1.過(guò)熱蒸汽與飽和蒸汽的區別

蒸汽是比較特殊的介質(zhì)，一般情況下所說(shuō)的蒸汽是指過(guò)熱蒸汽。過(guò)熱蒸汽是常見(jiàn)的動(dòng)力能源，常用來(lái)帶動(dòng)汽輪機旋轉，進(jìn)而帶動(dòng)發(fā)電機或離心式壓縮機工作。過(guò)熱蒸汽是由飽和蒸汽加熱升溫獲得。其中絕不含液滴或液霧，屬于實(shí)際氣體。

過(guò)熱蒸汽在經(jīng)過(guò)長(cháng)距離輸送后，隨著(zhù)工況（如溫度、壓力）的變化，特別是在過(guò)熱度不高的情況下，會(huì )因為熱量損 失溫度降低而使其從過(guò)熱狀態(tài)進(jìn)入飽和或過(guò)飽和狀態(tài)，轉變成為飽和蒸汽或帶有水滴的過(guò)飽和蒸汽。

未經(jīng)過(guò)熱處理的蒸汽稱(chēng)為飽和蒸汽。它是無(wú)色、無(wú)味、不能燃燒又無(wú)腐蝕性的氣體。飽和蒸汽具有如下特點(diǎn)。

（1）飽和蒸汽的溫度與壓力之間一一對應，二者之間只有一個(gè)獨立變量。

（2）飽和蒸汽容易凝結，在傳輸過(guò)程中如有熱量損失，蒸汽中便有液滴或液霧形成，并導致溫度與壓力的降低。含有液滴或液霧的蒸汽稱(chēng)為濕蒸汽。

（3）準確計量飽和蒸汽流量比較困難，因為飽和蒸汽的干度難以保證，一般流量計都不能準確檢測雙相流體的流量，蒸汽壓力波動(dòng)將引起蒸汽密度的變化，流量計示值產(chǎn)生附加誤差。所以在蒸汽計量中，必須設法保持測量點(diǎn)處蒸汽的干度以滿(mǎn)足要求，必要時(shí)還應采取補償措施，實(shí)現準確的測量。

準確計量飽和蒸汽流量比較困難，因為飽和蒸汽的干度難以保證，一般流量計都不能準確檢測雙相流體的流量，蒸汽壓力波動(dòng)將引起蒸汽密度的變化，流量計示值產(chǎn)生附加誤差。所以在蒸汽計量中，必須設法保持測量點(diǎn)處蒸汽的干度以滿(mǎn)足要求，必要時(shí)還應采取補償措施，實(shí)現準確的測量。

2. 測量的分析

目前使用流量?jì)x表測量蒸汽流量，測量介質(zhì)都是指單相的過(guò)熱蒸汽或飽和蒸汽。對于相流經(jīng)常變化的蒸汽，肯定會(huì )存在測量不準確的問(wèn)題。這個(gè)問(wèn)題的解決方法是保持蒸汽的過(guò)熱度，盡量減少蒸汽的含水量，例如加強蒸汽管道的保溫措施，減少蒸汽的壓力損失等，以提高測量的準確度。然而這些方法并不能徹底解決蒸汽流量測量不準確的問(wèn)題，解決這一問(wèn)題的根本辦法是開(kāi)發(fā)一種可測兩相流動(dòng)介質(zhì)的流量?jì)x表。

用于檢測氣體流量的流量計種類(lèi)很多，以速度式和容積流量計應用最普遍，它們的共同特點(diǎn)是只能連續測定工況下的體積流量，而體積流量又是狀態(tài)的函數，工作狀態(tài)下的體積流量不能確切的表示實(shí)際流量，工程上一般都以標準狀態(tài)體積流量或質(zhì)量流量表示。所謂標準狀態(tài)體積是0℃、1個(gè)標準大氣壓下的氣體體積或20℃、1個(gè)標準大氣壓下的體積。以質(zhì)量流量為計量單位的情況，目前應用不多。采用刻度氣體流量計時(shí)，選定氣體正常溫度、壓力為設計條件，將設計狀態(tài)下的體積流量折算為標準體積流量或質(zhì)量流量，其折算系數中含有氣體密度的因素，當氣體介質(zhì)的工作狀態(tài)偏離設計狀態(tài)，流量示值將產(chǎn)生誤差。此外氣體介質(zhì)的組成、含量或溫度的變化，對流量測量也產(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雜。#p#分頁(yè)標題#e#

