流量計量中蒸汽流量計量系統的選型應用探究

韓 冰

（陜西省計量科學研究院，陜西 西安 710100）

蒸汽流量測量屬于流量計算中測量精準較高，實用性較為出色的一種計量方案，在蒸汽流量測量中，存在不同型號的計量儀器，這些儀器的選用將會影響到流量計量最終的測量結果，為此需要合理分析并挑選合適的計量儀器類型，以此實現計量數據的精準化。

1 蒸汽流量計量的應用原則

1.1 確保數值監控和檢測的實時性

在相關信息技術飛速發展的過程中，投入于蒸汽流量計量工作中的儀表儀器設備都具有先進水平的，在數據收集、傳輸和分析上都能實現遠程操作，通過對計算機終端的操作就能打破時間限制、地域限制和空間限制，全局性的實時監控各個儀器設備的運行情況，并自動化地記錄下每個環節的運行參數。所以，要基于流量計量特點的分析和對各種計量儀表優勢的全面了解，設置科學合理的遠程監測系統，并結合開展計量工作單位對測量項目的實際運行需求進行不斷優化和改進，實時監控每個環節里的計量儀表數據并做好動態數據對比，實現全局性的遠程有效監測，快速準確地定位造成計量數據誤差的地方并分析造成誤差或故障的具體原因，最大化地降低發生誤差事件的幾率，對計量數據進行有效控制。

1.2 合理選擇標準的蒸汽流量計量方法

提升計量精準度的基礎是選用適宜且準確的測量儀表，在控制蒸汽流量計量的工作中最常用的方式也是合理選取蒸汽流量計量方法，同時嚴把設備節流性能關和量程標準關，盡可能地選擇符合有關標準的節流設備，使工作人員只需要基于流量的實際變化情況，就能對計量儀表進行智能差變測量。

2 蒸汽計量輸差現象的原因分析

蒸汽計量輸差客觀存在，同時也無法絕對避免，但過大的誤差意味著較大的經濟損失。通常情況下經由計量儀表得出的蒸汽輸差原因都包含了計量儀表本身的誤差，無法實現“零誤差”[1]。因此，無論采取何種降低輸差的方式都需要詳細分析造成輸差的原因，使允許誤差控制在一定區間內，現將歸結的3類主要輸差原因介紹如下。（1）外界環境的溫度因素。較長的蒸汽管道途經多個不同的地區，當地區之間有明顯的溫度差時，計量儀表的測量精確度除難以得到保證以外，降雪、暴雨等難以控制的客觀天氣因素也會給蒸汽管道壓力帶來影響，即便進行差異分析也無法百分百恢復標準環境下的測量精準度，進而造成蒸汽輸送誤差。（2）計量儀表誤差累計。在蒸汽氣流量的測量過程中，計量儀表因多方干擾因素的限制難免出現測量誤差，盡管每次的誤差大小都屬于可控的允許范圍內，但超長運輸管道就意味著有諸多小誤差的積累，最終綜合的測量結果就會產生明顯的誤差。

3 蒸汽流量計量方法

目前我國應用頻率較高的蒸汽流量測量儀器有渦街流量計、超聲波流量計、質量流量計和節流式差壓流量計。

3.1 渦街流量計

應用較為頻繁的渦街流量計在結構上具有簡潔化的特征，在應用過程中操作簡易，初期的安裝和后期維護都較為便利，這也是為何廣泛應用渦街流量計的主要原因。由于渦街流量計傳感器不會直接作用于基礎介質，所以具體應用過程中并不會產生過多的磨損，相對而言有更長的使用壽命，能發揮更顯著的能源節約優勢。盡管如此，渦街流量計在使用過程中還是存在一定的局限性，尤其是處于雷諾數影響環境下的渦街流量計，其壓電晶體的安裝選擇只能是應力式，這就導致運行中的渦街流量計很容易被周圍環境影響，進而出現計量數據誤差[2]。

3.2 節流式差壓流量計

在我國蒸汽流量計量工作中占據應用計量方式主導地位的還是經典壓差儀表，據有關統計結果顯示，節流式差壓流量計在流量領域的計量貿易中占比達到九成。相比其他計量工具，節流式差壓流量計在應用方面具有制造成本低、安全、耐用、且適用口徑范圍大等管道計量優勢；缺點在于壓力損耗大、計量精準度易受環境因素影響、測量范圍有限和安裝復雜等。

綜上而言，節流式差壓流量計和渦街流量計是當前蒸汽流量測量方法中最常用的2種，除了節流式差壓流量計和渦街流量計外，還有超聲波流量計和質量流量計等也會在蒸汽流量測量方法中有所應用，但這些流量計的應用頻次不高，使用占比不大，所以在蒸汽流量測量的選型應用上主要集中于節流式差壓流量計和渦街流量計。嚴格意義上而言，這兩種流量計都存在各自的優勢和缺陷，故需要通過詳細的對比分析才能得知在蒸汽流量測量方法中選用哪種流量計更為合適。

