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渦街流量計(jì)的溫壓補(bǔ)償提高飽和過(guò)熱蒸汽精度

摘要：蒸汽流量檢測(cè)在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中較為常見，隨著蒸汽流量檢測(cè)精度要求的提高溫度壓力補(bǔ)償尤為重要。通過(guò)分析渦街流量計(jì)用于蒸汽流量測(cè)量的原理提出渦街流量計(jì)在飽和蒸汽和過(guò)熱蒸汽流量檢測(cè)中的溫度和壓力補(bǔ)償?shù)姆椒ǎ瑸楣こ淘O(shè)計(jì)、實(shí)際應(yīng)用提供參考。

1、引言

渦街流量計(jì)在蒸汽流量檢測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛；但是蒸汽流量計(jì)檢測(cè)值為蒸汽的體積流量。工業(yè)過(guò)程往往要求測(cè)量其質(zhì)量流量，飽和蒸汽和過(guò)熱蒸汽在計(jì)算質(zhì)量流量的過(guò)程中需要補(bǔ)償計(jì)算。本文分別對(duì)飽和蒸汽和過(guò)熱蒸汽的補(bǔ)償原理進(jìn)行說(shuō)明，并根據(jù)工程實(shí)際應(yīng)用列舉出補(bǔ)償?shù)姆椒ā?/div>

2、飽和蒸汽和過(guò)熱蒸汽的區(qū)別

水在一定的壓力下加熱，水的溫度隨著不斷加熱而上升，當(dāng)水溫升高到某一溫度時(shí)，水就開始沸騰，這時(shí)水的溫度稱為沸騰溫度。如繼續(xù)加熱，水溫保持不變，水即開始汽化，而逐步變?yōu)檎羝＿@時(shí)蒸汽的溫度也就等于飽和溫度。這種狀態(tài)的蒸汽就稱為飽和蒸汽。如果把飽和蒸汽繼續(xù)進(jìn)行加熱，其溫度將繼續(xù)升高，并超過(guò)該壓力下的飽和溫度，這種超過(guò)飽和溫度的蒸汽就稱為過(guò)熱蒸汽。

水的沸騰溫度與其所受壓力有關(guān)，壓力愈大，則沸騰溫度也就越高；反之，壓力小，則沸騰溫度也低。所以對(duì)于飽和蒸汽而言，溫度與壓力存在一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。而過(guò)熱蒸汽的溫度與壓力是兩個(gè)獨(dú)立參數(shù)，之間不存在直接的關(guān)系。

3、渦街流量計(jì)用于蒸汽流量的測(cè)量

孔板流量計(jì)在蒸汽流量的檢測(cè)中應(yīng)用由來(lái)已久，但是經(jīng)過(guò)幾十年的實(shí)踐總結(jié)，孔板流量計(jì)存在多方面的缺陷，如孔板流量計(jì)安裝及日常拆洗維護(hù)的工作量較大；由于孔板流量計(jì)的壓損較大所以運(yùn)營(yíng)成本很高；此外孔板流量計(jì)還需配合差壓計(jì)或差壓變送器方可測(cè)量管道中各種流體的流量。綜合考慮以上因素，選擇渦街流量計(jì)作為蒸汽流量檢測(cè)儀表更為方便、經(jīng)濟(jì)。

渦街流量計(jì)自上世紀(jì)70年代投放市場(chǎng)以來(lái)，深受廣大用戶歡迎。目前在各領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。尤其是在對(duì)蒸汽流量檢測(cè)的應(yīng)用上，蒸汽流量計(jì)正在逐漸取代孔板流量計(jì)成為蒸汽流量檢測(cè)的重要儀表。渦街流量計(jì)是根據(jù)卡曼渦街原理制成。流體中設(shè)置旋渦發(fā)生體（阻流體），從旋渦發(fā)生體兩側(cè)交替地產(chǎn)生有規(guī)則的旋渦，這種旋渦稱為卡曼渦街，如圖1所示。旋渦列在旋渦發(fā)生體下游非對(duì)稱地排列。設(shè)旋渦的發(fā)生頻率為f，被測(cè)介質(zhì)流速為v，旋渦發(fā)生體迎面寬度為d，則有：

其中，s稱為斯特拉哈爾數(shù)，無(wú)量綱，由漩渦發(fā)生體的形狀決定，在一定的雷諾系數(shù)范圍內(nèi)為常數(shù)。

通過(guò)檢測(cè)旋渦頻率即可計(jì)算出流體流速，從而計(jì)算出流體的體積流量。目前渦街流量計(jì)流量檢測(cè)的方法有電容檢測(cè)法、熱敏檢測(cè)法、超聲檢測(cè)法、電磁檢測(cè)法以及壓電檢測(cè)法等。蒸汽流量計(jì)用于流體流量檢測(cè)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）量程比寬，不受流體溫度、壓力、成分、粘度及密度的影響；

