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1、流量系列一：流量节流装置方案 摘 要 蒸汽流量计量一直是流量测量中的难点问题，为更好地贯彻执行新发布的国家标准GB17167-2006用能单位能源计量器具配备和管理通则，本文从分析蒸汽流量计量技术现状入手，结合目前企业计量管理需求特点，提出了一套已经获得成功应用的蒸汽流量计量器具配备方案。 关键词 蒸汽计量 节流装置 密度 一体化喷嘴 1 概 述 差压式流量计(以下简称DPF或流量计)是根据安装于管道中流量检测件产生的差压、已知的流体条件和检测件与管道的几何尺寸来测量流量的仪表。DPF由一次装置(检测件)和二次装置(差压转换和流量显示仪表)组成。通常以检测件的型式对DPF分类，如孔扳流量计、喷
2、嘴流量计及弯管流量计等。二次装置为各种机械、电子、机电一体式差压计，差压变送器和流量显示及计算仪表，它已发展为三化(系列化、通用化及标准化)程度很高的种类规格庞杂的一大类仪表。差压计既可用于测量流量参数，也可测量其他参数(如压力、物位、密度等)。节流式DPF的检测件按其标准化程度分为标准型和非标准型两大类。所谓标准节流装置是指按照标准文件设计、制造、安装和使用，无须经实流校准即可确定其流量值并估算流量测量误差，非标准节流装置是成熟程度较差，尚未列入标准文件中的检测件。2 工作原理 2.1 基本原理充满管道的流体，当它流经管道内的节流件时，流速将在节流件处形成局部收缩，因而流速增加，静压力降低，
3、于是在节流件前后便产生了压差。流体流量愈大，产生的压差愈大，这样可依据压差来衡量流量的大小。这种测量方法是以流动连续性方程(质量守恒定律)和伯努利方程(能量守恒定律)为基础的。压差的大小不仅与流量还与其他许多因素有关，例如当节流装置形式或管道内流体的物理性质(密度、粘度)不同时，在同样大小的流量下产生的压差也是不同的。2.2 流量方程Qm=0.003998595*a*d2*(p*)1/2 2-1式中 Qm-质量流量，kg/h; qv-体积流量，m3/h; C-流出系数； -可膨胀性系数； -直径比，=d/D; d-工作条件下节流件的孔径，m； D-工作条件下上游管道内径，m； P-差压，Pa；
4、 -上游流体密度，kg/m3。由上式可见，流量为C、d、P、(D)6个参数的函数，此6个参数可分为实测量d，P，(D)和统计量(C、)两类。(1)实测量 1)d、D 式(21)中d与流量为平方关系，其精确度对流量总精度影响较大，误差值一般应控制在005左右，还应计及工作温度对材料热膨胀的影响。标准规定管道内径D必须实测，需在上游管段的几个截面上进行多次测量求其平均值，误差不应大于03。除对数值测量精度要求较高外，还应考虑内径偏差会对节流件上游通道造成不正常节流现象所带来的严重影响。因此，当不是成套供应节流装置时，在现场配管应充分注意这个问题。2) 在流量方程中与P是处于同等位置，亦就是说，当追
5、求差压变送器高精度等级时，绝不要忘记的测量精度亦应与之相匹配。否则P的提高将会被的降低所抵消。 3)P 差压P的精确测量不应只限于选用一台高精度差压变送器。实际上差压变送器能否接受到真实的差压值还决定于一系列因素，其中正确的取压孔及引压管线的制造、安装及使用是保证获得真实差压值的关键，这些影响因素很多是难以定量或定性确定的，只有加强制造及安装的规范化工作才能达到目的。(2)统计量 1)C 统计量C是无法实测的量(指按标准设计制造安装，不经校准使用)，在现场使用时最复杂的情况出现在实际的C值与标准确定的C值不相符合。它们的偏离是由设计、制造、安装及使用一系列因素造成的。应该明确，上述各环节全部严
