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蒸汽的特性分析及流量计的选择
作者: 发布于:2015/2/17 0:06:15

 蒸汽的特性分析及流量计的选择:过热蒸汽

      蒸汽是比较特殊的介质,一般情况下所说的蒸汽是指过热蒸汽。过热蒸汽是常见的动力能源,常用来带动汽轮机旋转,进而带动发电机或离心式压缩机工作。过热蒸汽是由饱和蒸汽加热升温获得。其中绝不含液滴或液雾,属于实际气体。过热蒸汽的温度与压力参数是两个独立参数,其密度应由这两个参数决定。
      过热蒸汽在经过长距离输送后,随着工况(如温度、压力)的变化,特别是在过热度不高的情况下,会因为热量损失温度降低而使其从过热状态进入饱和或过饱和状态,转变成为饱和蒸汽或带有水滴的过饱和蒸汽。饱和蒸汽突然大幅度减压,液体出现绝热膨胀时也会转变成为过热蒸汽,这样就形成汽液两相流介质。
     蒸汽的特性分析及流量计的选择:饱和蒸汽
      未经过热处理的蒸汽称为饱和蒸汽。它是无色、无味、不能燃烧又无腐蚀性的气体。饱和蒸汽具有如下特点。
      (1)饱和蒸汽的温度与压力之间一一对应,二者之间只有一个独立变量。
      (2)饱和蒸汽容易凝结,在传输过程中如有热量损失,蒸汽中便有液滴或液雾形成,并导致温度与压力的降低。含有液滴或液雾的蒸汽称为湿蒸汽。严格来说,饱和蒸汽或多或少都含有液滴或液雾的双相流体,所以,不同状态下不能用同一气体状态方程式来描述。饱和蒸汽中液滴或液雾的含量反映了蒸汽的质量,一般用干度这一参数来表示。蒸汽的干度是指单位体积饱和蒸汽中干蒸汽所占的百分数,以“x”表示。
      (3)准确计量饱和蒸汽流量比较困难, 因为饱和蒸汽的干度难以保证,一般流量计都不能准确检测双相流体的流量,蒸汽压力波动将引起蒸汽密度的变化,流量计示值产生附加误差。所以在蒸汽计量中,必须设法保持测量点处蒸汽的干度以满足要求,必要时还应采取补偿措施,实现准确的测量。
    蒸汽的特性分析及流量计的选择:测量的分析
      目前使用流量仪表测量蒸汽流量,测量介质都是指单相的过热蒸汽或饱和蒸汽。对于相流经常变化的蒸汽,肯定会存在测量不准确的问题。这个问题的解决方法是保持蒸汽的过热度,尽量减少蒸汽的含水量,例如加强蒸汽管道的保温措施,减少蒸汽的压力损失等,以提高测量的准确度。然而这些方法并不能彻底解决蒸汽流量测量不准确的问题,解决这一问题的根本办法是开发一种可测两相流动介质的流量仪表。
      用于检测气体流量的流量计种类很多,以速度式和容积流量计应用最普遍,它们的共同特点是只能连续测定工况下的体积流量,而体积流量又是状态的函数,工作状态下的体积流量不能确切的表示实际流量,工程上一般都以标准状态体积流量或质量流量表示。所谓标准状态体积是0℃、1个标准大气压下的气体体积或20℃、1个标准大气压下的体积。以质量流量为计量单位的情况,目前应用不多。采用刻度气体流量计时,选定气体正常温度、压力为设计条件,将设计状态下的体积流量折算为标准体积流量或质量流量,其折算系数中含有气体密度的因素,当气体介质的工作状态偏离设计状态,流量示值将产生误差。此外气体介质的组成、含量或温度的变化,对流量测量也产生影响,所以蒸汽流量的测量更需要采取补偿措施,并且因蒸汽的状态变化补偿因素也比较复杂。
      过热蒸汽的密度由蒸汽的温度、压力两个参数决定,而且在参数的不同范围内,密度的表达形式也不相同,无法用同一通式表示,所以不能获得统一的密度计算公式,只能个别推导求得温度、压力补偿公式。在温度、压力波动范围较大的场合,除进行温度、压力补偿外,还需要考虑对气体膨胀系数ε的补偿。
      无论采用何种流量计检测饱和蒸汽的流量,在蒸汽压力波动的条件下工作,必须采取压力补偿措施,这是因为在流量方程中,都含有蒸汽密度的因素,工作条件与设计条件不一致时,读数会产生误差,误差的大小和工作压力与设计压力偏差的大小有关,P实>P设将出现负误差,否则将出现正误差。蒸汽的干度条件是关系到能否准确计量蒸汽流量的重要条件,目前正在研制在线蒸汽干度检测仪表,待干度仪表应用于蒸汽流量计量与补偿系统,必将进一步提高计量的准确性。 目前应采取以下三项措施:
      (1)输送蒸汽的管路必须有良好的保温措施防止热量损失。
      (2)在蒸汽管路上要逐段疏水,在管道的最低处及仪表前的管道上应设置疏水器,及时排出冷凝水。
      (3)锅炉操作中应避免出现汽包液位过高现象,尽量减少负荷出现大的波动。
     蒸汽的特性分析及流量计的选择:涡街流量计
      涡街流量计是基于卡门涡街原理而研制成功的一种新型流量计,由于它具有其它流量计不可兼得的优点,70年代以来得到了迅速发展。据介绍,现在日本、欧美等发达国家使用涡街流量计的比例大幅度上升,已经广泛用于各个领域,将在未来流量仪表中占主导地位,是孔板流量计的理想替代产品。它具有以下特点:
      ① 结构简单牢固,无可动部件,长期运行十分可靠;
      ② 维护十分方便,安装费用低;
      ③ 传感器不直接接触介质,性能稳定,寿命长;
      ④ 输出与流量成正比的脉冲信号,无零点漂移,精度高,并方便与计算机联网;
      ⑤ 测量范围宽,量程比可达1:10;
      ⑥ 压力损失小,运行费用低,更具节能意义;
      ⑦ 在一定的雷诺数范围内,输出信号频率不受流体物理性质和组分变化影响,仪表系数仅与漩涡发生体的形状和尺寸有关,测量流体的体积流量无需补偿,调换配件后无需重新标定仪表的系数;
      ⑧ 应用范围广,气体、液体的流量均可测量;
      ⑨ 检定周期为2~4年。
      但该流量计也存在一定的局限性:
      ① 涡街流量计是一种速度式流量计,漩涡分离的稳定性受流速影响,故它对直管段有一定的要求,一般是前10D、后5D;
      ② 测量液体时,上限流速受压损和气蚀现象限制,一般是0.5~8m/s;
      ③ 测量气体时,上限流速受介质可压缩性变化的限制,下限流速受雷诺数和传感器灵敏度的限制,蒸汽是8~25m/s;
      ④ 应力式涡街流量计对振动较为敏感,故在振动较大的管道安装流量计时,管道要有一定的减震措施;

      ⑤应力式涡街流量计采用压电晶体作为检测传感器,故其受温度的限制,一般为-40~+300℃

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