型、差压平方根和密度平方根有关。其质量流量公式是第4页，共40页，2022年，5月20日，14点48分，星期三 其中：qm流体质量流量Kg/s d节流件孔径 c流体流出系数 节流件孔径与管道内径d/D 节流件装置上游取压口处的流体密度Kg/m3 流束膨胀系数 p节流装置上下游取压口的压力之差第5页，共40页，2022年，5月20日，14点48分，星期三 孔板和差压变送器输出的差压信号只和流体流速有关，而和介质的密度、压力、温度无关。即对

5、于给定的流动速度，1MPa和05MPa的蒸汽，或300和200的蒸汽，对同一个孔板和差压变送器其输出信号是相同的。因此，对于一个孔板式蒸汽流量计如果指定在某压力或温度下工作，而实际运行于不同的压力和温度，即在一定的差压下，因温度和压力变化引起的误差可用以下方法简单计算：其中：e基于真实流量的误差， sp指定压力温度下的蒸汽密度，Kg/m3 act实际工况下的蒸汽密度，Kg/m3第6页，共40页，2022年，5月20日，14点48分，星期三 应用举例 一 一个孔板蒸汽流量计如果指定在过热蒸汽压力为05 MPa下工作，而实际的运行压力为04MPa。通过查过热蒸汽密度表得知：在相同的温度（290）下

6、压力为05 MPa的蒸汽密度为19495Kg/m3，压力为04MPa的蒸汽密度为15554Kg/m3。 注：以上压力是指绝对压力，如果不告知，下面所说的压力均为绝对压力。 其测量误差为：e1.94951.5554一1100+119第7页，共40页，2022年，5月20日，14点48分，星期三 应用举例二 一个孔板蒸汽流量计如果指定在过热蒸汽温度为290工作，而实际的运行温度为250。通过查过热蒸汽密度表得知：在相同压力下（05 MPa）温度为290的蒸汽密度为19495Kg/m3，温度为250的蒸汽密度为21081Kg/m3。 其测量误差为：e1.94952.1081一110038第8页，共4

7、0页，2022年，5月20日，14点48分，星期三 再如涡街流量计： 涡街流量计质量流量公式： qm （3600fK） f频率（Hz） K仪表系数 涡街流量计的测量探头信号输出只和流速有关，而和介质的密度、压力、温度无关。即对于给定的流动速度，1MPa和05MPa的蒸汽，或300和200的蒸汽，对同一个涡街流量计探头其输出信号是相同的。因此，对于一个涡街蒸汽流量计指定在某压力或温度下工作，而实际运行于不同的压力和温度，其因温度和压力变化引起的误差可用以下方法简单计算： espact一1100 其中：e基于真实流量的误差， sp指定压力温度下的蒸汽密度，Kg/m3 act实际工况下的蒸汽密度，K

8、g/m3第9页，共40页，2022年，5月20日，14点48分，星期三应用举例 三 一个涡街蒸汽流量计指定在过热蒸汽压力为05 MPa下工作，而实际的运行压力为04MPa。通过查过热蒸汽密度表得知：在相同的温度下（290）压力为05 MPa的蒸汽密度为19495Kg/m3，压力为04MPa的蒸汽密度为15554Kg/m3。 其测量误差为： e(1.94981.5554一1)100+253 再如：一个涡街蒸汽流量计指定在过热蒸汽温度为290下工作，而实际的运行温度为250。通过查过热蒸汽密度表得知：在相同压力（05 MPa）下温度为290的蒸汽密度为19495Kg/m3，温度为250的蒸汽密度为

9、21081Kg/m3。 其测量误差为：e(1.94982.1081一1)10075第10页，共40页，2022年，5月20日，14点48分，星期三三、蒸汽干度对于饱和蒸汽的影响 目前，用于测量蒸汽流量的流量计大部分为体积流量计。首先测得体积流量，然后通过蒸汽的密度(固定密度或根据温度、压力补偿)计算质量流量，也就是假定蒸汽为完全干燥。但是，蒸汽并非完全干燥，这几乎适用于所有的情况，特别是目前国内产生的蒸汽品质不同，蒸汽输送管道没有有效的凝结水排放。因此通过以上方法测得的蒸汽质量不尽正确。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。 实际的蒸汽流量和假定干蒸汽(蒸汽干度=1)所测得的流

10、量可以用以下公式近似表达： QmxQmdx12 其中：Qmx实际干度下的质量流量kgh Qmd干饱和蒸汽下的流量kgh x蒸汽干度第11页，共40页，2022年，5月20日，14点48分，星期三 通过上述公式，如果蒸汽的干度为095，而测量时认为100的干蒸汽，则实际测量误差为: eQmxQmd1 1x12 1 109512 1 26 因此流量计的积算仪应该包括能设置饱和蒸汽干度的功能。但在实际工况确定蒸汽的干度也很困难。如果能够改进蒸汽流量计入口处的蒸汽品质，则能改进蒸汽流量计的测量精度。 因此，对于饱合蒸汽干度的影响，应注意干度的的修正，确保高品质的蒸汽流经流量计。建议在流量计的上游安装汽

