過(guò)飽和蒸汽和過(guò)熱蒸汽區別(過(guò)熱和飽和蒸汽的區別)
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。
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