6、格遵循标准的规定，其实际值才会与标准确定的值相符合，现场是难以完全满足这种要求的。应该指出，与标准条件的偏离，有的可定量估算(可进行修正)，有的只能定性估计(不确定度的幅值与方向)。但是在现实中，有时不仅是一个条件偏离，这就带来非常复杂的情况，因为一般资料中只介绍某一条件偏离引起的误差。如果许多条件同时偏离，则缺少相关的资料可查。2) 可膨胀性系数是对流体通过节流件时密度发生变化而引起的流出系数变化的修正，它的误差由两部分组成：其一为常用流量下的误差，即标准确定值的误差；其二为由于流量变化值将随之波动带来的误差。一般在低静压高差压情况，值有不可忽略的误差。当PP0.04时，的误差可忽略不计。3
7、规程的运用：ISO 5167 : 2003 ( E) 的主要变化我国现行节流装置国家标准GB/ T2624 93 是等效采用ISO5167 1 (1991) 用差压装置测量流量第一部分: 安装在充满流体的圆形截面管道中的孔板、喷嘴和文丘里管的。在20 世纪90 年代国际上对孔板流量计进行大规模流量试验的基础上, 2003年ISO5167 : 2003 ( E) 正式颁布, 它与ISO5167 1(1991) 相比在实质上有重大的变化, 它体现了当代节流装置科学研究和生产的技术的水平。因此, 对我国现行的GB/ T2624 93 进行修订, 节流装置国家标准GB/ T2624 2006。在这种情
8、况下, 标准的引用对流量计量系统的评估(特别是对新建项目) 将产生一定的影响, 有必要加以说明。(1) ISO5167 2003 ( E) 分成4 部分:ISO 5167 1 ( 2003 ) 总则与一般要求; ISO5167 2 (2003) 孔板; ISO 5167 3 (2003) 喷嘴和文丘利喷嘴; ISO5167 4 (2003) 文丘利管。(2) 根据16522 个数据点回归的Reader - Harris/Gallagher 公式取代了Stolz ISO5167 公式。(3) 采用新公式计算孔板的介质可膨胀性系数。(4) 对孔板上下游所要求的最小直管段长度提出新的要求。(5) 如
9、在孔板上游安装流动调整器, 则可适当缩短上游直管段长度。(6) 对各种孔板测温进行的修正。(7) 对孔板上游管道内壁粗糙度、孔板的不同轴度及不平面度都提出新的限制要求。(8) 孔板上游管道连接处最大允许的台阶值有新规定。(9) 对文丘里管上游直管段长度提出新的要求。4.流量仪表的选型考虑要点DPF应用领域极其广泛，封闭管道各种测量对象都有应用：流体方面，单相、混相、洁净、脏污；工作状态方面，常压、高压、真空、常温、高温、低温；管径方面，从几毫米到几米；流动条件方面：亚音速流、临界流、脉动流。并且在上述各方面都有大量的理论和实践的资料可供参考。20世纪50年代以前在过程控制工程中几乎是惟一的流量
10、计，后来各种类型流量计相继登场，打破了其一统天下的局面，几十年来它占的份额一直在下降，当然绝对用量仍在增加。应该看到，DPF三个组成部分一直在更新发展着，尤其80年代以后借助微电子技术、计算机技术、新材料及先进加工技术的发展，差压转换和流量显示计算部分有突破性进展。DPF无论可靠性，精确度及功能多样化已今非昔比。近年一些创新思路，如一体式、定值节流件等的开发更使它有中兴的感觉。 DPF的关键部分-检测件是最难更新换代的部分，现在亦有了新的发展思路，即把流量测量工作者、流体力学与计算机技术工作者三方面人员的特长结合起来可以有效地攻下这个堡垒。可以预计，DPF在流量计中仍会占据重要的位置。 选用考
