蒸汽流量計(jì)的應(yīng)用
在使用蒸汽流量計(jì)時(shí)，您是否遇見過以下問題：
雖然熱電廠或其他氣源單位使用過熱蒸汽進(jìn)行輸送工作，但管道內(nèi)仍不可避免地輸送來濕蒸汽，使得流量計(jì)量變得困難；
多臺(tái)流量計(jì)的數(shù)據(jù)互相矛盾，不能吻合；
小流量無法計(jì)量；
蒸汽系統(tǒng)管道震動(dòng)，無流量之時(shí)也照樣跑字，嚴(yán)重影響計(jì)量結(jié)果；
現(xiàn)場(chǎng)安裝位置（比如流量計(jì)前后直管段）無法滿足流量計(jì)生產(chǎn)廠商的要求。
面對(duì)這些問題，我們有必要對(duì)蒸汽流量計(jì)有進(jìn)一步的了解，了解愈多，愈可以幫助我們?cè)谠O(shè)計(jì)、選型時(shí)規(guī)避掉許多常見問題。
為什么使用蒸汽流量計(jì)？
對(duì)蒸汽流量進(jìn)行計(jì)量和監(jiān)測(cè)本身并不節(jié)約能源，然而計(jì)量是能源管理的基礎(chǔ)。沒有計(jì)量就沒有管理。通過能源管理是可以確切地帶來經(jīng)濟(jì)收益的，經(jīng)驗(yàn)表明，通過有效的計(jì)量、監(jiān)測(cè)和合理的能源分配利用，蒸汽流量計(jì)可幫助企業(yè)減少10%能耗。
具體而言，蒸汽流量計(jì)可以應(yīng)用于以下場(chǎng)合：
計(jì)量蒸汽用量，進(jìn)行內(nèi)部或外部計(jì)費(fèi)結(jié)算；
監(jiān)測(cè)能源的使用效率，如根據(jù)熱焓確定補(bǔ)充蒸汽量；
監(jiān)測(cè)各車間、制程的運(yùn)行狀況；
改進(jìn)工藝過程控制，比如使流量恒定在設(shè)定值或在一定范圍內(nèi)變化；
判別設(shè)備能耗是高于標(biāo)準(zhǔn)還是低于標(biāo)準(zhǔn)，與標(biāo)準(zhǔn)又相差多少，變化過程中是否存在一定的規(guī)律？
蒸汽流量計(jì)分類與原理、結(jié)構(gòu)
目前，測(cè)量蒸汽流量普遍選用的是差壓流量計(jì)或渦街流量計(jì)且配合密度補(bǔ)償。此處將分別介紹該兩類型流量計(jì)的原理、結(jié)構(gòu)以及優(yōu)缺點(diǎn)。
差壓式流量計(jì)（含孔板流量計(jì)、皮托管流量計(jì)、V錐流量計(jì)等等）
差壓式流量計(jì)的原理是伯努利原理。這是最普通的流量技術(shù)，包括孔板、文丘里管和音速噴嘴。
流量計(jì)由一次裝置和二次裝置組成，一次裝置稱流量測(cè)量元件，其安裝在被測(cè)流體的管道中，能夠產(chǎn)生與流量（流速）成比例的壓力差，供二次裝置進(jìn)行流量顯示。二次裝置稱顯示儀表。它接收測(cè)量元件產(chǎn)生的差壓信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的流量進(jìn)行顯示。
差壓流量計(jì)的一次裝置常為節(jié)流裝置（如孔板等）或動(dòng)壓測(cè)定裝置（如皮托管、均速管等）。二次裝置為各種機(jī)械式、電子式、組合式差壓計(jì)配以流量顯示儀表。
差壓流量計(jì)的差壓敏感元件多為彈性元件。由于差壓和流量呈平方根關(guān)系，故流量顯示儀表都配有開平方裝置，以使流量刻度線性化。多數(shù)儀表還設(shè)有流量積算裝置，以顯示累積流量，便于經(jīng)濟(jì)核算。
利用差壓測(cè)量流量的方法歷史悠久，比較成熟，可用于測(cè)量大多數(shù)液體、氣體和蒸汽的流速，從使用比例來看，約占各種流量測(cè)量方式的70%。
差壓式流量計(jì)優(yōu)點(diǎn):
(1)應(yīng)用最多的孔板式流量計(jì)結(jié)構(gòu)牢固，性能穩(wěn)定可靠，使用壽命長(zhǎng)；