（2）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，與孔板相比無(wú)需配合其它儀表；

（3）壓損小，約為孔板流量計(jì)的四分之一。

4、渦街流量計(jì)用于蒸汽流量測(cè)量系統(tǒng)

根據(jù)蒸汽流量計(jì)的測(cè)量原理可知，渦街流量計(jì)測(cè)量的是流體的體積流量。但是實(shí)際中往往要求測(cè)量蒸汽的質(zhì)量流量。根據(jù)M=p×Q可由體積流量求出質(zhì)量流量。

對(duì)于飽和蒸汽，其密度ρ只與壓力有關(guān)。對(duì)應(yīng)公式為：

ρ=AP+B

其中：P為飽和蒸汽絕對(duì)壓力；單位MPa。

對(duì)于過(guò)熱蒸汽，其密度和溫度、壓力均有關(guān)系。對(duì)應(yīng)關(guān)系為：

其中：P為過(guò)熱蒸汽絕對(duì)壓力，單位MPa；T為過(guò)熱蒸汽溫度，單位℃。

因此在檢測(cè)飽和蒸汽的質(zhì)量流量時(shí)要選擇壓力或是溫度進(jìn)行補(bǔ)償；而測(cè)量過(guò)熱蒸汽質(zhì)量流量時(shí)要同時(shí)選擇壓力和溫度進(jìn)行補(bǔ)償。下面以過(guò)熱蒸汽質(zhì)量流量檢測(cè)為例介紹溫度、壓力補(bǔ)償方法。4.1智能積算儀補(bǔ)償方法

目前，過(guò)熱蒸汽質(zhì)量流量的檢測(cè)可以使用智能積算儀。智能流量積算儀采用單片機(jī)技術(shù)，其補(bǔ)償演算功能可在預(yù)先編制好的軟件中完成，計(jì)算所需要的工況補(bǔ)償公式、表格數(shù)據(jù)都存放在積算儀的存儲(chǔ)器中，在測(cè)量氣體蒸汽流量時(shí)，可以通過(guò)壓力、溫度值的輸入信號(hào)進(jìn)行蒸汽密度的自動(dòng)補(bǔ)償。并且智能流量積算儀還可以實(shí)現(xiàn)壓力、溫度值異常時(shí)的自動(dòng)補(bǔ)償。該功能可以在壓力變送器、溫度元件及變送器發(fā)生故障時(shí)，自動(dòng)轉(zhuǎn)為壓力、溫度的設(shè)計(jì)值進(jìn)行補(bǔ)償。此外，流量積算儀還具有就地顯示、報(bào)警以及RS-485通訊等多種功能。智能積算儀補(bǔ)償原理如圖2所示。采用智能積算儀的優(yōu)點(diǎn)在于方便現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)蒸汽的流量、壓力、溫度參數(shù)。

對(duì)于過(guò)熱蒸氣，在低壓區(qū)（如小于1MPa）的壓縮系數(shù)都接近于l。在該區(qū)域內(nèi)，只要溫度不是太低，即使不對(duì)壓縮系數(shù)進(jìn)行修正，也不會(huì)引起明顯的誤差，完全可以滿足工程上的要求。但在高壓區(qū)，則必須考慮壓縮系數(shù)的影響，否則將會(huì)造成明顯的誤差。而采用智能積算儀補(bǔ)償?shù)姆椒ú痪哂袑?duì)于其壓縮系數(shù)進(jìn)行修正的功能，采用DCS模塊補(bǔ)償方法則可以克服以上缺點(diǎn)。

4.2DCS模塊補(bǔ)償方法

DCS控制系統(tǒng)具有COMPENSATE 和EXHSTEAM專用模塊，用于對(duì)過(guò)熱蒸汽進(jìn)行溫度、壓力補(bǔ)償。

其中COMPENSATE模塊適用于溫度為260~800℃，壓力（絕壓）為0.5~32MPa的工況；而EXHSTEAM模塊適用于溫度為140~560℃，壓力（表壓）為98.6777~15898.6777kPa的工況。假設(shè)過(guò)熱蒸汽的設(shè)計(jì)壓力為4MPa（表壓），設(shè)計(jì)溫度為400℃；過(guò)熱蒸汽的實(shí)測(cè)壓力為PI-101：0~6MPa（表壓），實(shí)測(cè)溫度為TI-101：0~600℃，流量為FI-101，補(bǔ)償后的流量為FI_101，經(jīng)EXHSTEAM過(guò)熱蒸汽特性計(jì)算得出設(shè)計(jì)密度為13.92817951832kg/m³，則DCS圖形化編程如圖3所示。

5、結(jié)論

渦街流量計(jì)在蒸汽測(cè)量系統(tǒng)中具有較好的應(yīng)用前景，而渦街流量計(jì)的溫度壓力補(bǔ)償系統(tǒng)是提高飽和蒸汽和過(guò)熱蒸汽測(cè)量精度的重要手段，本文列舉的兩種補(bǔ)償方法在實(shí)際工程應(yīng)用中具有指導(dǎo)意義。

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