蒸汽流量計(jì)量準(zhǔn)確度分析

李 明 于慶河

（大慶石化分公司煉油廠計(jì)量中心，黑龍江 大慶 163711）

引言

蒸汽計(jì)量是我廠自產(chǎn)、外購(gòu)能源的重要指標(biāo)。在石油、化工等生產(chǎn)過(guò)程中，對(duì)管道內(nèi)蒸汽流量計(jì)量是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程管理及能源平衡的重要組成部分，目前測(cè)量大管徑（DN200以上）蒸汽使用的計(jì)量器具大多是孔板流量計(jì)，而孔板流量計(jì)的節(jié)流口對(duì)微量磨損十分敏感。規(guī)程規(guī)定，計(jì)量用孔板流量計(jì)的孔板每年必須進(jìn)行一次或一次以上的強(qiáng)制性磨損檢查，這是保證孔板流量計(jì)準(zhǔn)確計(jì)量的必要條件。對(duì)于大管徑的蒸汽孔板，其拆裝難度之大，維修費(fèi)用之高，給正常維護(hù)帶來(lái)了額外的負(fù)擔(dān)。所以提高蒸汽流量計(jì)量準(zhǔn)確度不僅可以提高我廠的經(jīng)濟(jì)效益，也為我廠節(jié)能減排打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

1 蒸汽流量計(jì)量的特點(diǎn)

1.1 飽和蒸汽流量計(jì)量中的“兩相流”

當(dāng)前，用戶基本上都使用飽和蒸汽，通常用干度(指飽和蒸汽中的含水量多少)來(lái)衡量飽和蒸汽的質(zhì)量好壞。最好的是干飽和蒸汽，一般稱為過(guò)熱飽和蒸汽，其含水量可忽略不計(jì)；干度差的稱濕飽和蒸汽，含水量最多可達(dá)30%，這就存在著飽和蒸汽的“兩相流”問(wèn)題。因?yàn)槿魏握羝?jì)量?jī)x表在計(jì)算飽和蒸汽流量時(shí)所用的設(shè)計(jì)壓力下的蒸汽密度值都采用其干度X=1時(shí)的數(shù)值，也就是干蒸汽的數(shù)值；同時(shí)，濕蒸汽因含有密度比干蒸汽大數(shù)百倍的液體水粒，在管道中流動(dòng)時(shí)其速度要比干蒸汽小，這樣所測(cè)得的差壓值就低了，反映在儀表讀數(shù)、記錄上就存在著密度和流速受干度影響所帶來(lái)的疊加性的雙重負(fù)誤差，并造成濕飽和蒸汽計(jì)量難度。

1.2 蒸汽流量計(jì)量中的密度補(bǔ)償

計(jì)量飽和蒸汽或過(guò)熱蒸汽常用質(zhì)量流量，單位為kg/h或t/h。質(zhì)量流量大小與蒸汽的密度有關(guān)，而蒸汽的密度又直接受蒸汽的壓力及溫度影響。在蒸汽計(jì)量過(guò)程中，隨著蒸汽壓力及溫度不斷變化，密度也隨著變化，使質(zhì)量流量也隨著變化。如果計(jì)量?jī)x表不能跟蹤這種變化，勢(shì)必造成計(jì)量誤差。在蒸汽計(jì)量過(guò)程中，一般都是通過(guò)壓力及溫度傳感器跟蹤蒸汽壓力及溫度變化來(lái)達(dá)到密度補(bǔ)償目的。飽和蒸汽的密度變化與其壓力或溫度成正比關(guān)系，因而單獨(dú)通過(guò)測(cè)壓力或測(cè)溫度都可以對(duì)飽和蒸汽進(jìn)行密度補(bǔ)償。過(guò)熱蒸汽的密度與其壓力、溫度成函數(shù)關(guān)系，而不是正比關(guān)系，過(guò)熱蒸汽的密度補(bǔ)償必須同時(shí)測(cè)其壓力和溫度。

