3.1蒸汽流量的測(cè)量

    蒸汽是使用最為廣泛的載熱工質(zhì)，是重要的二次能源。蒸汽流量的測(cè)量量大面廣，對(duì)加強(qiáng)管理、公平貿(mào)易、節(jié)能能源、提高經(jīng)濟(jì)效益等方面都有重要意義。蒸汽流量測(cè)量方法如果按工作原理細(xì)分，可分為直接式質(zhì)量流量計(jì)和推導(dǎo)式（也稱間接式）質(zhì)量流量計(jì)兩大類。前者直接測(cè)量與質(zhì)量流量成函數(shù)關(guān)系的額變量求得質(zhì)量流量；后者用體積流量計(jì)和其他變量測(cè)量?jī)x表，或兩種不同的測(cè)量原理流量計(jì)組合成的儀表，經(jīng)計(jì)算求得質(zhì)量流量。

   現(xiàn)在人們廣泛使用的蒸汽流量計(jì)絕大多數(shù)仍為推導(dǎo)式。其中，以節(jié)流式差壓流量計(jì)和渦街流量計(jì)為核心組成的蒸汽質(zhì)量流量計(jì)是主流，這兩種方法有各自的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，而且具有良好的互補(bǔ)性。載差壓式流量計(jì)中，線性孔板以其范圍度廣、穩(wěn)定性好的優(yōu)勢(shì)占有一定市場(chǎng)分額，除此之外，科利奧里質(zhì)量流量計(jì)、均速管流量計(jì)、超聲流量計(jì)等在蒸汽流量測(cè)量中也有應(yīng)用。

3.1.1用節(jié)流式差壓流量計(jì)測(cè)量蒸汽質(zhì)量流量

節(jié)流式差壓流量計(jì)的一般表達(dá)式為［1］

qm= (3.1)

式中qm棗質(zhì)量流量，kg/s；

C――流出系數(shù)；

d――工作條件下節(jié)流件的開孔直徑，m；

Δp――差壓，Pa；

D――管道內(nèi)徑，m。

在式（3.1）中,β和d為常數(shù)，C和ε1在一定的流量范圍之內(nèi)也可看作常數(shù)，因此式（3.1）可簡(jiǎn)化為

qm=k (3.2)

從式（3.2）可清楚看出，儀表示值同ρ1密切相關(guān)。而蒸汽工況（溫度t，壓力p）的變化，必然使ρ1產(chǎn)生相應(yīng)的變化。因此，差壓式流量計(jì)必須與用以求取蒸汽密度的工況測(cè)量?jī)x表配合，并同計(jì)算部分一起組成推導(dǎo)式質(zhì)量流量計(jì)，才能保證測(cè)量精確度。

1 過熱蒸汽質(zhì)量流量測(cè)量 當(dāng)流體為過熱蒸汽時(shí),取決于流體壓力ρ1和流體壓力ρ1和流體溫度t1。圖3.1所示為測(cè)量系統(tǒng)。

（2）飽和蒸汽質(zhì)量流量測(cè)量 飽和蒸汽的壓力和溫度是密切相關(guān)的，臨界飽和狀態(tài)的蒸汽從其壓力查得的密度同從其溫度查得的密度是相等的所以推導(dǎo)式質(zhì)量流量計(jì)測(cè)量其流量時(shí)，既可采用壓力補(bǔ)償也可采用溫度補(bǔ)償。采用壓力補(bǔ)償時(shí)，是利用ρ1＝f(ρ1)的關(guān)系獲得ρ1；采用溫度補(bǔ)償時(shí)，是利用ρ1＝f(t1)的關(guān)系獲得ρ1。兩種方法中以壓力補(bǔ)償較宜，詳見后文3.1.5條分析。

3.1.2用線性孔板差壓流量計(jì)測(cè)量蒸汽質(zhì)量流量

傳統(tǒng)的孔板流量計(jì)最大的不足是在被測(cè)流量相對(duì)于滿量程流量較小時(shí)，差壓信號(hào)很小，這一缺點(diǎn)大大影響其范圍度和測(cè)量精確度。人們針對(duì)其不足在傳統(tǒng)的孔板式產(chǎn)壓流量計(jì)基礎(chǔ)上開發(fā)了可變面積可變壓頭孔板流量計(jì)。因?yàn)槠漭敵龅牟顗盒盘?hào)與被測(cè)流量之間有線性關(guān)系，所以也稱能夠線性孔板差壓流量計(jì)。

