摘 要： 論述了智能渦街蒸汽流量計(jì)用于蒸汽計(jì)量時選型、安裝應(yīng)注意的問題。對采用溫度、壓力補(bǔ)償?shù)姆椒ㄟM(jìn)行了討論。對溫度、管徑變化引起儀表常數(shù)變化所造成的測量誤差進(jìn)行了分析，指出了修正方法，并就有關(guān)蒸汽實(shí)際測量中的一些具體問題提出了討論。

智能渦街蒸汽流量計(jì)具有安裝方便，測量范圍寬，精度高，重復(fù)性好，維修簡便等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于蒸汽計(jì)量。基于渦街蒸汽流量計(jì)的測量原理和蒸汽的性質(zhì)，要實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確計(jì)量，特別是對于貿(mào)易結(jié)算的表計(jì)，實(shí)際使用中還需注意以下問題。

1 流量計(jì)合理選型和安裝是蒸汽準(zhǔn)確計(jì)量的前提

1.1 流量計(jì)選型

原則是以流量選口徑，但要滿足以下兩個條件。

1.1.1 管道雷諾數(shù)的要求

智能渦街流量計(jì)是通過檢測流體經(jīng)過旋渦發(fā)生體處產(chǎn)生的旋渦數(shù)（即旋渦頻率）而求得一段時間間隔內(nèi)流過的流體總量，如下式所示。

 

式中 f ——旋渦頻率，Hz

St ——斯特羅哈常數(shù)

V ——管道中流體的速度，m/s

d ——發(fā)生體柱寬，mm

D——管道內(nèi)徑，mm

當(dāng)雷諾數(shù)Re 在2×10⁴~7×10⁶ 之間時，式中斯特羅哈爾數(shù)St 基本為一常數(shù)，流量計(jì)獲得的頻率與流體的流速成正比關(guān)系，這是儀表的正常工作范圍，超出這一范圍，流量計(jì)的測量精度就會降低。當(dāng)Re＜5 000 時為測量死區(qū)。

 

1.1.2 蒸汽在管道流速的要求

由于智能渦街蒸汽流量計(jì)是通過測量旋渦的釋放頻率達(dá)到測量流量目的的，所以流體的流速應(yīng)有限制，不同的口徑有不同的流速要求。一般型渦街流量計(jì)測量的技術(shù)指標(biāo)是，管道通徑為DN15～300mm 時，測量蒸汽的zui大流速為80 m/s（選型時常按zui大流速的0.8 選取）。流速過大易產(chǎn)生嘯叫，并容易使渦街的傳感器損壞。流速的下限要求是，保證測量的精度，當(dāng)管道通徑為DN15~100 mm 時，zui小流速一般取3 m/s 或雷諾數(shù)為20 000 時的流速的較大值；當(dāng)管道通徑為DN150~300 mm 時，一般取3 m/s 或雷諾數(shù)為40 000 時的流速的較大值。

 

1.2 流量計(jì)安裝

原則是保證直管段，避開振動源及電磁干擾。直管段具有整流的作用，保持一定的直管段就是保持蒸汽的在管道的流動狀態(tài)。

 

1.2.1 測壓口位置的安裝選擇

在貿(mào)易結(jié)算時一般按蒸汽的質(zhì)量進(jìn)行結(jié)算，要將蒸汽的體積流量換算成質(zhì)量流量，必不可少的是測量出旋渦發(fā)生體處蒸汽靜壓力，此處靜壓力由于流速較高，比渦街流量計(jì)上游管道內(nèi)蒸汽壓力低一些。若在此處準(zhǔn)確地測量靜壓力，由于多種原因有一定困難。但在流量計(jì)下游一定距離的管道上，測量到能與發(fā)生體后面?zhèn)鞲衅魈幍撵o壓相等或接近的靜壓，是一個可行的方法，也符合GB/T 2624—1993 標(biāo)準(zhǔn)中4.4.1 條規(guī)定“流體的靜壓應(yīng)在上游或下游取壓口平面處測得”。一般合適的距離為從流量計(jì)下游法蘭算起2~7 倍管道內(nèi)徑。

