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四種蒸汽流量測量儀表的原理特點及不同的安裝要求介紹

来源: (中国轻工业长沙工程有限公司 作者:楊文 發布日期:2021-09-19

 摘 要:蒸汽作为一种重要的能源物质,制浆造纸企业有很多工段都需使用蒸汽。这些蒸汽要么外购,要么来自企业自备电厂。为了进行能耗计算或者成本核算,通常需要使用流量計对消耗的蒸汽进行准确计量。本文对适合于蒸汽流量测量的流量計的测量方法和特点进行了介绍,帮助用户根据实际情况选择非常合适的测量仪表,确保需要时对蒸汽流量进行准确测量。

在制浆造纸工业中,蒸煮、纸机烘干部、厂房通风等工段需要消耗大量蒸汽,造纸厂一般通过自备电站提供蒸汽或者从外部供热管网购买蒸汽,并在蒸汽主管和各车间不同工段的蒸汽支管上安装流量計对蒸汽流量进行测量。蒸汽计量直接关系到供需双方的经济利益,纸厂内部的蒸汽计量为企业计算能耗、核算成本提供依据。因此选择合适的流量計对蒸汽进行精确计量是很有必要的。本文论述了蒸汽流量测量仪表的选择方法和使用条件,以方便造纸企业根据实际情况选择合适的仪表,对蒸汽流量进行精确计量。

1 测量方法和仪表选择

有调查统计显示,在安装运行的流量儀表中,约有60%所选择的测量方式是不合适或者使用不正确,还有的虽然测量方法合适,安装和布置又出现了错误。对某一使用场合,一般都会有几种仪表可供采用,选择时如果只凭经验或初装费用做出决定,往往不能选择非常合适的仪表。要正确选择流量测量方法和仪表,必须熟悉仪表和流体特性,同时考虑经济因素。归纳起来主要包括性能要求、流体特性、安装要求、环境条件和费用。根据石油化工设计手册,可用于蒸汽流量测量的仪表有基于节流元件如孔板、喷嘴、文丘里管和均速管的差压式流量計,涡街流量計,基于传播时间法的超声波流量計和金属浮子流量計几种。需要注意的是这几种流量計都是测量瞬时流量,而企业对蒸汽进行测量主要是计量总量,因此需在D C S系统中进行计算转换或者使用具有积算功能的仪表。

各种流量計

1.1 差压式流量計

利用差壓變送器測量流體,通過節流元件時因爲流速變化在節流元件前後産生的壓差來計算流量,不同節流元件的差压式流量計的测量原理相同。这种测量方法以流动连续方程和伯努利方程为基础。压差的大小不仅与流量有关,还与节流元件结构形式或管道内流体的物理性质等因素有关,因此流量計算需考虑各种影响因素的修正系数。差压式流量計测量范围度窄,由于差压信号与流量为平方关系,一般范围度为(3∶1)~(4∶1)。根据不同的应用场合和精度要求,每个节流元件都有自己的特点和优势,比如孔板具有较高的精度;喷嘴相较孔板具有流出系数稳定,压损较低(相同工况下为孔板的30%~50%)的特点,很适合蒸汽流量的测量;文丘里管则要求前后直管段较短。

带温度压力补偿的一体式涡街流量計

1.2 涡街流量計

涡街流量計是一种发展迅速并获得广泛应用的新型流量計。其流量测量原理是在流体中设置旋涡发生体,旋涡发生体两侧交替产生有规则的旋涡,传器通过测量旋涡发生体的振动频率得到旋涡发生的频率,根据旋涡发生频率可以通过公式计算得到流体流量。涡街流量計测量范围度宽,可达(10∶1)~(20∶1)或更大,可用于测量大幅波动的工艺过程的流量;输出与流量成正比的脉冲信号,无零点漂移;压损较小,约为孔板流量計的1/2~1/4;不适用于低雷诺数(R e<2×10 4)场合;仪表系数较低,信号分辨率随口径增大而降低,影响测量精度,故口径不宜过大,满管式涡街流量計应用于中小口径(D N15~D N600),插入式涡街流量計可用于DN600以上孔径。

1.3 超声波流量計

通過檢測流體流動對超聲波的影響,從而測出流體的體積流量。超声波流量計有几种不同的测量原理,比如传播时间法、多普勒效应法、波束偏移法等。其中基于传播时间法的超声波流量計可以用于测量蒸汽的流量。测量蒸汽时一般选择传播时间法超声波流量計,通过同时测量顺流向和逆流向两路声波的传播时间差计算出流体流速,然后通过公式计算将流速转换为流量。超声波流量計具有测量范围度宽,可达10∶1;长期稳定性好;测量精度高;口径范围大以及适用介质温度高等特点。

1.4 金属浮子流量計

采用可变面积式测量原理,用于测量连续封装管道中液体和气体的体积流量的测量。它可用于小流量、低流速的测量场合,也可用于测量低雷诺数的场合,有效测量范围度宽,可达10∶1,金属浮子流量計一般用于口径不超过DN100的工艺管道上。

制造造纸企业使用的蒸汽主要是过热蒸汽和饱和蒸汽,蒸汽的压力波动会引起密度变化,饱和蒸汽的压力和温度一一对应,因此饱和蒸汽流量测量可以选择压力补偿或温度补偿的一种即可。过热蒸汽的温度和压力无对应关系,因此需要同时测量其温度和压力进行补偿。涡街流量計和超声波流量計有的型号已经集成了一体化的温度和压力补偿。差压式流量計和金属浮子流量計则需要单独安装温度變送器和(或)压力變送器对温度和压力进行补偿,修正测量结果,提高测量精度。

2 安装要求

不同原理的測量方法對安裝要求差異很大,大量的應用統計數據表明,流量測量儀表測量性能受安裝狀況的影響很大,安裝不善給流量儀表引入較大的附加誤差,即便儀表本身具有較高的精度,也會造成現場儀表測量不准,誤差大。因此在使用流量測量儀表時必須高度重視儀表的安裝。儀表安裝符合其所要求的安裝條件才能充分發揮儀表的性能,從而得到准確的測量結果。具體到上述幾種用于蒸汽流量測量的儀表,可根據其測量方法和儀表使用手冊確定對應的安裝要求。

差压式流量計、涡街流量計和超声波流量計都要求管道内流体为充分发展的管流,减少流体扰动对测量结果的影响,因此这类仪表需要较长的上下游直管段长度来保证测量精度,选用这类仪表要及时和管道专业沟通,确保有满足仪表使用手册要求的直管段长度来安装仪表。如果直管段长度确实无法满足,则应采取其他措施来弥补,比如在仪表上游管道安装流动调整器来缩短上游直管段的长度。涡街流量計因为振动会影响旋涡发生频率的检测,因此对管道振动敏感,在振动场合应选用抗振型的涡街流量計,安装时应考虑在仪表前后管道做支撑,避开振动强烈的地方。金属浮子流量計要求流体流动方向从下往上,因此需要根据预期安装位置的管道方向选择合适的流量計结构型式。

3 结论

制浆造纸企业需要测量蒸汽流量时,可以根据实际情况在以上介绍的几种流量测量仪表中进行比较,选择非常合适的测量仪表。总体来说,差压式流量計式是目前蒸汽测量非常常用的流量計。超声波流量計没有节流件,不会因节流件腐蚀和磨损造成精度变差,长期稳定性非常好,适合贸易结算的测量场合。差压式流量計和涡街流量計因其精度较高、价格便宜、安装维护方便等特点,更适合企业内部用于能耗计算和成本核算的测量场合。

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