2 線性孔板流量計(jì)工作原理 線性孔板又稱彈性加載可變面積可變壓頭孔板，其環(huán)隙面積隨流量大小而自動(dòng)變化，曲面圓錐形塞子在差壓彈簧力的作用下來(lái)回移動(dòng)，環(huán)隙變化使輸出信號(hào)（差壓）與流量成線性關(guān)系，并大大地?cái)U(kuò)大范圍度，其結(jié)構(gòu)如圖3.3所示。

在孔板流量計(jì)中，當(dāng)流體流過開孔面積為A的孔板時(shí)，流量q與孔板前后產(chǎn)生的差壓之間有如下關(guān)系，即

q=K1A

式中 q――流量；

K1――常數(shù)；

A――孔板開孔面積；

Δp――差壓。

1－穩(wěn)定裝置；2－紡錘形活塞；3－固定孔板；4－排氣孔；5－標(biāo)定和鎖定蝸桿裝置；6－走紙軸支撐；7－低壓側(cè)差壓檢出接頭；8－高張力精密彈簧；9－排水孔；10－高壓側(cè)差壓檢出接頭

在如圖3.3所示的線性孔板中，與孔板處插入一個(gè)紡錘形活塞，又差壓引起的活塞－彈簧組件的壓縮量（活塞的移動(dòng)距離）為X，則式（3.4）成立，即

· p＝K2X （3.4）

式中 K2――彈簧系數(shù)。

當(dāng)活塞向前移動(dòng)時(shí)，流通面積受活塞形狀的影響而發(fā)生變化，其關(guān)系為

A＝K3（3.5）

式中 K3――常數(shù)。

由式（3.4）和式（3.5）得

A=K3(3.6)

將式（3.6）代入式（3.3）得

q=K1K3

=KΔP

式中 K――常數(shù)（K=K1K3）

①范圍度寬。典型得線性孔板差壓式流量計(jì)可測(cè)范圍1％～100％FS，保證精確度得范圍為5%~100% FS，因此,對(duì)于流量變化大得測(cè)量對(duì)象，一臺(tái)流量計(jì)就可解決。能適應(yīng)蒸汽、燃油測(cè)量得夏季、冬季負(fù)荷變化。

②線性差壓輸出。差壓信號(hào)與流量成線性關(guān)系，被測(cè)流量相對(duì)于滿量程流量較小時(shí)，差壓信號(hào)幅值也較大，有利于提高測(cè)量精確度。

③直管段要求低。由于孔板得變面積設(shè)計(jì)，使其成為在高雷諾數(shù)條件下工作得測(cè)量機(jī)構(gòu)，可在緊靠彎管、三通下游的部位進(jìn)行測(cè)量（為了保證測(cè)量精確度，制造廠還是要求上游直管段≥6倍管徑，下游直管段≥3倍管徑）。

（3）保證測(cè)量精確度的措施 典型的線性孔板流量計(jì)GILGLO承諾具有±1％精確度，為了達(dá)到這一指標(biāo)，采取了幾項(xiàng)重要措施，其中包括如下幾項(xiàng)。

①對(duì)線性孔板逐臺(tái)用水標(biāo)定

從式（3.4）和（3.5）可知，只要線性孔板中的彈簧線性號(hào)，而且活塞被加工成理想形狀，使得流通面積A與位移X的1／2次方成線性關(guān)系成立，但是，活塞的曲面加工得很理想是困難得，最終不得不用逐臺(tái)標(biāo)定得方法來(lái)彌補(bǔ)這一不足。

統(tǒng)創(chuàng)公司對(duì)線性孔板進(jìn)行逐臺(tái)標(biāo)定是以水為介質(zhì)，不同口徑得線性孔板均選擇14個(gè)標(biāo)定點(diǎn)，其中流量較小時(shí)，標(biāo)定點(diǎn)排得較密，圖3.4所示為一臺(tái)DN200線性孔板得標(biāo)定曲線。圖中的差壓?jiǎn)挝粸?/FONT>inH2O,(linH2O=249.0889Pa),表3.1所列的是一臺(tái)DN200的線性孔板的實(shí)際標(biāo)定數(shù)據(jù)，其中從體積流量換算到質(zhì)量流量是建立在水的密度p＝998.29kg/m3基礎(chǔ)上的。