蒸汽流量计量方案((含宽量程问题,蒸汽密度计算问题))

相同的，流出系数C的计算式是以大量实验所确定的数
值为依据，并以标准的形式给出。 传统的节流装置量程比较窄，主要是流出系数C、 可膨胀性系数ε等中间参数引起的。传统的节流式流 量计是将流出系数C和可膨胀性系数ε视为定值（C
和ε由专门的节流装置设计计算软件计算得到），置 入现场的流量积算仪。下图是一台孔板流出系数曲线。
会议又将骨架表的压力和温度范围放宽，并加以改进。
随着计算机技术的发展，国际水蒸汽会议认为推导一 套工业应用的水和水蒸汽性质公式很有必要，因此在 1963年（纽约）的第六届会议上成立了国际公式化委 员会（IFC），这个国际会议推出的公式是由一整套
方程式组成，用该公式计算出的数值，不论在哪一点，
都在骨架表的允差之内。目前大多采用的水蒸汽表的
孔板和喷嘴的流出系数C曲线图
孔板C-ReD曲线
喷嘴C-ReD曲线
从图中可以看出,当雷诺数ReD≥2×105时，孔板
的流出系数C进入线性区，流出系数C方可以认为是一
个常数；当雷诺数ReD≥4×105时，喷嘴的流出系数C 进入线性区，流出系数C方可以认为是一个常数。在实 际测量中，由于流量变化而使雷诺数小于界限值的情 况时有发生，如果不进行修正，仍按计算书的C值来计
非标准节流装置
●结构创新，促进仪表技术发展（注意总结应用经 验）。
●无标准支持（呼吁有关部门加速建标准）。
●仪表须实流标定（注意：仪表用液体标定，不可 用于蒸汽计量）。 ●可用于一般场合流量计量和某些工艺控制量监测； 贸易计量必须实流标定。 ●对结构安全给予重视。
传统孔板 ①入口边缘易磨损 ②阻损大 ③易变形，一般采用非 定值 ④检定周期短（一年）
C=0.6176；平均值=0.6139，即在3×104～1×104范围
贸易结算的一级表对不确定度的要求。
同样，可膨胀性系数ε在超测量范围情况下，所
引起的测量不确定度更不容忽视。
例如，一台角接取压孔板流量计（D=100mm，
β=0.5）测量过热蒸汽（压力=4Mpa，温度=400℃）， 雷诺数在28×105～2.8×105（介质流速：52～5.2米/ 秒）范围内，可膨胀系数ε的不确定度为3.0%！
IAPW-IF97将使用范围内的水和水蒸汽分为五个 子区域，即将IFC-67的第三、四子区域合并为一个子 区域，将IFC-67的第五、六子区域合并为一个子区域，
并增加一低压高温区，即第一区为常规水区、第二区
为过热蒸汽区、第三区为临界区、第四区为饱和线区、 第五区为低压高温区。 (3)计算精度： 一般说，IAPW—IF97的计算精度比IFC-67高一个 数量级，特别是边界点（从分区图看是温度为350℃-374.15℃、压力大于16.54MPa），用IFC-67计算误 差为6％，用IAPW—97计算误差在1％以内。但是在常
设计、使用、维护都体现出了“一体化”的概念。
小结（三）几种流量计比较
传统孔板 准确度 范围度 阻力损失 耐高温性能 低流速特性 抗振性能 1.0 3：1 大 好 好 好 涡街流量计 1.0 10：1 小 一般 一般 差 一体化节流式 （ISA1932喷嘴） 流量计 1.0 10：1 或 20：1 小 好 好 好
会（IAPWS）通过并发表了由德、俄、英、加等7国12 位科学家组成的联合研究小组提出的一个全新的水和 水蒸汽计算模型，即IAPWS-IF97公式。
这两公式在使用范围、区域划分、计算精度上都有一
定的差别； (1) 使用范围： IFC-67，温度0.1℃--800℃、压力0—100Mpa IAPW-IF97,温度0℃--800℃、压力0—100MPa 及800℃--2000℃、压力0—10Mpa (2) 区域划分： IFC-67将使用范围内的水和水蒸汽分为六个子区域
算流量，会带来较大的误差。
流量计算机可自动实时计算流出系数C、（和流速
可膨胀系数ε），这是实现节流式流量计宽量程自动
补偿的关键所在。
小结 针对传统孔板流量计：量程小、阻力损失大，易 磨损，检定周期短，系统维护复杂等缺陷而提出
节流件 一 体 化 连 接 传 统 连 接
ISA1932喷嘴 标准孔板 其他节流件
企业能源计量管理及贸易结算的需求，提出了一套已
经获得成功应用的蒸汽流量计量解决方案。
问题的提出：
1.一次仪表的选用
2.宽量程及相关标准
3.蒸汽密度计算 4.超宽量程（20：1）流量测量
5.双向流量测量
6.能量计量
1.一次仪表的选用
目前一次仪表的选择 标准节流装置 涡街流量计 非标准节流装置
仪表选择的参考因素
ISA1932喷嘴 ①入口圆滑不易变形 ②阻损小（是孔板的0.6倍） ③不易变形（特别对高速介质 情况） ④推荐采用定值 ⑤检定周期长（四年）
传统孔板与一体化喷嘴比较
