用渦街流量計測量蒸汽的質量流量

摘要:介紹了用渦街流量計測量蒸汽的質量流量的原理,以及蒸汽相變對測量的影響。

蒸汽是一種使用zui廣泛的載熱介質,是重要的二次能源。蒸汽流量的測量量大面廣,對加強管理、公平貿易、節約能源、提高經濟效益等都有著重要意義。

用渦街流量計測量蒸汽的質量流量是目前人們普遍使用的一種較為成熟的測量方法。

1 用渦街流量計測量蒸汽質量流量的原理

渦街流量計是一種體積流量計,即流體雷諾數在一定范圍內時,其輸出只與體積流量成正比。

  渦街流量計的輸出信號有頻率信號和模擬信號兩種,模擬輸出是在頻率輸出的基礎上經f/i轉換得到的。這一轉換大約要損失0.1%的度,所以為獲得較高的測量精度,建議用戶選用頻率輸出的渦街流量計。該流量計測量質量流量的表達式為

式中 qm———質量流量,kg/h;

f———渦街流量計輸出頻率,脈沖數/秒;

kt———流量系數,脈沖數/升;

ρf———工作狀態下的流體密度,kg/m3。

  當被測流體為飽和蒸汽時,若工作狀態下的壓力為pf,工作狀態下的溫度為tf,則可從ρf=y1(pf)或ρf=y2(tf)查表求得工作狀態下的流體密度,其測量系統如圖1所示。

  當被測流體為過熱蒸汽時，可從pf=f（pf，tf）查表求得工作狀態下的流體密度。

  目前,智能型流量積算儀的eprom中寫入了過熱蒸汽密度表ρf=f(pf,tf)和飽和蒸汽密度表ρf=y1(pf)、ρf=y2(tf),可通過用戶填寫組態菜單選定所查的表格,自動查表計算。

2 蒸汽相變對流量測量的影響

蒸汽是一種比較特殊的介質,隨著溫度和壓力的變化,其密度也會發生變化,甚至會產生相變。

2·1 氣相變液相

過熱蒸汽在經過長距離輸送后,往往會因為熱量損失、溫度降低,使其從過熱狀態進入飽和狀態,甚至部分蒸汽冷凝出現相變而變成水滴。這些水滴對流量測量結果有多大影響,下面舉例說明。

有一常用壓力為1.0 mpa的過熱蒸汽,其流量為qm(kg/m3),假設經長距離輸送后有10%蒸汽冷凝成水滴,令其為qml,而保持為氣態的部分為qms(kg/m3),從定義知,此時濕蒸汽的干度x為

由于采用溫壓補償,所以按照臨界飽和狀態查表,得到此時的蒸汽(干部分)密度為ρs=5.680 8 kg/m3,查水密度表知此時水滴的密度為ρl=882.47 kg/m3,顯然水滴與蒸汽干部分的體積流量為

qvl=qml/ρl(3)

qvs=qms/ρs(4)

式中 qvl———水滴的體積流量,m3/s;

qvs———蒸汽干部分的體積流量,m3/s。

由定義知,蒸汽干部分體積流量與濕蒸汽總體積流量之比rv為

在該例中,rv=99.93%,由此可見,在濕蒸汽中,水滴所占的體積比可忽略不計。

因此,選用渦街流量計測量濕飽和蒸汽時,水滴對渦街流量計輸出的影響可忽略,故可認為,渦街流量計的輸出*是由濕蒸汽的干部分所引起的。而干部分的密度,無論是壓力補償或溫度補償,都可較地查出。

在已知x的情況下,可在二次表中作如下的運算,從而得到濕蒸汽的總流量。

2·2 濕飽和蒸汽變成過熱蒸汽

濕飽和蒸汽變成過熱蒸汽,一般發生在濕飽和蒸汽突然較大幅度減壓,流體出現絕熱膨脹時。

  濕飽和蒸汽中的蒸汽和水滴,處于氣液平衡狀態,在壓力突然降低而低于平衡壓力時,水滴部分蒸發,同時從液相和氣相中吸收汽化熱,使氣液相溫度降低。一種情況,如果溫度降低得不多或蒸發前濕度較高,溫度迅速降低到與新的壓力所對應的飽和溫度,建立新的平衡,這時蒸汽仍為濕飽和蒸汽;另一種情況,如果壓力降低得很多或蒸發前濕度較低,則因水滴蒸發而使溫度降低后仍高于新的壓力所對應的飽和溫度,則蒸汽變為過熱狀態。

  上述蒸發發生后,對流量測量的結果會產生不同影響。前一種情況,蒸汽仍為濕飽和蒸汽,對補償無影響,僅僅濕蒸汽中的干部分增加,干度相應增大;后一種情況,蒸汽變為過熱狀態,而流量計又恰巧安裝在減壓之后的管道上,這時對流量計的影響有以下三種情況。

 1)設計時已考慮到蒸汽變為過熱狀態,或處于何種狀態難以確定,或有時是過熱狀態有時是飽和狀態,所以采用溫壓補償,則上述相變對測量結果無影響。

 2)設計時按飽和蒸汽考慮,而且采用壓力補償,則上述相變將帶來較小的誤差,即過熱蒸汽溫度同飽和溫度之差所對應的密度差造成的補償誤差。

 3)設計時按飽和蒸汽考慮,但采用溫度補償,則將過熱蒸汽溫度當作飽和蒸汽溫度去查密度表,一般會引起較大的誤差。

  綜上所述,當應用現場傳輸距離較長時,蒸汽的溫度和壓力會發生變化,甚至產生相變,應盡量采用溫度和壓力同時補償的方法,以減小可能產生的誤差。

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