過(guò)熱蒸汽的密度由蒸汽的溫度、壓力兩個(gè)參數決定，而且在參數的不同范圍內，密度的表達形式也不相同，無(wú)法用同一通式表示，所以不能獲得統一的密度計算公式，只能個(gè)別推導求得溫度、壓力補償公式。在溫度、壓力波動(dòng)范圍較大的場(chǎng)合，除進(jìn)行溫度、壓力補償外，還需要考慮對氣體膨脹系數ε的補償。

無(wú)論采用何種流量計檢測飽和蒸汽的流量，在蒸汽壓力波動(dòng)的條件下工作，必須采取壓力補償措施，這是因為在流量方程中，都含有蒸汽密度的因素，工作條件與設計條件不一致時(shí)，讀數會(huì )產(chǎn)生誤差，誤差的大小和工作壓力與設計壓力偏差的大小有關(guān)，P實(shí)＞P設將出現負誤差，否則將出現正誤差。蒸汽的干度條件是關(guān)系到能否準確計量蒸汽流量的重要條件，目前正在研制在線(xiàn)蒸汽干度檢測儀表，待干度儀表應用于蒸汽流量計量與補償系統，必將進(jìn)一步提高計量的準確性。目前應采取以下三項措施：

（1）輸送蒸汽的管路必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，在管道的最低處及儀表前的管道上應設置疏水器，及時(shí)排出冷凝水。

（3）鍋爐操作中應避免出現汽包液位過(guò)高現象，盡量減少負荷出現大的波動(dòng)。

3 流量?jì)x表的選型

對于蒸汽計量在選擇流量?jì)x表時(shí)應考慮5個(gè)主要因素：被測流體特性、生產(chǎn)工藝情況、安裝條件、維護需求以及流量?jì)x表的特性。這里，著(zhù)重討論流量?jì)x表的特性、安裝條件、維護需求以及選用流量?jì)x表應注意的幾個(gè)問(wèn)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(shuō)明。

3.1 渦街流量計

渦街流量計是基于卡門(mén)渦街原理而研制成功的一種新型流量計，由于它具有其它流量計不可兼得的優(yōu)點(diǎn)，70年代以來(lái)得到了迅速發(fā)展。據介紹，現在日本、歐美等發(fā)達國家使用渦街流量計的比例大幅度上升，已經(jīng)廣泛用于各個(gè)領(lǐng)域，將在未來(lái)流量?jì)x表中占主導地位，是孔板流量計的理想替代產(chǎn)品。它具有以下特點(diǎn)：

① 結構簡(jiǎn)單牢固，無(wú)可動(dòng)部件，長(cháng)期運行十分可靠；

② 維護十分方便，安裝費用低；

③ 傳感器不直接接觸介質(zhì)，性能穩定，壽命長(cháng)；

④ 輸出與流量成正比的脈沖信號，無(wú)零點(diǎn)漂移，精度高，并方便與計算機聯(lián)網(wǎng)；

⑤ 測量范圍寬，量程比可達1：10；

⑥ 壓力損失小，運行費用低，更具節能意義；

⑦ 在一定的雷諾數范圍內，輸出信號頻率不受流體物理性質(zhì)和組分變化影響，儀表系數僅與漩渦發(fā)生體的形狀和尺寸有關(guān)，測量流體的體積流量無(wú)需補償，調換配件后無(wú)需重新標定儀表的系數；#p#分頁(yè)標題#e#

