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蒸汽流量计量的特点及如何提高计量准确性

发布时间:2017-11-01
 

摘要:蒸汽流量的计量是流量计量的难点。该文阐述了蒸汽流量计量的特点,指出了影响蒸汽流量计量的主要问题,并提出了提高蒸汽流量计量准确性的对策。
1、蒸汽流量计量的特点
1.1饱和蒸汽流量计量中的“两相流”
当前,用户基本上都使用饱和蒸汽,通常用干度(指饱和蒸汽中的含水量多少)来衡量饱和蒸汽的质量好坏。最好的是干饱和蒸汽,一般称为过热饱和蒸汽,其含水量可忽略不计;干度差的称湿饱和蒸汽,含水量最多可达30%,这就存在着饱和蒸汽的“两相流”问题。因为任何蒸汽计量仪表在计算饱和蒸汽流量时所用的设计压力下的蒸汽密度值都采用其干度X=1时的数值,也就是干蒸汽的数值;同时,湿蒸汽因含有密度比干蒸汽大数百倍的液体水粒,在管道中流动时其速度要比干蒸汽小,这样所测得的差压值就低了,反映在仪表读数、记录上就存在着密度和流速受干度影响所带来的叠加性的双重负误差,并造成湿饱和蒸汽计量难度。
1.2蒸汽流量计量中的蒸汽密度补偿
计量饱和蒸汽或过热蒸汽常用质量流量,单位为kg/h或t/h。质量流量大小与蒸汽的密度有关,而蒸汽的密度又直接受蒸汽的压力及温度影响。在蒸汽计量过程中,密度随着蒸汽压力及温度的不断变化而变化,使质量流量也随着变化。如果计量仪表不能跟踪这种变化,势必造成计量误差。在蒸汽计量过程中,一般都是通过压力及温度传感器跟踪蒸汽压力和温度变化来达到密度补偿目的。饱和蒸汽的密度变化与其压力或温度成正比关系,因而单独通过测压力或测温度都可以对饱和蒸汽进行密度补偿。过热蒸汽的密度与其压力、温度成函数关系,而不是正比关系。过热蒸汽的密度补偿必须同时测其压力和温度。现代蒸汽流量计都带有自动密度补偿功能。
1.3蒸汽流量计量中的高温高压问题
高温高压是蒸汽计量又一显著特点,它造成大多数流量计量仪表难以适应,因而可供蒸汽计量的仪表种类不多。例如大型热电厂输送的过热蒸汽,有的高达500℃以上,压力高达10MPa以上。使用蒸汽计量仪表首先要考虑耐高温、高压,而且要求有良好的稳定性、可靠性、密封性。一般都请厂家专门设计制造,并留有相当的余地,以确保安全可靠运行。
2、影响蒸汽流量计量的主要问题
当前,在国内关于蒸汽测量方面存在不少误区,很多用户往往认为购买了高品质的流量计就可以得到准确的计量结果。蒸汽的计量不同于其他流体(如水、空气等),在实际测量中影响其精确测量的因素较多,经常会出现流量计本身检定合格,而实际却感觉计量“不准”的现象。影响蒸汽流量准确计量的因素主要有以下6个方面。
1)量程比不足。量程比是指一个流量计能确保给定的精度和再现性的范围内,所能测量的最大流量和最小流量之比。但涉及量程比时必须小心,因为量程比是基于实际的流速,蒸汽系统一般的最大允许速度为35m/s,更高的流动速度会引起系统的冲蚀和噪音。而不同的流量计允许的最低流速是不同的,一般涡街流量计所能测量的最低蒸汽流速为2.8m/s,对于量程比不足的情况,应采用大量程比的流量计(GilfloILVA流量计的最低允许流速为0.6m/s,最大量程比可达100:1)或选择多个流量计并联。
