蒸汽流量測量準確度的分析

蔣哲峰

摘 要：本文就蒸汽流量測量中準確度不高的原因進行分析，根據我公司蒸汽流量測量中的具體情況，并主要針對孔板流量計，從一次節流元件、導壓管、到密度補償和相關系數的影響等方面進行分析，提出了提高測量準確度的方法。

關鍵詞：過熱蒸汽；飽和蒸汽；溫度壓力補償；流出系數

1.引言

在我公司的蒸汽流量測量中，由于蒸汽的特殊性質，測量不準確是經常出現的問題。而提高蒸汽流量準確度，一直是人們追求的目標。目前我公司使用的蒸汽流量測量儀表有標準孔板，渦街流量計，彎管流量計等，使用最多的還是標準孔板流量計，因此本文主要從孔板流量計的測量誤差展開分析，探討引起測量誤差的主要因素及其解決方法。

2.蒸汽流量測量中影響測量的主要因素及解決方法

2.1一次測量元件引起的誤差

孔板流量計中的節流元件是尖銳的直角邊緣，流體在節流元件的入口收縮，根據伯努力方程，流速增加，壓力減小，孔板的測量原理就是根據孔板入口和出口的壓差進行測量的。孔板平鈍后流出系數增大，產生測量誤差。流出系數對蒸汽流量測量的影響是普遍存在的。

測量管也是節流裝置的組成部分，其結構尺寸對流體流動狀態有重要的影響，測量管除滿足前10D后5D的要求外，還對內表面的光滑度有要求。粗糙管的流速分布與光滑管是有區別的，流出系數也不相同，管道結垢、腐蝕，流出系數發生變化，產生測量誤差。

對于孔板入口邊緣磨損的問題，我們可以選用標準噴嘴，由于噴嘴入口是一個光滑的曲面，它的抗磨損，抗積污，抗變形程度遠好于孔板，流出系數穩定性也比孔板好，壓力損失也比孔板小得多，而且它的檢定周期為4年，大大減少了維護費用。

對于測量管的問題，在管道安裝時就盡量選用光滑度高，質量好的管道，必要時請專業廠家定制測量管道、連接法蘭，冷凝器等，補償用的溫度和壓力測量點也可以統一開工獲取。雖說一次性投資高些，但由于投入使用后沒有特別原因，一般不進行更換，還是使用周期越長越好，這樣綜合經濟效益還是高些。

2.2測量信號的傳遞失真

測量信號傳遞是孔板前后的差壓信號經導壓管傳遞到差壓變送器，由于結構的不同，孔板流量計不同于渦街流量計那樣直接裝在管道上，它需要進行信號傳遞。對于蒸汽流量測量而言，傳遞部分可由閥門，導壓管，冷凝器等部件組成。對于信號傳遞部件來講，應保證傳遞信號不失真。實際使用中的大部分故障，往往是信號傳遞失真引起的。差壓信號產生的傳遞失真比作為補償用的溫度和壓力信號失真影響更大，必須引起注意。冷凝器在信號傳遞中處于關鍵位置，冷凝器中的液面保持一定高度，多余的冷凝液要回流到蒸汽管道，既要保證冷凝器中蒸汽很好地冷凝，又要使冷凝液回流暢通無阻。

氣相導壓管的一次根部閥門應保證蒸汽氣相進入冷凝器，冷凝器里面多余的冷凝液回流到蒸汽管道，否則兩只冷凝器液面不能保持相平，會對差壓信號產生附加誤差。一次根部閥門盡量選用閘閥，保證壓力信號傳遞通暢無阻，減少測量誤差。

測量用的導壓管要加保溫伴熱，否則冬季不能正常工作。不管采用電伴熱還是蒸汽伴熱，一定要保證兩只導壓管受熱均等，不然會因導壓管中的液體的密度不同而產生附加差壓誤差。

作為壓力補償用的變送器一般和壓力取壓口不在同一高度上，如果變送器比取壓口低，所測出的壓力為管道中蒸汽的壓力加上導壓管中冷凝液產生的壓力，可在變送器中進行正遷移將這部分壓力遷移掉。使變送器測出的壓力為管道中實際蒸汽壓力。

2.3蒸汽密度問題產生的誤差

測量蒸汽質量流量時要根據蒸汽的密度進行計算，因蒸汽的密度計算不準確產生測量誤差。我公司蒸汽流量測量儀表中渦街流量計是用工藝車間提供的蒸汽密度值為參考值，不是實際的密度值，得出的蒸汽流量會和實際流量有誤差。選用渦街流量計時，最好選用能進行溫度和壓力補償的型號，并且安裝測溫和測壓元件取得溫度和壓力數值。我公司用的孔板式流量計測出的流量由DCS系統顯示，沒有進行溫度壓力補償。為了提高測量的準確度，必須進行溫度壓力補償。對于孔板流量計，取得差壓信號的同時，還需測得溫度和壓力信號，通過DCS中的專用軟件進行溫度和壓力補償。

2.4相關系數的影響

流出系數C和可膨脹系數ε在一定范圍內可看作常數，但是，當蒸汽的狀況偏離設計狀態時，其流出系數C和可膨脹系數ε就會發生變化，就不能視為常數。測量小流量時，隨著雷諾數變小，流出系數C將產生較大的變化。測量高壓時，則必須考慮氣體的可膨脹系數ε的影響，如果我們只補償密度變化的影響，即使實現了對密度的完全補償，其它各參數變化累加后的最大誤差仍達6%左右，其中，可膨脹系數ε引入的誤差最大。所以，要想提高儀表的測量精度，除補償密度外還應考慮整個補償方程中其它參數變化的補償問題。DCS中的蒸汽測量模塊中，不僅有密度補償方式，還有流出系數C和可膨脹系數ε的修正辦法，只要我們選用合適的流量測量模塊，就能提高蒸汽流量的測量準確度。

一般認為，蒸汽干度X較高（X≥95%）時流體可視為單相流體。溫度壓力補償可按通常方法進行。但出現一定誤差。干度越低密度越大。在蒸汽干度較低（X<95%）時，管道中的流體處于二相流狀態。情況嚴重時，流體分層流動，產生誤差更大。目前還沒有在線的干度測量儀表測量蒸汽的干度，最好的辦法就是加強蒸汽傳輸管道的保溫，提高蒸汽的過熱度，使蒸汽的干度較高，測量也比較準確。

3.結論

由于目前使用的流量儀表測量蒸汽，由于被測介質的特殊性，存在測量不準確的情況，我們只有對可能產生的誤差原因進行認真分析，從一次檢測元件的安裝，到閥門、導壓管、冷凝器及差壓變送器的安裝，再對蒸汽密度的溫度壓力補償和相關參數的修正，都采取適當措施加以防止可能出現的問題，才能提高蒸汽流量測量的準確度。找到一條成功的蒸汽流量測量之路。

參考文獻：

[1]熊翼.對蒸汽流量測量準確度問題的分析.科技創新論壇，2011.02

[2]魯衛華. 關于蒸汽流量測量的討論.儀器與測控，2003.03