流量计:蒸汽流量计|污水流量计|明渠式流量计|电磁流量计|靶式流量计|涡街|涡轮|流量积算仪

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3.1.8  涡街流量计与节流式差压流量计性能比较

(1)涡街流量计的优点   与节流式差压流量计相比,涡街流量计有如下优点。

①     结构简单、牢固、安装维护方便。无需导压管和三阀组等,减少泄露、堵塞和冻结等。

②     精确度较高,一般为±(1~1.5)%R。

③     测量范围宽,合理确定口径,范围度可达20:1。

④     压损小,约为节流式差压流量计的1/4~1/2。

⑤     输出与流量成正比的脉冲信号,无零点漂移。

⑥     在一定雷诺数范围内,输出频率不受流体物性(密度、粘度)和组成的影响,即仪表系数仅与旋涡发生体及管道的形状、尺寸有关。

(2)涡街流量计的局限性

①     对管道机械振动较敏感,不宜用于强振动场所。

②     口径越大,分辨率越低,一般满管时流量计用于DN400以下。

③     流体温度太高时,传感器还有困难,一般流体温度≤420℃。

④     当流体有压力脉动或流量脉动时,示值大幅度偏高,影响较大,因此不适用于脉动流。

(3)节流式差压流量计优点

①     节流式差压流量计中的标准孔板结构易于复制,简单牢固,性能稳定可靠,价格低廉。无需实流校准就可使用,这在流量计中是少有的。

②     适用范围广泛。既适用于全部单相流体,也可测量部分混相流,如气固、汽液、固液等。

③     高温高压大口径和小流量均适用。

④     对振动不敏感,抗干扰能力特别优越。

(4)节流式差压流量计局限性

①     测量精确度在流量计中属中等水平。由于众多因素的影响错综复杂,精确度难以提高。

②     范围度窄,由于仪表信号(差压)与流量为平方关系,一般范围度仅3:1~4:1。

③     现场安装条件要求较高,如需较长的直管段(指孔板、喷嘴),一般难以满足。

④     节流装置与差压显示仪表之间引压管线为薄弱环节,易产生泄露、堵塞及冻结、信号失真等故障。

最近几年发展起来的一体型节流式差压流量计,虽然仍有引压管线,但长度不足1m,因而减小了这方面的缺陷。

⑤     压损大(指孔板、喷嘴)。

3.1.9  蒸汽相变对流量测量的影响  

水蒸气顾名思义是气相,但在一定条件下会变成液相;饱和水蒸气中的水滴本是液相,但在一定条件会被蒸发变成气相。这是蒸汽质量流量测量中常常碰到的汽水相变。

在推导式质量流量计中,关键环节是蒸汽密度的求取,蒸汽相变发生后,就使得通常由蒸汽温度压力求取其密度的关系发生变化,因此必须认真对待。

(1)气相变液相    过热蒸汽在经过长距离输送后,往往会因为热量损失、温度降低,使其从过热状态进入饱和状态,甚至部分蒸汽冷凝出现相变而变成水滴。这些水滴对流量测量结果究竟有多大影响,下面举例说明。

有一常用压力为1.0MPa 的过热蒸汽,其流量为qm,假设经长距离输送后有10%qm冷凝成水滴,令其为qm1,而保持气态的部分为qms,从定义知,此时湿蒸汽的干度为

          X=                         (3.22)

由于采用温压补偿,所以按照临界饱和状态查表,得到此时的蒸汽(干部分)密度为ρs=5.6808kg/m3,,查水密度表知此时水滴的密度为ρL=882.47 kg/m3,显然水滴与蒸汽干部分的体积流量为

                      qvl=qml/ρ1                             (3.23)

                      qvs=qms/ρ2                              (3.24)

式中    qv1――水滴的体积流量,m3/s;

        qvs――蒸汽干部分的体积流量,m3/s。

      由定义知,蒸汽干部分体积流量占湿蒸汽总体积流量qv之比Rv为

                 Rv=              (3.25)

因为                              (3.26)

所以              Rv=                             (3.27)

在该例中,Rv=99.93%,由此可见,在湿蒸汽中,水滴所占的体积比可忽略不计。

①                  选用涡街流量计时湿度对测量结果的影响。涡街流量计的输出仅与流过测量管的流体流速成正比,在测量湿饱和蒸汽时,水滴对涡街流量计输出的影响可忽略,故可认为,涡街流量计的输出完全是由湿蒸汽的干部分所引起。而干部分的密度,无论是压力补偿或温度补偿,都可较精确地查出。