⑧ 應用范圍廣，氣體、液體的流量均可測量；

⑨ 檢定周期為2～4年。

但該流量計也存在一定的局限性：

① 渦街流量計是一種速度式流量計，漩渦分離的穩定性受流速影響，故它對直管段有一定的要求，一般是前10D、后5D；

② 測量液體時(shí)，上限流速受壓損和氣蝕現象限制，一般是0.5～8m/s；

③ 測量氣體時(shí)，上限流速受介質(zhì)可壓縮性變化的限制，下限流速受雷諾數和傳感器靈敏度的限制，蒸汽是8～25m/s；

④ 應力式渦街流量計對振動(dòng)較為敏感，故在振動(dòng)較大的管道安裝流量計時(shí)，管道要有一定的減震措施；

⑤ 應力式渦街流量計采用壓電晶體作為檢測傳感器，故其受溫度的限制，一般為-40～+300℃。

3.2 差壓式流量計

以孔板流量計為代表的差壓式流量計應用歷史悠久，有國際標準，理論精度高，應用十分普遍。但經(jīng)過(guò)幾十年的應用，發(fā)現孔板流量計也存在不足：

① 應用中許多因素（設計參數與工況參數不符，上游直管段不足，孔板和管道不同心，孔板A面受污，銳角磨損等）對其測量精度有非常大的影響，使其測量誤差增大；

② 安裝較為麻煩，維護及拆洗的工作量較大；

③ 需配差壓變送器使用，增加了維護的工作量，另需敷設導壓管，且在冬季需對導壓管進(jìn)行保溫，不可以安裝在室外；

④ 流量量程比為1：3，局限性大；

⑤ 若安裝不正確，容易發(fā)生蒸汽泄漏；

⑥ 壓力損失較大，運行費用高。

3.3 彎管流量計

彎管流量計實(shí)際上是一個(gè)90度標準彎頭，沒(méi)有比它結構更簡(jiǎn)單的流量傳感器了。隨著(zhù)機械加工工業(yè)的發(fā)展和行業(yè)標準化及規范化管理的不斷完善，用作彎管傳感器的標準機制彎頭性?xún)r(jià)比越來(lái)越高。它的特點(diǎn)是：

① 結構簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉。

② 彎管流量計傳感器耐磨損，對微量磨損不敏感。

③ 安裝簡(jiǎn)單，可采用直接焊接法進(jìn)行安裝，使現場(chǎng)跑冒滴漏的麻煩得到徹底的解決。

④ 適應性強，量程范圍寬，直管段要求不嚴。只要是可以用孔板、渦街、均速管流量計來(lái)測量的管道內流體流量都可以用彎管流量計進(jìn)行測量，而且在耐高溫、耐高壓、耐沖擊、耐振動(dòng)、耐潮濕、耐粉塵等方面，彎管流量計遠優(yōu)于其它流量計。

⑤ 彎管流量計的量程比可達1：10，對于蒸汽，它的適用范圍為0～70m/s，可以較好地滿(mǎn)足蒸汽流量測量的要求。

⑥ 彎管流量計由于其特殊的測量原理，使其在實(shí)際應用時(shí)對直管段的要求不嚴格，一般只要求前5D、后2D即可，遠遠低于其他流量測量裝置的要求。

⑦ 彎管流量計精度高，重現性好，測量精度可達1.14%，重現性精度可達0.2%，一次安裝后，不再需要重復拆裝，因此，其安裝精度也能得到最佳保證。#p#分頁(yè)標題#e#

⑧ 彎管流量計的最突出特點(diǎn)是無(wú)任何附加節流件或插入件，可大大降低流體在管道內輸送的動(dòng)力消耗，節約能源，尤其對那些大系統、大管徑、低壓頭的測量對象好處更加明顯。

舉例說(shuō)明：為維持一臺安裝在每小時(shí)數千噸流量供熱管道的孔板流量計正常運行，一個(gè)采暖季節約需多耗電數萬(wàn)度，折合人民幣數萬(wàn)元。這里僅考慮孔板流量計壓力損失為幾千帕，實(shí)際運行時(shí)遠遠超過(guò)這個(gè)值。即便是這幾千帕的壓力損失，它所造成的附加運行費用也是不可忽視的。表1給出的數據為目前熱力管網(wǎng)用主管道流量范圍在不同的壓力損失時(shí)，孔板流量計引起的循環(huán)泵額外耗電量、電耗費用、折合標準煤量、購煤費用的單臺孔板流量計在一個(gè)取暖季節運行費用的數據，其中運行天數按120天、電價(jià)按0.35元/度、標準煤價(jià)按200元/t計算。

由表1可見(jiàn)，一個(gè)流量為4000m3/h的中型熱網(wǎng)，當孔板壓力損失為30千帕時(shí)，僅一臺孔板流量計就多耗9.6萬(wàn)度電，運行費用為3.12萬(wàn)元，對于流量為10000m3/h的大型熱網(wǎng)，額外耗電量達24萬(wàn)度，運行費用7.8萬(wàn)元。而彎管流量計進(jìn)行測量附加阻力損失就會(huì )小得多，如果用彎管流量計替代孔板流量計進(jìn)行計量，可大大地減少運行費用，獲得可觀(guān)的經(jīng)濟效益。

綜上所述，蒸汽流量?jì)x表的選用是非常重要的，準確測量蒸汽流量是生產(chǎn)部門(mén)都需要和普遍關(guān)心的問(wèn)題。隨著(zhù)經(jīng)濟的發(fā)展，提高測量水平的呼聲越來(lái)越高。因此，應針對生產(chǎn)實(shí)際情況，做一些細致的技術(shù)工作，切實(shí)探索出一條蒸汽流量測量的成功之路。