4 選型途徑

4.1 經濟性對比

使用蒸汽流量計量的企業一般為熱力公司，根據其經營業務的要求，熱力公司需要與熱電廠進行貿易對接，因此在選用流量計上要注意2點，其一是流量計的準確度等級必須足夠高，其二是經濟效益上必須符合熱力公司的需求。節流式差壓流量計和渦街流量計比較，其優缺點見表1。

表1 節流式差壓流量計和渦街流量計的優缺點

從表1可知，渦街流量計的準確度等級更高，但采購價格更高，需要支出的資金更多，為了更好地了解2種流量計的性價比，還要計算其經濟效益，才能得知節流式差壓流量計和渦街流量計哪個更適用于蒸汽流量計量[3]。

假設某熱力公司使用DN300管道，高壓蒸汽參數為2.5 MPa、350℃，最大設計流量和常用流量分別是80 t/h和（40~50）t/h，同時DN300的節流式差壓流量計和渦街流量計示值誤差都是1%，該熱力公司的蒸汽價格是200元/t，以平均流量45 t/h為計算依據，可知金額誤差為：

1月金額差=45×1%×200×24×30=64 800元

1年金額差=45×1%×200×24×365=788 400元

根據兩個計算結果來看，如果不考慮市場需求因素，譬如蒸汽價格上漲或者是蒸汽用量加大等現象，那么一年時間可以至少節省出至少5~6個渦街流量計的采購價格。此外，渦街流量計和節流式差壓流量計相比的另一個優勢在于渦街流量計不需要像節流式差壓流量計一樣加裝可移動部件，也就不需要企業投入太多的人力資源對渦街流量計進行檢查和維修，而節流式差壓流量計因為可移動部件的緣故，需要安排維修人員定期開展人工維護，對磨損的孔板進行清洗和更換，這便加大了資金投入[4]。

除此之外，近幾年蒸汽流量的使用一直在增加，流量范圍也在不斷擴大，部分熱力企業的最大設計流量其實已經超過了80 t/h，即量程已經超過了3∶1，這方面量程比寬過窄的節流式差壓流量計顯然無法滿足熱力企業的測量需求，而渦街流量計卻能完全適應這一變化。如果再將能量損失也考慮在內，渦街流量計的阻力損失也遠遠低于節流式差壓流量計，不會引起太多的額外能耗，所以不管是考慮經濟效益還是人工上的節省，渦街流量計都比節流式差壓流量計更適合應用于過熱蒸汽測量。

4.2 配套設備及安裝

渦街流量計在測量優勢上較之節流式差壓流量計更加明顯，但該流量計的缺陷問題也較為突出，渦街流量計只能對工況條件下的體積流量進行顯示，這導致該流量計不能有效實現貿易計量。出于測量需要，在使用渦街流量計時還要配備熱電阻、壓力變送器和流量計算機。渦街流量計的準確度等級最好為1.0級，選用長頸、高溫型最為合適，熱電阻的插入深度應當在150 mm左右，配合溫度套管，且溫度測量范圍要維持在0~400℃間，壓力變送器的壓力測量范圍為0~3 MPa，在安裝時，蒸汽流量計量系統要嚴格遵循國家標準[5]。常用的安裝方法有機械安裝和電氣安裝2種。使用機械安裝需要注意管道振動的問題，如果現場存在蒸汽管道振動劇烈，或者因為列車行駛等因素引發外部振動現象時，渦街流量計需要在前后端安裝抗振動軟節。

另外，采取機械安裝時，渦街流量計旋渦穩定較差，為了不影響渦街流量計的旋渦穩定，流量調節閥必須安裝在流量計的下游，也同樣出于減少對渦街流量計的旋渦穩定影響，壓力變送器和熱電阻也應當安裝在流量計下游。在安裝過程中，工作者要先安裝壓力變送器，然后在隔1D~2D位置的下游安裝熱電阻，具體結構如圖1所示。

圖1 蒸汽流量計量系統機械安裝示意圖

另一種安裝方式為電氣安裝，如圖2所示，需要注意引線長度、線徑和阻值，這些因素會對上傳到流量計算機的溫度差異帶來影響，所以在電氣安裝中需要配備UPS電源、防雷、接地等輔助設備，確保流量計的長期穩定可靠以及在極端惡劣天氣下也能保持正常使用。

圖2 蒸汽流量計量系統電氣安裝示意圖

5 結束語

通過綜合比較、選型和安裝，以及結合熱力企業貿易結算的需要，在蒸汽測量計量中選用渦街流量計蒸汽計量系統更為合適，通過選擇渦街流量計蒸汽計量系統進行測量計量工作，所得到的測量結果更加準確，且企業為渦街流量計蒸汽計量系統投入的資源也更加少，性價比優異，值得在蒸汽測量中大范圍投入應用。