11、水分离装置，以提高测量正确性。 第12页，共40页，2022年，5月20日，14点48分，星期三四、流体相变对测量结果的影响1. 汽相变液相 过热蒸汽在经过长距离输送后，往往会因为热量损失温度降低而脱离过热状态，进入饱和状态，甚至部分蒸汽冷凝变成水滴而出现相变。这些水滴对流量测量结果究竟有多大影响，下面举例说明。 有一常用压力为 1.0MPa 的过热蒸汽，其流量为qm，假设经长距离输送后有10%qm 冷凝成水滴，令其为qmL,而保持汽态的部分为qms，从定义知，此时湿蒸汽的干度为 由于采用温压补偿，所以按照临界饱和状态查表，得到此时的蒸汽(干部分)密度为s=5.6808kg/m3，查水密度表知

12、此时水滴的密度为L=882.47kg/m3，显然水滴与蒸汽干部分的体积流量为第13页，共40页，2022年，5月20日，14点48分，星期三 由定义知，蒸汽干部分体积流量占湿蒸汽总体积流量之比 RV 为 在该例中，RV=99.93%，由此可见，在湿蒸汽中，水滴所占的体积可忽略不计。问题三：凝结成的水滴在饱和蒸汽体积流量计中有何影响？第14页，共40页，2022年，5月20日，14点48分，星期三2. 蒸汽状态判别 蒸汽状态判别其实比较简单。在下图所示的过热蒸汽密度表示意图中，从压力测定值P0出发去查温度，如果温度测定值大于饱和温度t1，则判别蒸汽为“过热蒸汽”；如果温度测定值小于t1，则判别蒸

13、汽状态为“过饱和蒸汽”，此时，温度信号与压力信号不平衡。如果温度测定值等于t1，则判别蒸汽状态为“饱和蒸汽”，此时温度信号与压力信号处于平衡状态。如果我们没有下面的过热蒸汽密度表示意图，也可以通过饱和蒸汽密度表去查温度也可以粗略地估计一下。问题四：如何判别蒸汽处于何种状态？第15页，共40页，2022年，5月20日，14点48分，星期三 当过热蒸汽因热量损失而脱离过热状态后，只可能出现两种情况。一种是进入临界饱和状态，另一种是进入过饱和状态。如果进入临界饱和状态，从理论上讲，流量计不会因此而增大误差，因为在流量计流量计算公式中，根据蒸汽压力查出的与实际密度是相符的。如果进入过饱和状态，情况就复

14、杂了。一般认为，蒸汽干度较高(X95%)时流体可视为单相流体。温压补偿可按通常方法进行，但出现一定误差。在流量计流量计算公式中，是实际流体湿饱和蒸汽的密度，其值比临界饱和状态的大，而且干度越低密度越大。而人们根据压力查出的是临界饱和状态的密度，比实际密度小，所以质量流量计算结果出现负误差。在湿度不进行测量的情况下，X 是未知数，因此，测量结果偏低多少也是个未知数。 在蒸汽干度较低(X300时，最大误差0.1%MV。 下面从一实例分析不同的传感器、变送器精度对补偿误差的影响。第30页，共40页，2022年，5月20日，14点48分，星期三 有一饱和蒸汽流量计，蒸汽常用压力1.0MPa（压力为表压

15、），其饱和温度为184.1，如果忽略温度传感器和压力变送器安装带来的误差，而且压力变送器导压管中的液柱对压力测量的影响也已做了校正，况且选用的是A级铂热电阻，此时测温最大误差为0.59，用这个测量结果去查密度表，密度可能产生的最大的误差是0.072kg/m3，这个误差比选用0.5 级压力变送器效果略差，比1.0 级压力变送器效果略好。显然，采用温度补偿方法，补偿精度不如压力补偿。如果蒸汽常用压力是其他值，上面列出的数字可能会有差异，但基本结论不会变。因此，对饱合蒸汽测量补偿来说，压力补偿与温度补偿相比，压力补偿精度高一些，温度补偿投资省一些，具体仪表选型时应根据系统精度要求和资金承受能力，权衡

