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摘 要 本文討論蒸汽流量測量中，由于流體散熱和減壓等原因?qū)е铝黧w發(fā)生相變而偏離設(shè)計(jì)狀態(tài)所引起的流量測量誤差，并提出了解決方法。

關(guān)鍵詞 流體相變 流量測量 質(zhì)量流量 溫壓補(bǔ)償

水蒸汽顧名思義是氣相，但在一定條件下會(huì)變成液相；飽和水蒸汽中的水滴本是液相，但在一定條件會(huì)被蒸發(fā)變成氣相。這是蒸汽質(zhì)量流量測量中常常碰到的氣水相變。
目前，蒸汽質(zhì)量流量測量使用的方法基本上仍然采用推導(dǎo)法（間接法），這可能是因?yàn)榭评飱W利質(zhì)量流量計(jì)用來測量蒸汽流量投資太大，而且還有很多局限性。
在推導(dǎo)式質(zhì)量流量計(jì)中，關(guān)鍵環(huán)節(jié)是蒸汽密度的求取，蒸汽相變發(fā)生后，就使得通常由蒸汽溫度壓力求取其密度的關(guān)系發(fā)生變化，因此必須認(rèn)真對待。

                               一. 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，這些水滴對流量測量結(jié)果究竟有多大影響，下面舉例說明。
   有一常用壓力為1.0MPa的過熱蒸汽，其流量為Q_m，假設(shè)經(jīng)常距離送后有10%Q_m冷凝成水滴，令其為Q_ml，而保持氣態(tài)的部分為Qms，從定義知，此時(shí)濕蒸汽的干度為

（1）

   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PS=5.6808KG/M³，查水密度表知此時(shí)水滴的密度為PL=882.47kg/m³，顯然水滴與蒸汽干部分的體積流量為
Q_L=Q_ml/PL
Q_S=Qms/PS
式中；
Q_L--水滴的體積流量，m³/s；
Q_S--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占濕蒸汽總體積流量之比R_V為

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

1.1 選用渦街流量計(jì)時(shí)濕度對測量結(jié)果的影響

渦街流量的輸出僅于流過測量管的流體流速成正比，在測量濕飽和蒸汽時(shí),水滴對渦街流量計(jì)輸出的影響可忽略，故可以為，渦街流量計(jì)的輸出*是由濕蒸汽的干部分所引起，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。
蒸汽計(jì)量的結(jié)果往往作為供需雙方經(jīng)濟(jì)結(jié)算的依據(jù)，如果雙方約定按蒸汽干部分結(jié)算費(fèi)用,冷凝水不收費(fèi)，則在本例中相變對測量的影響微不足道,可以忽略.如果冷凝水也按照蒸汽一樣收費(fèi)，則渦街流量計(jì)的計(jì)量結(jié)果偏低值為（1—X）。

1.2 選用孔板流量計(jì)時(shí)的濕度對測量結(jié)果的影響

從GB/T 2624- 93 標(biāo)準(zhǔn)知{1}，孔板流量計(jì)測量蒸汽質(zhì)量流量的有下面的公式。



式中:
q_m-----質(zhì)量流量， Kg/s ;
C-----流出系數(shù)；
β-----節(jié)流件孔徑與管道內(nèi)徑之比 d/ D;
ε₁---流束膨脹系數(shù)；
d―――節(jié)流件孔徑，m；
△ p----差壓，Pa;
P1---節(jié)流件入口端流體密度，kg/m³

   當(dāng)過熱蒸汽熱量損失而脫離過熱狀態(tài)后，只可能出下兩種情況。一種是進(jìn)入臨界飽和狀態(tài)，另一種是進(jìn)入過飽和狀態(tài)。如果進(jìn)入臨界飽和狀態(tài)，從理論上講，流量計(jì)不會(huì)因此而增大誤差，因?yàn)樵谑剑?）中，根據(jù)蒸汽壓力查出的P1與實(shí)際密度是相符的，如果進(jìn)入過飽和狀態(tài)，情況就復(fù)雜了。
   一般認(rèn)為，蒸汽干度較高（X≥95%）時(shí)流體表現(xiàn)為均相流動(dòng)，溫壓補(bǔ)償可按通常方法進(jìn)行，但出現(xiàn)一定誤差。在式（7）中，P₁是實(shí)際流體濕飽和蒸汽的密度，其值比臨界飽和狀態(tài)的大，而且干度越低密度越大。而人們根據(jù)壓力查出的是臨界飽和狀態(tài)的密度，比實(shí)際密度小，所以質(zhì)量流量計(jì)算結(jié)果出現(xiàn)負(fù)誤差。在濕度不進(jìn)行測量的情況下，X是未知數(shù)，因此，測量結(jié)果偏底多少也是未知數(shù)。
在蒸汽干度較低（X< 95% ）時(shí)，管道中的流體出現(xiàn)分層流動(dòng)，產(chǎn)生誤差更大。

                             二. 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)。

2 .1 相變過程

   濕飽和蒸汽中的水滴，其壓力和溫度處于平衡狀態(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)從液相和汽相中吸收汽化熱，使汽液相溫度降低。如果溫度降低得不多或蒸發(fā)前濕度較高，都會(huì)使溫度迅速降低到與新的壓力所對應(yīng)的飽和溫度，建立新的平衡。這時(shí)蒸汽仍為濕飽和蒸汽。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應(yīng)的飽和溫度，則蒸汽變?yōu)檫^熱狀態(tài)。

2. 2 蒸發(fā)對流量測量的影響

（1） 上述蒸發(fā)發(fā)生后得到的兩種結(jié)果，前一種對我們的補(bǔ)償無影響，僅僅是蒸汽中的干部分增加，干度相應(yīng)增大。
（2） 如果蒸發(fā)發(fā)生后，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)對流量計(jì)的影響分三種情況。
A） 設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)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，則上述相變對測量結(jié)果無影響。
B） 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應(yīng)的密度差造成的補(bǔ)償誤差。
C） 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)作飽和溫度去查密度表，一般會(huì)引起較大的誤差。

2.3 舉 例

   有一化工廠，鍋爐房供飽和蒸汽，并根據(jù)各用戶中蒸汽壓力要求值zui高的一個(gè)決定鍋爐供汽壓力為1.0MPa，多數(shù)用戶在蒸汽總管進(jìn)裝置時(shí)先經(jīng)減壓閥減壓?，F(xiàn)從下圖所示的一個(gè)實(shí)例著手進(jìn)行分析。
 

   在本例中，如果采用壓力補(bǔ)償，則根據(jù)P2=0.42MPa的信號(hào)查飽和蒸汽密度表，應(yīng)得到P2=2.7761kg/m³，則補(bǔ)償誤差為

（1） 將總蒸汽流量計(jì)安裝在減壓閥之前。由于上述蒸汽未經(jīng)減壓時(shí)，不存在相變問題，所以，將流量計(jì)安裝在減壓閥之前，按飽和蒸汽補(bǔ)償方法處理?？杀ＷC測量精度。
（2） 如果流量計(jì)只能安裝在減壓閥后面，則可增裝一臺(tái)壓力變送器。進(jìn)行溫壓補(bǔ)償。
（3） 如果減壓閥的穩(wěn)壓性能較好，可將流量計(jì)上游壓力值作為一個(gè)恒定值（通過面板操作）設(shè)置到二次表內(nèi)進(jìn)行溫度壓力補(bǔ)償。