(2)應(yīng)用范圍廣泛。
差壓式流量計(jì)缺點(diǎn):
(1)測(cè)量精度普遍偏低；
(2)測(cè)量范圍窄，量程比（可測(cè)最大流量與可測(cè)最小流量之比）一般僅為3:1~4:1；
(3)一般而言，現(xiàn)場(chǎng)安裝條件要求高，上游必須有10倍于管徑的直管段而下游須有5倍于管徑的直管段；
(4)壓損大（注意：特指孔板、噴嘴等形式），容易堵塞，流量測(cè)量的精確度取決于差壓變送器的精確度；
(5)后期維護(hù)量大?？装宓刃问秸饾u被新型的V錐流量計(jì)（相對(duì)孔板而言，V錐的壓損小而量程比寬）所替代。
圖1 孔板式流量計(jì)
圖2 文丘里式流量計(jì)
圖3 V錐流量計(jì)
流體振蕩式流量計(jì)（含渦街式流量計(jì)等等）
流體振蕩式流量計(jì)是根據(jù)流體在特定流道條件下流動(dòng)時(shí)將產(chǎn)生振蕩，且振蕩的頻率與流速成比例這一原理設(shè)計(jì)的。當(dāng)流通截面一定時(shí)，則流速與容積流量成正比。因此，測(cè)量振蕩頻率即可測(cè)得流量。
這種流量計(jì)是70年代開發(fā)和發(fā)展起來的。由于它兼有無轉(zhuǎn)動(dòng)部件和脈沖數(shù)字輸出的優(yōu)點(diǎn)，很有發(fā)展前途。
流體振蕩式流量計(jì)優(yōu)點(diǎn):
(1)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單牢固，沒有移動(dòng)部件，也不存在污垢問題；
(2)適用流體種類多；
(3)精度較高；
(4)測(cè)量范圍寬，量程比（即可測(cè)最大流量與可測(cè)最小流量之比）在4：1到25：1之間（具體視情況而定）；
(5)壓損小。
流體振蕩式流量計(jì)缺點(diǎn):
(1)不適用于低雷諾數(shù)測(cè)量，要求流體有較高的流動(dòng)速度，以產(chǎn)生漩渦；
(2)需較長(zhǎng)直管段；
(3)儀表在脈動(dòng)流、多相流中尚缺乏成熟應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)；
(4)由于利用流體振蕩工作原理，系統(tǒng)管道振動(dòng)時(shí)會(huì)影響測(cè)量精度（不過，一些專業(yè)廠商已能很好解決這個(gè)問題）。
圖4 渦街式流量計(jì)
蒸汽流量計(jì)使用與安裝注意事項(xiàng)
蒸汽的密度補(bǔ)償要科學(xué)準(zhǔn)確
為了正確計(jì)量蒸汽的質(zhì)量流量，必須考慮蒸汽壓力和溫度的變化（對(duì)于飽和蒸汽而言，只考慮其中一個(gè)值的變化也可以），通過流量積算儀對(duì)蒸汽密度進(jìn)行補(bǔ)償。由于蒸汽系統(tǒng)的壓力總是在變化，由此引起密度的變化，因而必須實(shí)時(shí)進(jìn)行密度補(bǔ)償。
舉例而言，現(xiàn)有一個(gè)簡(jiǎn)單的渦街流量計(jì)，設(shè)定為工作壓力5.0bar g，如若實(shí)際工作壓力僅為4.2bar g的話，無密度補(bǔ)償時(shí)流量計(jì)會(huì)“認(rèn)為”其運(yùn)行在5bar而非4.2bar，則流量誤差=（5 bar密度/4.2 bar 密度-1）/10=14.6%，從此例可見密度補(bǔ)償?shù)闹匾浴?/p>