1.3 蒸汽流量計(jì)量中的高溫高壓?jiǎn)栴}

高溫高壓是蒸汽計(jì)量又一顯著特點(diǎn)，它造成大多數(shù)流量計(jì)量?jī)x表難以適應(yīng)，因而可供蒸汽計(jì)量的儀表種類不多。企業(yè)內(nèi)輸送的過(guò)熱蒸汽，有的溫度高達(dá)400℃以上，壓力高達(dá)3.6MPa以上。使用蒸汽計(jì)量?jī)x表首先要考慮耐高溫、高壓，而且要求有良好的穩(wěn)定性、可靠性、密封性，以確保安全可靠運(yùn)行。

2 影響蒸汽流量計(jì)量的主要問(wèn)題

當(dāng)前，企業(yè)內(nèi)關(guān)于蒸汽測(cè)量方面存在不少誤區(qū)，很多企業(yè)往往認(rèn)為購(gòu)買(mǎi)了高品質(zhì)的流量計(jì)就可以得到準(zhǔn)確的計(jì)量結(jié)果。然而，蒸汽的計(jì)量不同于其它流體如水、空氣等介質(zhì)，在實(shí)際測(cè)量中影響其精確測(cè)量的因素較多，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)流量計(jì)本身檢定合格，而實(shí)際卻感覺(jué)計(jì)量“不準(zhǔn)”的現(xiàn)象。影響蒸汽流量準(zhǔn)確計(jì)量的因素主要有以下六個(gè)方面。

2.1 量程比不足。量程比是指一個(gè)流量計(jì)能確保給定的精度和再現(xiàn)性的范圍內(nèi)，所能測(cè)量的最大流量和最小流量之比。但涉及量程比時(shí)我們必須小心，因?yàn)榱砍瘫仁腔趯?shí)際的流速，蒸汽系統(tǒng)一般的最大允許速度為35m/s，更高的流動(dòng)速度會(huì)引起系統(tǒng)的沖蝕和噪音。而不同的流量計(jì)允許的最低流速是不同的，一般渦街流量計(jì)所能測(cè)量的最低蒸汽流速為2.8m/s，對(duì)于量程比不足的情況，應(yīng)采用量程比較大的流量計(jì)或選擇多個(gè)流量計(jì)并聯(lián)。

2.2 上下游直管段不足。對(duì)于傳統(tǒng)的渦街或孔板流量計(jì)，其前后安裝直管段要求分別約為20D和5D。如果上下游直管段不足，則會(huì)導(dǎo)致流體未充分發(fā)展，存在旋渦和流速分布剖面畸變。流速剖面畸變通常由管道局部阻礙（如閥門(mén)）或彎管所造成，而旋渦普遍是由兩個(gè)或兩個(gè)以上空間（立體）彎管所引起的。上下游直管段不足可以通過(guò)安裝流動(dòng)調(diào)整器來(lái)調(diào)整，最簡(jiǎn)單有效的辦法是采用對(duì)上下游直管段要求較低的流量計(jì)。

2.3 蒸汽的密度補(bǔ)償不正確。為了正確計(jì)量蒸汽的質(zhì)量流量，必須考慮蒸汽壓力和溫度的變化，即蒸汽密度補(bǔ)償。不同類型的流量計(jì)受密度變化影響的方式不同。渦街流量計(jì)的信號(hào)輸出只和流速有關(guān)，而和介質(zhì)的密度、壓力和溫度無(wú)關(guān)，差壓式流量計(jì)其質(zhì)量流量與流量計(jì)的幾何外型、差壓平方根和密度平方根有關(guān)。

