摘要:介紹了用渦街流量計(jì)測量蒸汽的質(zhì)量流量的原理,以及蒸汽相變對(duì)測量的影響。

蒸汽是一種使用zui廣泛的載熱介質(zhì),是重要的二次能源。蒸汽流量的測量量大面廣,對(duì)加強(qiáng)管理、公平貿(mào)易、節(jié)約能源、提高經(jīng)濟(jì)效益等都有著重要意義。

用渦街流量計(jì)測量蒸汽的質(zhì)量流量是目前人們普遍使用的一種較為成熟的測量方法。

1 用渦街流量計(jì)測量蒸汽質(zhì)量流量的原理

渦街流量計(jì)是一種體積流量計(jì),即流體雷諾數(shù)在一定范圍內(nèi)時(shí),其輸出只與體積流量成正比。

  渦街流量計(jì)的輸出信號(hào)有頻率信號(hào)和模擬信號(hào)兩種,模擬輸出是在頻率輸出的基礎(chǔ)上經(jīng)f/i轉(zhuǎn)換得到的。這一轉(zhuǎn)換大約要損失0.1%的度,所以為獲得較高的測量精度,建議用戶選用頻率輸出的渦街流量計(jì)。該流量計(jì)測量質(zhì)量流量的表達(dá)式為

式中 qm———質(zhì)量流量,kg/h;

f———渦街流量計(jì)輸出頻率,脈沖數(shù)/秒;

kt———流量系數(shù),脈沖數(shù)/升;

ρf———工作狀態(tài)下的流體密度,kg/m3。

  當(dāng)被測流體為飽和蒸汽時(shí),若工作狀態(tài)下的壓力為pf,工作狀態(tài)下的溫度為tf,則可從ρf=y1(pf)或ρf=y2(tf)查表求得工作狀態(tài)下的流體密度,其測量系統(tǒng)如圖1所示。

  當(dāng)被測流體為過熱蒸汽時(shí)，可從pf=f（pf，tf）查表求得工作狀態(tài)下的流體密度，其測量系統(tǒng)。

目前,智能型流量積算儀的eprom中寫入了過熱蒸汽密度表ρf=f(pf,tf)和飽和蒸汽密度表ρf=y1(pf)、ρf=y2(tf),可通過用戶填寫組態(tài)菜單選定所查的表格,自動(dòng)查表計(jì)算。

2 蒸汽相變對(duì)流量測量的影響

蒸汽是一種比較特殊的介質(zhì),隨著溫度和壓力的變化,其密度也會(huì)發(fā)生變化,甚至?xí)a(chǎn)生相變。

2·1 氣相變液相

過熱蒸汽在經(jīng)過長距離輸送后,往往會(huì)因?yàn)闊崃繐p失、溫度降低,使其從過熱狀態(tài)進(jìn)入飽和狀態(tài),甚至部分蒸汽冷凝出現(xiàn)相變而變成水滴。這些水滴對(duì)流量測量結(jié)果有多大影響,下面舉例說明。

有一常用壓力為1.0 mpa的過熱蒸汽,其流量為qm(kg/m3),假設(shè)經(jīng)長距離輸送后有10%蒸汽冷凝成水滴,令其為qml,而保持為氣態(tài)的部分為qms(kg/m3),從定義知,此時(shí)濕蒸汽的干度x為

由于采用溫壓補(bǔ)償,所以按照臨界飽和狀態(tài)查表,得到此時(shí)的蒸汽(干部分)密度為ρs=5.680 8 kg/m3,查水密度表知此時(shí)水滴的密度為ρl=882.47 kg/m3,顯然水滴與蒸汽干部分的體積流量為

qvl=qml/ρl(3)

qvs=qms/ρs(4)

式中 qvl———水滴的體積流量,m3/s;

qvs———蒸汽干部分的體積流量,m3/s。

由定義知,蒸汽干部分體積流量與濕蒸汽總體積流量之比rv為

在該例中,rv=99.93%,由此可見,在濕蒸汽中,水滴所占的體積比可忽略不計(jì)。

因此,選用渦街流量計(jì)測量濕飽和蒸汽時(shí),水滴對(duì)渦街流量計(jì)輸出的影響可忽略,故可認(rèn)為,渦街流量計(jì)的輸出*是由濕蒸汽的干部分所引起的。而干部分的密度,無論是壓力補(bǔ)償或溫度補(bǔ)償,都可較地查出。

在已知x的情況下,可在二次表中作如下的運(yùn)算,從而得到濕蒸汽的總流量。

2·2 濕飽和蒸汽變成過熱蒸汽

濕飽和蒸汽變成過熱蒸汽,一般發(fā)生在濕飽和蒸汽突然較大幅度減壓,流體出現(xiàn)絕熱膨脹時(shí)。

  濕飽和蒸汽中的蒸汽和水滴,處于氣液平衡狀態(tài),在壓力突然降低而低于平衡壓力時(shí),水滴部分蒸發(fā),同時(shí)從液相和氣相中吸收汽化熱,使氣液相溫度降低。一種情況,如果溫度降低得不多或蒸發(fā)前濕度較高,溫度迅速降低到與新的壓力所對(duì)應(yīng)的飽和溫度,建立新的平衡,這時(shí)蒸汽仍為濕飽和蒸汽;另一種情況,如果壓力降低得很多或蒸發(fā)前濕度較低,則因水滴蒸發(fā)而使溫度降低后仍高于新的壓力所對(duì)應(yīng)的飽和溫度,則蒸汽變?yōu)檫^熱狀態(tài)。

  上述蒸發(fā)發(fā)生后,對(duì)流量測量的結(jié)果會(huì)產(chǎn)生不同影響。前一種情況,蒸汽仍為濕飽和蒸汽,對(duì)補(bǔ)償無影響,僅僅濕蒸汽中的干部分增加,干度相應(yīng)增大;后一種情況,蒸汽變?yōu)檫^熱狀態(tài),而流量計(jì)又恰巧安裝在減壓之后的管道上,這時(shí)對(duì)流量計(jì)的影響有以下三種情況。

1)設(shè)計(jì)時(shí)已考慮到蒸汽變?yōu)檫^熱狀態(tài),或處于何種狀態(tài)難以確定,或有時(shí)是過熱狀態(tài)有時(shí)是飽和狀態(tài),所以采用溫壓補(bǔ)償,則上述相變對(duì)測量結(jié)果無影響。

2)設(shè)計(jì)時(shí)按飽和蒸汽考慮,而且采用壓力補(bǔ)償,則上述相變將帶來較小的誤差,即過熱蒸汽溫度同飽和溫度之差所對(duì)應(yīng)的密度差造成的補(bǔ)償誤差。

3)設(shè)計(jì)時(shí)按飽和蒸汽考慮,但采用溫度補(bǔ)償,則將過熱蒸汽溫度當(dāng)作飽和蒸汽溫度去查密度表,一般會(huì)引起較大的誤差。

  綜上所述,當(dāng)應(yīng)用現(xiàn)場傳輸距離較長時(shí),蒸汽的溫度和壓力會(huì)發(fā)生變化,甚至產(chǎn)生相變,應(yīng)盡量采用溫度和壓力同時(shí)補(bǔ)償?shù)姆椒?以減小可能產(chǎn)生的誤差。

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