2)上下游直管段不足。对于传统的涡街或孔板流量计,其前后安装直管段要求分别约为20D和5D。如果上下游直管段不足,则会导致流体存在旋涡和流速分布剖面畸变。流速剖面畸变通常由管道局部阻碍(如阀门)或弯管所造成,而旋涡普遍是由2个或2个以上空间(立体)弯管所引起的。上下游直管段不足可以通过安装流动调整器来调整,最简单有效的办法是采用对上下游直管段要求较低的流量计。
3)蒸汽的密度补偿不正确。为了正确计量蒸汽的质量流量,必须考虑蒸汽压力和温度的变化,实现密度补偿。不同类型的流量计受密度变化影响的方式不同。涡街流量计的信号输出只和流速有关,而和介质的密度、压力和温度无关,差压式流量计其质量流量与流量计的几何外型、差压平方根和密度平方根有关。
①补偿精确度的差异。测温对补偿精确度影响较大。如采用相同精度等级的温度和压力传感器,测温误差对密度的影响要大于测压误差。
②压力测量影响因素。在蒸汽压力的测量中,由于引压管内冷凝水的重力作用会使压力变送器测量到的压力同蒸汽实际压力之间出现一定的差值。测压误差如果不予以校正,则会影响蒸汽密度的计算,引起流量计量的误差。对于上述现象,可在二次表(流量积算器)进行零点迁移,既简单又准确。
③温度测量影响因素。从流量计现场使用的情况来看,温度测量误差除了测温元件的固有误差之外,还同安装的不规范有关。
4)蒸汽干度的影响。目前,用于测量蒸汽流量的流量计大部分为体积流量计,首先测得体积流量,然后通过蒸汽的密度计算质量流量,也就是假定蒸汽为完全干燥。但是,蒸汽并非完全干燥,如果不考虑蒸汽干度的影响,得出的数据会低于实际的流量。因此流量计的二次仪表( 流量积算器) 应该具有设置饱和蒸汽干度的功能。但在实际工况确定蒸汽的干度也很困难。如果能够改进蒸汽流量计入口处的蒸汽品质,则能改进蒸汽流量计的测量精度。
5)管道振动。涡街流量计等对机械振动比较敏感,计量结果易受干扰,应对流量计前后管道作可靠的支撑设计。如管道振动不可避免,应采用抗干扰能力强的差压式流量计,如斯派莎克 ILVA流量计。
6)差压传送误差(差压式流量计)。一是零点漂移。差压变送器安装到现场投入时,往往发现零位与出厂校验时的零位不一致。这种零位输出偏离称为静压误差。其调整方法是向正负压室通入相同的静压,将三阀组的高低压阀中一个打开,另一个关
闭,将平衡阀打开,如果怀疑正负压室内尚未充满被测介质,则可通过正负压室上的泄流阀排尽积气(或积液),然后再检查变送器的输出。二是引压管布置不合理。引压管线应保证合理的坡度使管内可能出现的气泡较快地升到母管内,管内出现的杂质等较快地下沉到排污阀。引压管线应定期检查维护,确保无泄漏无堵塞。引压管的内径与被测流体的性质和引压管总长度有关,对于蒸汽系统,引压管的内径一般在10mm左右。为了避免正负压引压管内介质温度不一致,导致密度出现差异而引起传送失真,则正负引压管应尽量靠近布置。当用于室外或严寒地区时,引压管中的液体可能会结冰,因此需要伴热保温,但应避免将伴热管直接绕在引压管上,导致介质部分汽化,出现虚假误差。
3、提高蒸汽流量计量准确性的对策
3.1正确选型
选择蒸汽流量计量仪表,应重点考虑2个因素。一是量程问题。蒸汽流量计量仪表计量不正常,主要是由于选型时量程不正确造成的。用汽旺季用汽量相当大,而用汽淡季用汽量又很小,用汽量相差过于悬殊,一般蒸汽计量仪表的流量范围就难以适应。必须明确流量测量范围,在此基础上选择符合相关运行参数的蒸汽计量仪表,使其能充分发挥作用。二是管道直径问题。在设计节流装置时,基本上都采用工艺提供的公称名义管径值,其实公称名义管径值与实际管径值还是有误差的,特别是卷管,公称名义管径值与实际值有时差值还较大,造成计量误
