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摘要　目前蒸汽流量計在使用中經(jīng)常會出現(xiàn)測量不準確的現(xiàn)象。本文據(jù)此從理論上分析可能造成測量誤差的原因,并通過定量分析和研究,指出蒸汽重度的變化是引起蒸汽流量計測量誤差的主要原因。并給出了測量相對誤差的近似計算公式,供有關企業(yè)參考。
1前言
內蒙古林區(qū)某刨花板廠沒有自建的鍋爐房,生產(chǎn)刨花板所需的蒸汽是靠買當?shù)亓謽I(yè)電廠產(chǎn)的高溫高壓蒸汽,經(jīng)一段800m的保溫管道送至本廠動力站,再經(jīng)過降溫降壓送到刨花板熱壓機,供其熱壓時使用。刨花板廠和電廠都設有蒸汽流量計進行蒸汽的計量,但使用中發(fā)現(xiàn)電廠的計量值經(jīng)常會高于刨花板廠動力站的計量值（經(jīng)檢查,沒有發(fā)現(xiàn)輸送管道有泄漏現(xiàn)象）。為此,刨花板廠和電廠在結算蒸汽費用時經(jīng)常發(fā)生經(jīng)濟糾紛。
與上述情況正好相反,東北林區(qū)某纖維板廠鍋爐房所產(chǎn)蒸汽不僅自用,而且還出售一部分給鄰近的企業(yè),所用的計量儀表仍是蒸汽流量計。使用中也發(fā)現(xiàn)計量不準確,而且計量值偏小。由于計量值偏小,給本企業(yè)帶來的經(jīng)濟損失無法讓買方企業(yè)給予補償為此,本文對蒸汽流量計所出現(xiàn)的計量問題進行了研究,分析了造成計量不準確的原因,并對計量的相對誤差進行近似的計算。
2蒸汽流量計的工作原理及其安裝使用
蒸汽流量計是屬于節(jié)流變壓降式流量計,其工作原理簡單地說就是采用差壓式測量方法,即在管道內裝入一個節(jié)流元件—孔板,當流體流過孔板時,流體流束發(fā)生收縮,于是在孔板的前后產(chǎn)生差壓。對具有一定形狀和一定尺寸的孔板、一定的測壓位置和一定參數(shù)的流體,在保證孔板的前后有足夠的直管段等條件下,孔板前后所產(chǎn)生的差壓值將隨流量變化而變化,而且兩者有確定的關系。因此可通過測量差壓,得到流體流量。
工程上,蒸汽流量計的流量q和孔板前后的差壓△P有下面的關系式:

蒸汽流量計主要由孔板、差壓信號傳輸管路和差壓計等三個部分組成。在安裝使用中,應保證孔板與管道同心,且應與管道軸線垂直,偏差不得超過±1°;孔板的前后應有足夠的直管段;孔板上游8D（D為管道的內徑）內的管道內壁圓度誤差應小于±0.3%,孔板下游5D內的圓度誤差應小于±2%;對于差壓信號傳輸管路,首先應保證無泄漏,其次應對稱、平行敷設,且應按Z短距離敷設,一般總長度不得超過50m;兩差壓信號管敷設時的彎曲半徑應不小于信號管直徑的10倍;與差壓計相連接的兩差壓信號管還應保證在水平位置上的高度相一致。
3造成蒸汽流量計測量誤差的原因
由于蒸汽流量計的組成較之其它儀表要復雜,且它的測量特點又與別的儀表不同,其測量的準確性不僅取決于儀表本身的精度,而且還與測量管道和管路內流體的流動狀況有關,特別是流體流動狀況對測量精度影響較大。所以造成孔板式流量計測量誤差的原因較多,通常有下列一些原因。
（1）蒸汽流量計本身誤差
因蒸汽流量計本身原因所能造成的測量不準確性通常出現(xiàn)在下列情況下:蒸汽流量計使用時間過長,造成孔板入口邊緣變鈍;使用了非標準的孔板。由于制造原因沒能保證其精度,或因試驗數(shù)據(jù)少沒能獲得準確的流量系數(shù)A;顯示儀表零點不對,沒有及時進行調整。
在這些原因中,*種情況特別容易出現(xiàn),使用單位應對其引起特別的注意。蒸汽流量計在長時間使用以后,由于流體的高速沖刷,孔板入口邊緣會變鈍,這會影響到測量的準確性。所以,孔板式流量計一般在連續(xù)使用一年以后,應送生產(chǎn)廠家或計量檢驗機構進行標定;有困難的,Z起碼應在鍋爐大修時,拆卸孔板,檢查孔板的入口邊緣是否尖銳。對已明顯變鈍的孔板,應進行更換,否則無法估計由此帶來的測量誤差。在選擇孔板時,應標準孔板,非特殊情況應盡量避免向生產(chǎn)廠家定購非標準孔板。在停爐或鍋爐檢修時,亦應注意檢查顯示儀表的零點是否正確。
（2）蒸汽流量計安裝使用不當
在安裝孔板時,除了要注意孔板應與管道同心、垂直和其前后管道內壁圓度等應滿足要求以外,還應特別注意:孔板的前后是否保證有足夠的直管段;º安裝孔板法蘭時,所用的墊片是否會突起;»壓力信號管路是否有泄漏,兩個信號管安裝的水平位置是否一致。
由于蒸汽流量計的測量準確性與流體的流動狀態(tài)有很大的關系,它要求流體在流經(jīng)孔板前的流動狀態(tài)應達到層流或紊流;流體流束與管道軸線應平行,不得有旋轉流。所以,對蒸汽流量計前后直管段的要求,一般要比其它類型的流量計嚴格很多,通常至少應保證孔板上游有（10～15）D、下游有（5～10）D的直管段。對于檢修或更換孔板時,則應注意法蘭墊片問題。如果墊片凸入管道內,那么由其引起的誤差亦將無法估計,而且通常是很大的。
平時在檢查和維護設備時,還應注意壓力信號管路有無損傷,特別是接頭處有無松動,防止壓力信號管路泄漏,影響差壓的測量。在安裝信號管時,應注意兩個信號管的水平位置一致,否則將引起一定的附加差壓,造成流量計的計量誤差。
在生產(chǎn)實際中,如果注意了上述這些因素,則由其造成蒸汽流量計的測量誤差通常是可以避免的。如果蒸汽流量計的安裝是由專業(yè)施工人員進行,而且在平時檢修或設備大修更換部件時加以注意,那么出現(xiàn)這些誤差的可能性就更小了。實際上,除了上面討論的這些因素外,Z容易引起現(xiàn)場操作和訂購蒸汽流量計人員忽視的卻是流體重度的影響。因流體重度變化所造成的測量誤差往往是較大的。
4流體重度的變化是造成測量誤差的主要原因
蒸汽是屬于可壓縮性流體,當其壓力變化時,其重度亦將發(fā)生變化。通過流量計算公式（1）可以知道蒸汽流量計的流量與流體重度有著很密切的關系。當其它條件不變的情況下,若流體重度發(fā)生變化,則流體流量將與流體重度的平方根成反比例變化。
在實際中,一般很難保證蒸汽的壓力始終保持不變,亦即重度常會發(fā)生變化,而蒸汽流量計的測量準確性除與其安裝使用有關外,還與其設計參數(shù)有直接的關系。當實際流體重度與設計流量計所采用的流體重度不一致時,則將會帶來流量測量誤差,這是因為蒸汽流量計一旦設計完成,一般其顯示值（即顯示儀表的分度值）只與孔板前后差壓有關,但這一顯示分度值是在某一確定的流體重度（設計時所用的某一設計壓力下的流體重度,常稱為設計重度C設）下進行分度的。所以在實際測量中,如果孔板前后的差壓不變,但若蒸汽壓力發(fā)生變化造成重度變化,那么雖然蒸汽流量計的顯示值不變（若差壓沒變）,但實際流量卻會因重度變化而發(fā)生變化,這時顯然會出現(xiàn)流量測量誤差。試舉例說明。
某木材加工廠的鍋爐房需要測量飽和蒸汽流量,選用的是標準孔板,配CWD-282雙波紋管差壓計顯示流量。訂購時向某儀表廠提供需要計量的飽和蒸汽參數(shù)為:蒸汽流量qmin=4t/h、qmax=8t/h,平均壓力p設=10kgf/cm2。設備到貨后,按產(chǎn)品說明書進行了安裝,但隨后使用中發(fā)現(xiàn)流量計經(jīng)常出現(xiàn)較大的測量誤差,經(jīng)標定Z大誤差達到-31%?，F(xiàn)場檢查后,除發(fā)現(xiàn)因生產(chǎn)原因造成實際蒸汽壓力會在3～9kgf/cm2范圍內波動（正常時壓力常P實=5kgf/cm2）外,沒有發(fā)現(xiàn)蒸汽流量計在安裝和使用上有何不當,是什么原因造成流量計計量不準確,一直困擾著現(xiàn)場操作人員。
通常儀表廠是根據(jù)用戶提供的流量和壓力參數(shù),來設計生產(chǎn)蒸汽流量計。查有關的熱工手冊或資料,可知:p設=10kgf/cm2的飽和蒸汽所對應的重度為5.139kgf/m3,此重度即為設計重度C設;p實=5kgf/cm2對應的重度為2.669kgf/m3,此重度為實際流體重度C實。根據(jù)蒸汽流量計的流量公式（1）得:孔板設計的指示流量

實際計量流量

如果忽略其它因素影響,只討論因重度的影響所造成的誤差,那么可認為△p實=△p設,A′≈A,E′≈E,d′t≈dt。這時因實際蒸汽壓力與蒸汽流量計設計時所用壓力不相符引起重度不符所造成的測量相對誤差r為:

如果還考慮α、ε和d1的影響,那么計量的相對誤差還會進一步增大,這一計算值接近于此流量計的Z大誤差。
通過上面的計算,可以得出兩個結論:
（1）因蒸汽重度的變化所造成的測量誤差可能是很大的。蒸汽的實際壓力偏離孔板流量計設計壓力越嚴重,所引起的誤差就越大;
（2）一般情況下,誤差是負值,即流量計顯示的流量偏小于實際流量。這是因為孔板流量計設計壓力常會高于蒸汽的實際壓力。顯然,若實際壓力大于設計壓力,則計量值偏大,這時的誤差是正的;當然實際測量時的誤差不會始終這么大,隨著蒸汽的實際壓力接近設計壓力,誤差就會變小。上例中的蒸汽流量計之所以會出現(xiàn)這么大的誤差,主要原因就是實際的蒸汽壓力偏離設計壓力值太大,使得蒸汽重度變化的影響增大所造成的。這也提醒用戶。在訂購蒸汽流量計時,所提供的蒸汽參數(shù)（特別是壓力參數(shù)）一定要接近于實際蒸汽參數(shù)。
總之,企業(yè)在選擇蒸汽流量計時,一定要根據(jù)實際的蒸汽壓力來相應選擇流量計的額定壓力。如果需要考慮壓力的富裕量,也不能偏離太多,否則將會帶來較大的計量誤差。在設備經(jīng)費較充足時,應優(yōu)先考慮選擇具有溫度和壓力補償?shù)恼羝髁坑?這可以在一定程度上消除因壓力或溫度（對過熱蒸汽,溫度也會影響重度）變化引起重度變化所帶來的測量誤差。