 

1.2.2 測溫口位置的安裝選擇

GB/T2624—1993 標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定“流體溫度zui好在節(jié)流件下游測得”，“如溫度計(jì)插孔或套管位于下游，它與節(jié)流件之間的距離等于或大于5D”。測溫口一般位于測壓口下游的1~2 倍管道內(nèi)徑處。

 

2 溫度、壓力自動補(bǔ)償是蒸汽準(zhǔn)確計(jì)量的保證

貿(mào)易結(jié)算中，蒸汽是按質(zhì)量流量m Q 計(jì)量的。對于渦街流量計(jì)來說，實(shí)際測得是體積流量v Q ，再經(jīng)過計(jì)算而獲得質(zhì)量流量，即：

  

式中 Q mi——單位時間的蒸汽質(zhì)量流量，kg

    Qvi——單位時間的蒸汽體積流量，m3

    ρi——單位時間的蒸汽密度，kg/m3，與蒸汽的溫度、壓力有關(guān)其累計(jì)總量為：

 

2.1 飽和蒸汽的溫度、壓力補(bǔ)償

    飽和蒸汽采用溫度補(bǔ)償或壓力補(bǔ)償，在本質(zhì)上是一樣的。其原因在于飽和狀態(tài)的蒸汽，其壓力和溫度之間呈單值函數(shù)關(guān)系，從蒸汽溫度查出的密度同與此溫度對應(yīng)的壓力查出的密度是一致的，即ρ = f (p) 或ρ = f (t)。因此，采用溫度補(bǔ)償和壓力補(bǔ)償在原理上都是可行的。

 

2.1.1 飽和蒸汽采用溫度補(bǔ)償和壓力補(bǔ)償?shù)谋容^

 

顯然，壓力補(bǔ)償獲得的補(bǔ)償精確度比溫度補(bǔ)償高。由于上述原因，使得在測量飽和蒸汽質(zhì)量流量時，僅僅測量壓力，并據(jù)此查蒸汽密度表，進(jìn)而計(jì)算質(zhì)量流量，在實(shí)踐中應(yīng)用的較多。

 

2.1.2 飽和蒸汽的濕度問題

飽和蒸汽易凝結(jié)，在傳輸過程中如有熱量損失，蒸汽中便有液滴或液霧形成。另外鍋爐在正常工作中，鍋爐汽包中的水處于沸騰狀態(tài)，汽液之間不容易分離。蒸汽中含有液相水珠的飽和蒸汽稱為濕飽和蒸汽。表征濕飽和蒸汽的主要參數(shù)有壓力(p)、溫度(t)、密度(ρ)、比焓(h)、干度(x)或濕度(y)，且有如下關(guān)系：

 

式中  m1 ——濕蒸汽中汽的質(zhì)量

M2 ——濕蒸汽中水珠的質(zhì)量

m——濕蒸汽中汽液的總質(zhì)量

準(zhǔn)確計(jì)量飽和蒸汽質(zhì)量流量比較困難，因?yàn)轱柡驼羝母啥入y以保證，蒸汽干度的波動也會引起流量計(jì)示值產(chǎn)生附加誤差。必要時還應(yīng)采取補(bǔ)償措施，選用帶有濕度補(bǔ)償?shù)牧髁糠e算儀，以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的計(jì)量。

 

2.2 過熱蒸汽的補(bǔ)償

過熱蒸汽是單相流體（x=100%）。過熱蒸汽的溫度和壓力是兩個互不相關(guān)的獨(dú)立變量，過熱蒸汽的密度由這兩個參數(shù)決定，即ρ = f(t,p) ，因此須采用溫度、壓力的自動補(bǔ)償。

例如某公司一用戶流經(jīng)流量計(jì)蒸汽參數(shù)為：壓力0.55 MPa、溫度165 ℃，為過熱蒸汽，查表此時對應(yīng)蒸汽的密度為2.842 kg/m3。而在0.55 MPa 壓力下對應(yīng)飽和蒸汽的密度查表為2.918 kg/m3，在165 ℃溫度下對應(yīng)飽和蒸汽的密度查表為3.671 kg/m3。