差增大,测量的准确度就难以达到设计要求。国标规定: 用来计算节流件直径比的管道直径D值应为上游取压口的上游0.5D长度范围内的内径平均值。该内径平均值应是至少在垂直轴线的2个横截面内所测得内径的平均值,内径的精度(用于设计的管道内径)应达到±0.3%。设计前最好实测管径,以减少计算误差。    
3.2正确安装    
任何蒸汽计量仪表都必须安装正确,否则就不可能正常工作。例如在锅炉出汽口附近安装蒸汽计量仪表,在截止阀或管道弯头附近及管道的最低处安装蒸汽计量仪表都属于不正确的安装。正确安装蒸汽流量计量仪表,要做到5点:
①在所安装仪表前后必须留有足够长的直管段。    
②蒸汽计量仪表不能安装在整套管路最低处。
③必须高度重视冷凝器的安装。2个冷凝器亦须处于同一水平上,2个冷凝器的作用是使导压管中被测蒸汽冷凝并使正、负导压管中冷凝液面有相等高度并保持长期稳定;为不使冷凝液面波动对测量产生误差,冷凝器的有效容积应大于所使用的差压变送器工作空间的最大容积变化的3倍,在水平方向的横截面积不得小于差压变送器的工作面积,系统确保密封良好,严禁泄漏; 要充分考虑维护、拆换、吹扫便利。    
④导压管长度最好在16m内,内径最好选用Φ10~Φ16mm以防堵塞为好。导压管全程保温并确保正、负管处于同等温度以免密度变化引起误差。
⑤装测温元件的地方最好在节流件下游侧 10D以外处,在管道或正压管上取压时,如压力变送器装在节流装置下方,必须对压力变送器的管路液柱值进行修正,以提高计量准确度。    3.3严格规范操作        
1)仪表投运。蒸汽流量计投运操作时,首先关闭差压变送器的正、负阀,稍开一次阀,检查各阀门、导压管等有无泄露,如无泄露将一次阀全开。打开排污阀排污并让蒸汽排出后关闭排污阀,等一段时间让冷凝器及导压管内充满冷凝水后才能开始正常投运。步骤如下:
①开启平衡阀;
②缓慢开启负压阀门;
③随即开启正压阀门;
④稍停片刻后同时关闭正、负阀门;差压变送器调整静压误差在第④步后进行,同时必须待冷凝器内液面一致平衡时才可进行,否则将带来液柱静压误差;
⑤再开启正、负阀门;
⑥关闭平衡阀,仪表启动。注意在向差压变送器的正、负容室充灌液体时,应先旋开容器上的排气螺钉,使气体排出后再进行充灌。        
2)仪表的运行。在长期运行后,无论管道还是节流装置都会发生变化,如结垢、磨损、腐蚀等。节流件是依靠结构形状及尺寸保持信号的准确度,任何几何形状尺寸的变化都会给测量带来误差。而测量误差的变化并不能从信号中觉察到,因此对节流件定期检查是必须的。由于企业的连续生产性质,一般是与检修同步进行。如果几何尺寸变化不大仍可继续使用,但应根据实测数据对设计数据进行修正,以保证测量的准确。    3)仪表的维护。由于仪表长期处在高温、高压的水蒸汽环境中,很容易造成表件损坏、锈蚀、杂质阻塞等,因此需要经常维护和定期检修。如LFIX分流旋翼式蒸汽流量计在长期运行中,石墨轴承被磨损引起转轴上跳;不注意防冻,使阻尼水结冰,冻坏表件等。孔板差压式蒸汽流量计特别要检查孔板开口的圆面是否锈蚀,有没有附着脏物,要定期清洗,对锈蚀严重的孔板要更换。涡街流量计在使用中要注意检查三角柱缝隙是否有杂物阻塞、检测元件是否失灵,等等。