蒸汽流量的准确计量

蒸汽流量的准确计量
蒸汽流量的计量一直是蒸汽应用的重要内容之一，使用蒸汽流量计的主要目的包括：1)监测能源的使用效率；2)改进工艺制程的控制；3)计量蒸汽用量，进行内部或外部的计费。

目前，在国内关于蒸汽测量方面存在不少误区，很多用户往往认为购买了高品质的流量计就可以得到准确的计量结果。

而蒸汽的计量不同于其它流体如水、空气等介质，在实际测量中影响其精确测量的因素较多。

因此经常会出现流量计本身检定合格，而实际却感觉计量“不准”的现象。

影响蒸汽流量准确计量的因素主要有以下几方面：1）实际蒸汽流量低于流量计的可精确计量的最小流量（量程比不足）；2）流量计上下游安装的直管段不足（存在流动扰动）；3）蒸汽的密度补偿不正确（测温测压不准）；4）蒸汽中含水（未作干度补偿）；5）现场存在振动和干扰（涡街流量计）；6）差压传送误差（差压式流量计）等等。

下面具体讨论一下影响蒸汽计量的实际问题：
1．量程比不足
量程比是指一个流量计能确保给定的精度和再现性的范围内，所能测量的最大流量和最小流量之比。

但涉及量程比时我们必须小心，因为量程比是基于实际的流速，蒸汽系统一般的最大允许速度为35m/s，更高的流动速度会引起系统的冲蚀和噪音。

而不同的流量计允许的最低流速是不同的，一般涡街流量计所能测量的最低蒸汽流速为2.8m/s，对于量程比不足的情况，应采用大量程比的流量计（Gilflo ILVA流量计的最低允许流速为0.6m/s，最大量程比可达100：1）或选择多个流量计并联。

2．上下游直管段不足
对于传统的涡街或孔板流量计，其前后安装直管段要求分别约为20D和5D。

如果上下游直管段不足，则会导致流体未充分发展，存在旋涡和流速分布剖面畸变。

流速剖面畸变通常由管道局部阻碍（如阀门）或弯管所造成，而旋涡普遍是由两个或两个以上空间（立体）弯管所引起的。

上下游直管段不足可以通过安装流动调整器来调整。

最简单有效的办法是采用对上下游直管段要求较低的流量计，如斯派莎克的ILVA流量计（上游6D，下游3D）。

3．蒸汽的密度补偿不正确（测温测压不准）
为了正确计量蒸汽的质量流量，必须考虑蒸汽压力和温度的变化，即蒸汽密度补偿。

不同类型的流量计受密度变化影响的方式不同。

涡街流量计的信号输出只和流速有关，而和介质的密度、压力和温度无关，差压式流量计其质量流量与流量计的几何外型、差压平方根和密度平方根有关。

因此，涡街式流量计受密度变化的影响要大于差压式流量计。

a）补偿精确度的差异
采用温度补偿和压力补偿分别能得到多少补偿精确度，不仅同温度传感器和压力变送器的精度有关，而且同流量计类型、具体测量的工况和压力变送器的量程选择有关。

总体来说，测温对补偿精确度影响较大。

如采用相同精度等级的温度和压力感应器，测温误差引起的密度差异要大于测压误差。

压力为7barg的饱和蒸汽，用A级铂热电阻测温，其误差限为±0.49C，据此查蒸汽密度表，流量补偿不确定度为±0.56%R （差压式）和±1.11%R（涡街式）。

如选用0.2级的压力变送器进行测量，误差限为±2kPa，流量补偿不确定度为±0.13%R（差压式）和±0.25%R（涡街式）。

b）压力测量影响因素
在蒸汽压力的测量中，由于引压管内冷凝水的重力作用会使压力变送器测量到的压力同蒸汽压力之间出现一定的差值。

测压误差如果不予以校正，则会影响蒸汽密度的计算，引起流量计量的误差。

一般对于上述现象，可在二次表（流量计算机内）进行零点迁移，既简单又准确。

c)温度测量影响因素
从流量计现场使用的情况来看，温度测量误差除了测温元件的固有误差之外，还同安装的不规范有关。

例如，测温铂热电阻的插入深度不够，铂热电阻的安装保护套内未充入导热油，铂热电阻未按规定侧向安装，安装铂热电阻的管道上无保温层等，都将导致测温偏低。

对于需要减压使用的蒸汽，应将流量计安装在减压阀之前，此时蒸汽未经减压，按饱和蒸汽补偿方法处理，
可保证测量精度。

如果流量计只能安装在减压阀后面，则蒸汽有可能过热，应同时进行温度和压力补偿，以保证精度。

4．蒸汽干度的影响（饱和蒸汽）
目前，用于测量蒸汽流量的流量计大部分为体积流量计，首先测得体积流量，然后通过蒸汽的密度计算质量流量，也就是假定蒸汽为完全干燥。

但是，蒸汽并非完全干燥，如果不考虑蒸汽干度的影响，得出的数据会低于实际的流量。

对于差压式流量计，实际的蒸汽流量和假定干蒸汽（蒸汽干度=1）所测得的流量可以用以下公式近似表达：其中： = 实际干度下的质量流量kg/h = 干饱和蒸汽下的流量kg/h χ= 蒸汽干度
因此流量计的二次仪表（流量计算机）应该具有设置饱和蒸汽干度的功能。

但在实际工况确定蒸汽的干度也很困难。

如果能够改进蒸汽流量计入口处的蒸汽品质，则能改进蒸汽流量计的测量精度。

因此，我们建议在流量计的上游安装汽水分离装置，以提高测量准确性。

5．管道振动
涡街流量计等对机械振动比较敏感，计量结果易受干扰，应对流量计前后管道作可靠的支撑设计。

如管道振动不可避免，应采用抗干扰能力强的差压式流量计，如斯派莎克ILVA流量计。

6．差压传送误差（差压式流量计）
a）零点漂移
差压变送器安装到现场投入时，往往发现零位输出出厂校验时的零位输出不一致。

这种零位输出偏离称为静压误差。

其调整方法是向正负压室通入相同的静压，将三阀组的高低压阀中一个打开，另一个关闭，将平衡阀打开，如果怀疑正负压室内尚未充满被测介质，则可通过正负压室上的泄流阀排尽积气（或积液），然后再检查变送器的输出。

b）引压管布置不合理
引压管线应保证合理的坡度使管内可能出现的气泡较快地升到母管内，管内出现的杂质等较快地下沉到排污阀。

引压管线应定期检查维护，确保无泄漏无堵塞。

引压管的内径与被测流体的性质和引压管总长度有关，对于蒸汽系统，引压管的内径一般在10mm左右。

为了避免正负压引压管内介质温度不一致，导致密度出现差异，引起传送失真，正负引压管应尽量靠近布置。

当用于室外或严寒地区时，引压管中的液体可能会结冰，因此需要伴热保温，但应避免将伴热管直接绕在引压管上，导致介质部分汽化，出现虚假误差。

总结
为了正确测量蒸汽的流量，用户在实际应用必须充分注意：
(1)蒸汽流量的变化，尽可能选择流量量程比大的流量计，避免在小流量时测量不正确和流量“丢失”现象。

(2)蒸汽系统压力和温度的变化,为避免压力或温度的波动引起的非测量性误差，蒸汽流量计应具有自动蒸汽密度补偿的功能。

(3)饱和蒸汽干度的影响，应注意干度的修正，同时确保供给流量计高品质的蒸汽。

(4)确保蒸汽流量正确计量，流量计良好的安装非常关键。