关于蒸汽流量测量的准确性

发电行业中，蒸汽流量测量不准确是普遍存在的一个很重要问题。原因很多，其中主要原因分析如下：

一、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。

二、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。？

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。

三、测量误差的分析

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

关于蒸汽流量测量的准确性

动力系李忠良

【内容提要】本文简要介绍了蒸汽流量测量的方法，分析了引起测量误差的现象、原因，针对生产实际情况，提出了处理的方法和措施。

【关键词】饱和过热蒸汽流量测量

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。

四、流量仪表的选型

对于蒸汽计量在选择流量仪表时应考虑５个主要因素：被测流体特性、生产工艺情况、安装条件、维护需求以及流量仪表的特性。这里，着重讨论流量仪表的特性、安装条件、维护需求以及选用流量仪表应注意的几个问题。目前，测量蒸汽流量的仪表主要有涡街流量计、差压式（孔板、均速管、弯管）流量计、分流旋翼式流量计、阿牛巴流量计、浮子式流量计等，下面以涡街流量计、孔板流量计和弯管流量计为例加以说明。

１．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，近年来得到了迅速发展。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℃。

２．差压式流量计

以孔板流量计为代表的差压式流量计应用历史悠久，有国际标准，理论精度高，应用十分普遍。但经过几十年的应用，发现孔板流量计也存在不足：①应用中许多因素（设计参数与工况参数不符，上游直管段不足，孔板和管道不同心，孔板Ａ面受污，锐角磨损等）对其测量精度有非常大的影响，使其测量误差增大；②安装较为麻烦，维护及拆洗的工作量较大；③需配差压变送器使用，增加了维护的工作量，另需敷设导压管，且在冬季需对导压管进行保温，不可以安装在室外；④流量量程比为１：３，局限性大；⑤若安装不正确，容易发生蒸汽泄漏；⑥压力损失较大，运行费用高。

３．弯管流量计