3 提高蒸汽流量計(jì)量準(zhǔn)確度的對(duì)策建議

3.1 重視蒸汽流量計(jì)量?jī)x表的正確選型

選擇蒸汽流量計(jì)量?jī)x表，應(yīng)重點(diǎn)考慮兩個(gè)因素。一是量程問(wèn)題。蒸汽流量計(jì)量?jī)x表計(jì)量不正常，主要是由于選型時(shí)量程不正確造成的。用汽旺季用汽量相當(dāng)大，而用汽淡季用汽量又很小，用汽量相差過(guò)于懸殊，一般蒸汽計(jì)量?jī)x表的流量范圍就難以適應(yīng)。必須明確流量測(cè)量范圍，在此基礎(chǔ)上選擇符合相關(guān)運(yùn)行參數(shù)的蒸汽計(jì)量?jī)x表，使其能充分發(fā)揮作用。二是管道直徑問(wèn)題。在設(shè)計(jì)節(jié)流裝置時(shí)，基本上都采用工藝提供的公稱名義管徑值，其實(shí)公稱名義管徑值與實(shí)際管徑值還是有誤差的，特別是卷管，公稱名義管徑值與實(shí)際值有時(shí)差值還較大，造成計(jì)量誤差增大，測(cè)量的準(zhǔn)確度就難以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。國(guó)標(biāo)規(guī)定：用來(lái)計(jì)算節(jié)流件直徑比的管道直徑D值應(yīng)為上游取壓口的上游0.5D長(zhǎng)度范圍內(nèi)的內(nèi)徑平均值。該內(nèi)徑平均值應(yīng)是至少在垂直軸線的二個(gè)橫截面內(nèi)所測(cè)得內(nèi)徑的平均值，內(nèi)徑的數(shù)值(用于設(shè)計(jì)的管道內(nèi)徑)應(yīng)達(dá)到±0.3%。設(shè)計(jì)前最好實(shí)測(cè)管徑，以減少計(jì)算誤差。

3.2 正確安裝蒸汽流量計(jì)量?jī)x表

任何蒸汽計(jì)量?jī)x表都必須安裝正確，否則就不可能正常的工作。例如在鍋爐出汽口附近安裝蒸汽計(jì)量?jī)x表，在截止閥或管道彎頭附近及管道的最低處安裝蒸汽計(jì)量?jī)x表都屬于不正確的安裝。正確安裝蒸汽流量計(jì)量?jī)x表，要做到五點(diǎn)。

3.2.1 在所安裝儀表前后必須留有足夠長(zhǎng)的直管段。

3.2.2 蒸汽計(jì)量?jī)x表不能安裝在整套管路最低處。

3.2.3 必須高度重視冷凝器的安裝。兩個(gè)冷凝器亦須處于同一水平上，兩個(gè)冷凝器的作用是使導(dǎo)壓管中被測(cè)蒸汽冷凝并使正、負(fù)導(dǎo)壓管中冷凝液面有相等高度及保持長(zhǎng)期穩(wěn)定；為不使冷凝液面波動(dòng)對(duì)測(cè)量產(chǎn)生誤差，冷凝器的有效容積應(yīng)大于所使用的差壓變送器工作空間的最大容積變化的3倍，在水平方向的橫截面積不得小于差壓變送器的工作面積，系統(tǒng)確保密封良好，嚴(yán)禁泄漏；要充分考慮維護(hù)、拆換、吹掃便利。

3.2.4 導(dǎo)壓管長(zhǎng)度最好在16m內(nèi)，內(nèi)徑最好選用Φ10-16mm以防堵塞為好。導(dǎo)壓管全程保溫并確保正、負(fù)管處于同等溫度以免密度變化引起誤差。

3.2.5 裝測(cè)溫元件地方最好在節(jié)流件下游側(cè)10D以外處，在管道或正壓管上取壓時(shí)，如壓力變送器裝在節(jié)流裝置下方，必須對(duì)壓力變送器的管路液柱值進(jìn)行修正，以提高計(jì)量準(zhǔn)確度。

4 結(jié)束語(yǔ)

提高蒸汽流量計(jì)量準(zhǔn)確度，不僅提高了能源計(jì)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性和可靠性，減少計(jì)量糾紛，每年可為我廠能源外供、輸送和消耗創(chuàng)下可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，也為企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)提供技術(shù)保障，促進(jìn)節(jié)能降耗，提高了企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，為節(jié)能減排打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

[1]戴昌輝.流體流動(dòng)測(cè)量[J].北京：航空工業(yè)出版社，1991.

[2]朱炳興，王森.現(xiàn)場(chǎng)儀表分冊(cè)[C].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002，5.

[3]紀(jì)綱.流量測(cè)量?jī)x表應(yīng)用技巧.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003，8.