   

可以看出，如果渦街流量計(jì)不采用溫度、壓力自動補(bǔ)償，又不能實(shí)時地檢測蒸汽的密度，設(shè)定為飽和蒸汽補(bǔ)償或只按密度不變的原則將密度定為常數(shù)，而在實(shí)際情況下，密度變化很大，致使蒸汽質(zhì)量流量計(jì)量不準(zhǔn)，一般誤差高達(dá)10%~30%。

 

3 提高蒸汽計(jì)量精度不可忽視的幾個問題

3.1 溫度變化的影響

渦街流量計(jì)及其旋渦發(fā)生體一般都為金屬材料制作。金屬固體在高溫下具有熱膨脹的特性。當(dāng)溫度變化較大時，發(fā)生體的柱體寬度和流量計(jì)的本體通徑將隨之變化，這將引起測量誤差。K 系數(shù)可用下式進(jìn)行修正。 

 

式中 Kt ——流體溫度為t 時的流量系數(shù)，P/L

Km ——流體溫度為0 t 時的平均流量系數(shù)，P/L

t——工作溫度，℃

t0 ——校準(zhǔn)溫度，常取15 ℃

 

3.2 管道內(nèi)徑引入的誤差

與渦街流量計(jì)連接的管道，其內(nèi)徑與渦街流量計(jì)管內(nèi)徑一致的情況并不很多。當(dāng)管道內(nèi)徑等于或略大于渦街流量計(jì)測量管內(nèi)徑時，流量示值穩(wěn)定，流量系數(shù)正常。但當(dāng)管道內(nèi)徑小于測量管內(nèi)徑時，流量示值出現(xiàn)強(qiáng)烈的噪聲，這是因?yàn)榱黧w流過截面積突變的管段時產(chǎn)生的二次流所致。在管徑大于測量管內(nèi)徑時，也有二次流產(chǎn)生，只因二次流存在的部位在測量管之外，對儀表示值影響不明顯。當(dāng)管道內(nèi)徑小于測量管內(nèi)徑（3%以內(nèi)）時雖然不會對儀表本身所固有的流量系數(shù)產(chǎn)生影響，但因截面積突變引起表觀流速變化而可能產(chǎn)生附加測量誤差。這時可通過修正流量系數(shù)時可通過修正流量系數(shù)Km 來補(bǔ)償，其修正后流量系數(shù)Km′為：

 

式中 F_D —修正系數(shù)

         D₁ ——流量計(jì)測量管實(shí)際內(nèi)徑

D₂ —管道實(shí)際內(nèi)徑

 

3.3 對流量積算儀的要求

3.3.1 流量積算儀時鐘對流量累積的影響

從公式    可以看出，流量積算儀的時鐘對累積流量有較大的影響，在貿(mào)易結(jié)算中要進(jìn)行必要的修正。

 

3.3.2 作為貿(mào)易結(jié)算的流量積算儀應(yīng)具備的功能

為減少蒸汽計(jì)量貿(mào)易糾紛，流量積算儀可增加以下功能：

① 斷電記憶功能，以此檢查流量計(jì)斷、送電時間；

② 用汽判斷功能，由于渦街流量計(jì)易受振動的影響，可以根據(jù)溫度、壓力參數(shù)值可以判斷管道內(nèi)是否有蒸汽流動和閥門是否內(nèi)漏，消除用戶在不用蒸汽時振動的影響。

③ 小流量補(bǔ)足記錄功能，當(dāng)瞬時流量小于渦街流量計(jì)可測流量時，實(shí)現(xiàn)用戶協(xié)議保底量的自動累積。

④ 超流量加倍記錄功能，當(dāng)瞬時流量超過協(xié)議zui大用汽量時，根據(jù)規(guī)定實(shí)現(xiàn)加倍計(jì)量的自動累積。