11、虑因素的五个方面为仪表性能、流体特性、安装条件、环境条件和经济因素。 被测流体特性、生产工艺情况、安装条件、维护需求以及流量仪表的特性。这里，着重讨论流量仪表的特性、安装条件、维护需求以及选用流量仪表应注意的几个问题。目前，测量蒸汽流量的仪表主要有涡街流量计、差压式（孔板、喷嘴、弯管）流量计、分流旋翼式流量计、阿牛巴流量计、浮子式流量计等，下面以涡街流量计、孔板流量计和弯管流量计为例加以说明。 4.1 涡街流量计 涡街流量计是基于卡门涡街原理而研制成功的一种新型流量计，由于它具有其它流量计不可兼得的优点，70年代以来得到了迅速发展。据介绍，现在日本、欧美等发达国家使用涡街流量计的比例大幅度上升
12、，已经广泛用于各个领域，将在未来流量仪表中占主导地位，是孔板流量计的理想替代产品。它具有以下特点： 结构简单牢固，无可动部件，长期运行十分可靠； 维护十分方便，安装费用低； 传感器不直接接触介质，性能稳定，寿命长； 输出与流量成正比的脉冲信号，无零点漂移，精度高，并方便与计算机联网； 测量范围宽，量程比可达1：10； 压力损失小，运行费用低，更具节能意义； 在一定的雷诺数范围内，输出信号频率不受流体物理性质和组分变化影响，仪表系数仅与漩涡发生体的形状和尺寸有关，测量流体的体积流量无需补偿，调换配件后无需重新标定仪表的系数； 应用范围广，气体、液体的流量均可测量； 检定周期为24年。 但该流量计
13、也存在一定的局限性： 涡街流量计是一种速度式流量计，漩涡分离的稳定性受流速影响，故它对直管段有一定的要求，一般是前10D、后5D； 测量液体时，上限流速受压损和气蚀现象限制，一般是0.58m/s； 测量气体时，上限流速受介质可压缩性变化的限制，下限流速受雷诺数和传感器灵敏度的限制，蒸汽是825m/s； 应力式涡街流量计对振动较为敏感，故在振动较大的管道安装流量计时，管道要有一定的减震措施； 应力式涡街流量计采用压电晶体作为检测传感器，故其受温度的限制，一般为-40+300。4.2 差压式流量计 以孔板流量计为代表的差压式流量计应用历史悠久，有国际标准，理论精度高，应用十分普遍。但经过几十年的应
14、用，发现孔板流量计也存在不足： 应用中许多因素（设计参数与工况参数不符，上游直管段不足，孔板和管道不同心，孔板A面受污，锐角磨损等）对其测量精度有非常大的影响，使其测量误差增大； 安装较为麻烦，维护及拆洗的工作量较大； 需配差压变送器使用，增加了维护的工作量，另需敷设导压管，且在冬季需对导压管进行保温，不可以安装在室外； 流量量程比为1：3，局限性大； 若安装不正确，容易发生蒸汽泄漏； 压力损失较大，运行费用高。 4.3 弯管流量计 弯管流量计实际上是一个90度标准弯头，没有比它结构更简单的流量传感器了。随着机械加工工业的发展和行业标准化及规范化管理的不断完善，用作弯管传感器的标准机制弯头性价
15、比越来越高。它的特点是： 结构简单，价格低廉。 弯管流量计传感器耐磨损，对微量磨损不敏感。 安装简单，可采用直接焊接法进行安装，使现场跑冒滴漏的麻烦得到彻底的解决。 适应性强，量程范围宽，直管段要求不严。只要是可以用孔板、涡街、均速管流量计来测量的管道内流体流量都可以用弯管流量计进行测量，而且在耐高温、耐高压、耐冲击、耐振动、耐潮湿、耐粉尘等方面，弯管流量计远优于其它流量计。 弯管流量计的量程比可达1：10，对于蒸汽，它的适用范围为070m/s，可以较好地满足蒸汽流量测量的要求。 弯管流量计由于其特殊的测量原理，使其在实际应用时对直管段的要求不严格，一般只要求前5D、后2D即可，远远低于其他流量测量装置的要求。 弯管流量计精度高，重现性好，测量精度可达1.14%，重现性精度可达0.2%，一次安装后，不再需要重复拆装，因此，其安装精度也能得到最佳保证。 弯管流量计的最突出特点是无任何附加节流件或插入件，可大大降低流体在管道内输送的动力