传统孔板 ①传统接线：构成复杂容易 堵塞且动态性能差 ②维护工作量大：冬季采取 伴热、保温措施 ③引压管内冷凝水易产生液 位差 一体化喷嘴
①不需另加隔热或防冻措 施，安装、维护简单 ②系统构成简单，不易堵 塞，动态性能好 ③引压管不积存冷凝水
一体化节流式流量计，它将节流装置和差压变送器
做成一体，并通过差压变送器和流量显示设备采用各种 模式的通讯，构成一个完整的流量检测系统。它具有以
下特点：
●采用专利技术——防冻隔离器，不需伴热、保温和
隔离器，节约能源。（专利号：00211532.9）
●引压管不积存冷凝水
●优选定值ISO1932喷嘴，压损小（同流量，同β值情
况下，为孔板的60%），检定周期长（是孔板的4倍）
●测量范围宽10：1 （或更宽 20：1）
●介质适用性强（特别适用于蒸汽流量测量），动态
性能好，结构简单，故障率低，安装维护简便
仪》国家检定规程指出蒸汽密度计算引用该公式）一
些出版物给出的水蒸汽密度计算公式都是根据水蒸汽 性质表拟合得到，这些公式一般适用范围比较小，而 且有一定的拟合误差。这些公式在一些特定的场所是 可行的，但作为计量仪表的计算模型是不合适的。
IFC1967公式的由来
第二届和第三届国际水蒸汽性质会议制定了众所 周知的水蒸汽骨架表，根据各国科学家的大量试验数 据，列出了骨架上在某一压力和温度下蒸汽的热力学 性质。并给出了由于测量手段造成的误差。随后几届
流出系数C与雷诺数ReD曲线 （D=50mm，β=0.5，法兰取压）
Re
图中曲线表明：
当 ReD=3×104 ， C=0.6101 ； 内（3：1）其不确定度为0.61%。 当ReD =5×104，C=0.6081； ReD =5×103， C=0.6264；平均值C=0.6173，即在5×104～5×103范 围内（10：1）其不确定度为1.5%，远不能满足用于 ReD=1×104 ，
大都从水蒸汽表中查出。 水蒸汽在运行过程中由于工况参数的变化，会发 生状态变化；如过热蒸汽变为饱和蒸汽，饱和蒸汽变 为过热蒸汽。所以必须先判别蒸汽的状态（饱和或是 过热），再查不同的数表或用不同的公式计算。
湿饱和蒸汽含有饱和水，是两相流。要准确测量
蒸汽流量还必须知道干度。而在线干度测量难度很大， 国外虽有一些研究成果，但未见普遍推广应用，国内 目前仍处于研究阶段。 常用水蒸汽密度的计算方法
蒸汽流量计量方案
（含宽量程问题，蒸汽密度计算问题）
前
言
蒸汽作为重要的载能工质，在石油、石化、化工、
冶金以及城镇供热行业中广泛应用。由于蒸汽物性的
特殊性，在计量方面存在诸多困难，长期以来一直是 能源计量工作中的老大难问题。因此研究出一套具有 科学性、公正性、经济性、实用性的蒸汽计量系统方 案，是我们面临的紧迫而重要的课题。我们结合目前
4～20mA手操迁移量程 普通差压变送器
一体化
差压变送器
智能差压变送器
4～20mA或HART协议
带有流量参数（C、ε）实时 补偿功能的流量显示设备 *扩展功能：能量计量
显示设备
普通流量显示设备（仅 进行密度修正）
只有通过将节流件、差压变送器、流量显示设备、
流量计算软件集合为一体，发挥现代技术的综合优势， 才能有效地克服传统节流装置的缺点。因此，引出一 体化的概念。 由此看来，这是一个综合技术的集合，在选型、
Hale Waihona Puke ——可膨胀性系数； ——直径比(β=d/D)
P ——差压，Pa。
——工作条件下蒸汽的密度
其中：流出系数的计算式为（以角接取压为例）：
C 0.5959 0.0312
2.1
0.1840 0.0029
8
2.5
10 6 R eD

……（2）
水蒸汽密度的确定有查表法和计算法。查表法：
把水蒸汽密度表装入计算机中，根据工况的温度、压
力，从表中查出相应的密度值；计算法：（1）自己
拟合公式（或者出版物给出的公式）（2）乌卡诺维 奇公式（3）IFC1967公式
我国没有“水蒸汽热力学参数”的国家标准，而
是采用国外出版物的水蒸汽热力学性质表。我国曾翻 译过一些工业发达国家的水蒸汽热力学性质表，不管 是哪个国家的水蒸汽性质表，凡符合IFC1967公式的 数表，都是可以采用的。（JJG1003-2005《流量积算
2．宽量程补偿计算
虽然引起孔板流量计误差因素很多，诸如直管段条 件、安装条件等都可通过设计与施工予以保证，但超范 围是引起误差的主要原因，特别是用在流量变化范围大 的情况下，使仪表在相当长时间内工作在测量范围以外，
所以解决扩展测量范围问题是解决问题的关键所在。智
能化宽量程的差压变送器和补偿功能更为完善的流量计 算机的问世，使我们能拥有宽量程的智能化节流式流量 计成为可能。 ①智能化的宽量程差压变送器（差压范围为100：1）。
蒸汽湿度影响
检定周期 系统构成
小
一年 复杂