  蒸汽计量地结果往往作为供需双方经济结算地依据。如果双方约定按蒸汽干部分结算费用,冷凝水不收费,则在本例中相变对测量的影响微不足道,可以忽略。如果冷凝水也按照蒸汽一样收费,则涡街流量计的计量结果偏低值为1-X。

②                  选用孔板流量计时湿度对测量结果的影响。从GB/T2624-1993标准知[1],孔板流量计测量蒸汽质量流量时有式(3.1)。

当过热蒸汽热量损失而脱离过热状态后,只可能出现两种情况。一种是进入临界饱和状态,另一种是进入过饱和状态。如果进入临界饱和状态,从理论上讲,流量计不会因此而增大误差,因为在式(3.1)中,根据蒸汽压力查出的р1与实际密度是相符的。如果进入过饱和状态,情况就复杂了。

  一般认为,蒸汽干度较高(X≥95%)时流体表现为均相流动。温压补偿可按通常方法进行;但出现一定误差。在式(3.1)中,р1是实际流体湿饱和蒸汽的密度,其值比临界饱和状态的大,而且干度越低密度越大。而人们根据压力查出的是临界饱和状态的密度,比实际密度小,所以质量流量计结果出现负误差。在湿度不进行测量的情况下,X是未知数,因此,测量结果偏低多少是个未知数。

  在蒸汽干度较低(X≤95%)时,管道中的流体出现分层流动,产生误差更大。

(2)湿饱和蒸汽变成过热蒸汽      湿饱和蒸汽变成过热蒸汽,一般发生在湿饱和蒸汽突然较大幅度减压,流体出现绝热膨胀时。

①     相变过程。湿饱和蒸汽中的蒸汽和水滴,处于汽液相平衡状态,在压力突然降低而低于平衡压力时,水滴部分蒸汽,同时从液相和气相中吸收汽化热,使汽液相温度降低。如果温度降低得不多或蒸发前湿度较高,就会使温度迅速降低到与新的压力所对应的饱和温度,建立新的平衡。这时蒸汽仍为湿饱和蒸汽。如果压力降低得很多或蒸发前湿度较低,则因水滴蒸发而使温度降低后仍高于新的压力所对应得饱和温度,则蒸汽变为过热状态[5]

②     蒸发对流量测量的影响

a.     上述蒸发发生后得到的两种结果,前一种对补偿无影响,仅仅是蒸汽中的干部分增加,干度相应增大。

b.       如果蒸发发生后,蒸汽变为过热状态,而流量计又恰巧安装在减压之后的管道上。这时对流量计的影响分以下三种情况。

设计时已经考虑到蒸汽变为过热状态,或处于何种状态难以确定,或有时是过热状态有时是饱和状态,所以采用温压补偿,则上述相变对测量结果无影响。

设计时按饱和蒸汽考虑,而且采用压力补偿,则上述相变将带来较小的误差,即过热蒸汽温度同饱和温度之差所对应的密度差造成的补偿误差。

设计时按饱和蒸汽考虑,但采用温度补偿,则将过热蒸汽温度当作饱和温度去查密度表。一般会引起较大的误差。

③     举例。有一化工厂[5],锅炉房供饱和蒸汽,并根据各用户中蒸汽压力妖气值最高的一个决定锅炉供汽压力为1.0MPa,多数用户在蒸汽总管进装置时先经减压阀减压。先从图3.12所示的一个实例着手进行分析。

  

  图3.12蒸汽减压和流量测量示意

用作进入装置蒸汽计量的涡街流量计安装在减压(稳压——阀之后。原设计按饱和蒸汽考虑,采用温度补偿。经减压,蒸汽总管带入的水滴蒸发完后汽温仍高于饱和温度,呈过热状态,现场采集到的数据如图所示。这是流量二次表按照所测量到的温度t2=162.4℃查饱和蒸汽密度表,得р2=3.4528kg/m3,而按照t2和p2两个测量值查过热蒸汽密度表,得密度р2′=2.6897kg/m3,所以质量流量计算结果出现28.37%的误差,即

   δmt =

在本例中,如果采用压力补偿,则根据p2=0.42MPa的信号查饱和蒸汽密度表,应得到р″2=2.7761kg/m3,则补偿误差为

δmp=

⑤     解决办法

a.     将总蒸汽流量计安装在减压阀之前。由于上述蒸汽未经减压时,确属饱和蒸汽,所以,将流量计安装在减压阀之前,按饱和蒸汽补偿方法处理,可保证测量精确度。

b.       如果流量计只能安装在减压阀后面,则可增装一台压力变送器,进行温压补偿。

 

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