16、利弊得失做出抉择。第31页，共40页，2022年，5月20日，14点48分，星期三七、 流量仪表的正确安装 不同原理的测量方法对安装要求差异很大。例如有些仪表(如差压式、涡轮式)需要长的上游直管段，以保证仪表进口端前流动必须达到充分发恩而另一些仪表(例如容积式、浮子式)则无此要求或要求很低。有些仪表使用说明书未详细说明仪表应考虑安装位置与流动方向、维护空间、安装方向等要求及其影响。然而从众多发表资料表明流量仪表测量性能受安装状况的影响很大。追溯流量仪表应用不好误差较大的原因，有很大部分是安装不善所致。常见的错误有： 孔板进出口面反装；流量传感器安装在流速分布不良的场所；连接到差压装置的引压管中

17、存在不希望有的相；安装在有害的环境或不易接近的位置；仪表处于错误的流动方向；差压式仪表引压管线斜率不正确；仪表或电信号传输线至于强电磁场下；将易受振动干扰的仪表装于有振动的管道。等等。 第32页，共40页，2022年，5月20日，14点48分，星期三 因此从上面的流量表测量影响因素来看，安装方面应考虑的因素有：仪表的安装方向、流动方向、上下游管道状况、阀门位置、防脉动流影响、振动、电气干扰和维护空间等。 正确安装流量计是确保能正确计量蒸汽的关键之一。由蒸汽流量计用户在安装流量计时必须注意以下几点：管道布置方向 应用实际应用中管道布置方向有时会影响流量表的选择。有些仪表水平安装和垂直安装在测量性

18、能上会有差别，例如流体垂直向下流动带给仪表转动元件额外力，会显著影响性能，线性或重复性变坏。大部分仪表的安装方向均由制造厂作出规定，应予遵守。如安装方向要与规定方向不一致，应与制造厂磋商，作进一步确认。流量表安装方向还取决于流体的物性如水平管道可能淀沉固体颗粒，因此测量液体的仪表最好安装于垂直管道。有些仪表则不受安装方向限制。第33页，共40页，2022年，5月20日，14点48分，星期三流动方向 有些流量仪表只可以在某一流动方向工作，错误安装成反向流动会使测量有差异，大部分流量仪表壳体标有流动方向，安装时要注意。上游和下游管道直管段 大部分流量仪表或多或少受进口流动状况的影响，必须保证有良好

19、的流速分布。管道布置会引入不同类型流动扰动，最普遍的是流速分布剖面畸变和旋涡。流速剖面畸变通常由于管路配件局部阻碍（如阀门）造成，或者受弯头的影响。旋涡普遍是由两个或两个以上空间弯头所引起的。这些影响能够以适当长度上游直管段或安装流动调整器予以改善。管径 非常小或非常大管径往往限制流量仪表的选择。因为有些类型仪表的口径范围并不很宽。测量大管径低流速或小管径高流速的流量，可选用与管径尺寸不同的仪表口径，并以异径管连接之，使运行流速在商品仪表规定的范围内。使之消除选择过低流速，仪表受到限制，过高流速则测量元件可能超速或压力降过大而损坏仪表。第34页，共40页，2022年，5月20日，14点48分，

20、星期三维护空间 维护空间的重要性常被忽视。一股来说应能进入到仪表周围，易于维护，并能有更换流量表的位置。管道振动 有些流量仪表(如涡街式、科氏质量式)易受振动干扰，应考虑管道作可靠支撑设计。脉动缓冲器虽可消除泵和压缩机的影响，然而所有仪表还是应远离振动或脉动安装为宜。阀门位置 流量仪表的管线上总是有控制阀和管线隔离阀。控制阀应装在仪表下游，以避免由阀产生任何流速分布扰动和气穴，从而流量表测量不正确或对流量计造成损伤。通常仪表上下游分别装有隔离阀，能使仪表与管线液流隔离，以便维护。上游阀应全开，应离仪表足够距离避免仪表进口的流速分布畸变。电气连接和电磁干扰 当代大部分仪表系统，在仪表上或其附近结

21、合着电子设备。采用的电源要适合于所选择的仪表。当仪表输出电平低，应适用于环境相适应的前置放大器。所有电气连接应有抗杂散电干扰的第35页，共40页，2022年，5月20日，14点48分，星期三能力。制造厂一般会提出连接电缆的型号和建议连接方法。有些类型流量仪表的输出信号易感受大功率电源影响，大功率电源会使仪表输出脉冲波动，还会影响仪表电工作性 能，如电磁流量计的磁场被畸变。信号电缆应尽可能远离电力电缆和电力源，降低电磁干扰和射频干扰影响至最低水平。 环境条件方面的考虑 选型过程中应考虑仪表的周围条件及其预期变化，这些因素如环境温度、湿度、安全性和电气干扰等。同时还应注意如下几点： a流量计上游特别是测量饱合蒸汽流量时应安装汽水分离装置和过滤器。蒸汽中的水分不仅影响计量的正确性，同时会对流量计造成机械性的伤害，如水锤、冲蚀等。因此，流量计上游应安装汽水分离装置，并用浮球式疏水阀进行疏水。流量计前也应安装过滤器