測(cè)量蒸汽溫度的鉑電阻一定要規(guī)范安裝：測(cè)溫鉑熱電阻插入管道中心位置、鉑熱電阻安裝在流量計(jì)下游的5倍管徑處、安裝鉑熱電阻的管道位置采取保溫措施等，確保測(cè)得的溫度數(shù)值準(zhǔn)確。在蒸汽壓力的測(cè)量中一定要注意，如果采用引壓管引壓，必須進(jìn)行零點(diǎn)遷移（因?yàn)橐龎汗軆?nèi)冷凝水的重力作用會(huì)使壓力變送器測(cè)量到的壓力與實(shí)際壓力之間出現(xiàn)一定的差值，引起密度補(bǔ)償?shù)恼`差），也可在流量積算儀內(nèi)進(jìn)行修正。壓力變送器安裝在蒸汽流量計(jì)下游的4倍管徑處。壓力變送器前的閥門、密封墊應(yīng)完好暢通，以保證蒸汽壓力的準(zhǔn)確測(cè)量。
如果采用設(shè)定壓力、溫度進(jìn)行補(bǔ)償，所設(shè)定的數(shù)值應(yīng)力求接近實(shí)際，否則誤差很大，一般不建議采用。
在流量積算儀中要正確設(shè)定蒸汽流量計(jì)的運(yùn)行狀態(tài)，這對(duì)蒸汽費(fèi)用的正確計(jì)算至關(guān)重要。
對(duì)于蒸汽狀態(tài)不好明確判斷的使用場(chǎng)合，建議采用智能型流量積算儀，配合鉑電阻、壓力變送器進(jìn)行溫度、壓力補(bǔ)償，這樣所計(jì)量的蒸汽質(zhì)量流量最準(zhǔn)確。
蒸汽流量計(jì)上下游直管段的正確安裝
對(duì)于傳統(tǒng)的渦街流量計(jì)與孔板流量計(jì)而言，其前后安裝直管段一般要求分別為20倍管徑和5倍管徑（這是流量計(jì)的前面無閥門等障礙物的技術(shù)要求；有障礙物還要增加直管段，具體見廠家的說明書）。如果上下游直管段不夠，就會(huì)導(dǎo)致管道內(nèi)蒸汽流動(dòng)未充分發(fā)展，在流速分布剖面發(fā)生畸變。
用戶可通過在蒸汽流量計(jì)前安裝流動(dòng)調(diào)整器或增加直管段來調(diào)整管道的流速分布，使蒸汽流量計(jì)處的流體為充分發(fā)展?fàn)顟B(tài)。對(duì)于一些大口徑蒸汽流量計(jì)，滿足上下游直管段的安裝要求更為重要。
在直管段的設(shè)計(jì)之中，準(zhǔn)確地測(cè)量出管徑亦是一個(gè)重要的問題，我們通常使用的公稱直徑（DN）并不總能如實(shí)地反映出管道的實(shí)際直徑，對(duì)于卷管等而言，管徑實(shí)際值與公稱直徑相差不小，更需要考慮實(shí)際管徑問題。
蒸汽流量計(jì)的量程比要合理
一般來說，衡量一個(gè)流量計(jì)的工作情況有兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，一是精確性（流量計(jì)對(duì)“真實(shí)”流量測(cè)量的精確反映），二是重復(fù)性（指流量計(jì)對(duì)相同流量在多次測(cè)試時(shí)顯示同一數(shù)值的能力）。其中，好的重復(fù)性更為重要，很多蒸汽流量計(jì)的用戶對(duì)測(cè)量值的趨勢(shì)比測(cè)量的絕對(duì)精度是更感興趣的。
為了實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，不得不提及量程比（最大可測(cè)流量與最小可測(cè)流量的比值），一個(gè)流量計(jì)若沒有恰當(dāng)?shù)牧砍瘫?，?zhǔn)確性與重復(fù)性都如無源之水一般。
量程比是指一個(gè)流量計(jì)在能確保給定的準(zhǔn)確度范圍內(nèi)，所能測(cè)量的最大流量和最小流量之比。用戶要根據(jù)自己的實(shí)際使用量選擇流量計(jì)，理論上待選蒸汽流量計(jì)的量程要完全覆蓋用戶的使用量程。
超過流量上限和低于流量下限使用都會(huì)造成蒸汽流量計(jì)計(jì)量的嚴(yán)重不準(zhǔn)。比如：實(shí)際平均流量為5t/h的渦街蒸汽流量計(jì)，一般應(yīng)選擇口徑為150mm的渦街流量計(jì)，但是當(dāng)流量降低到0.3t/h或超過15t/h時(shí)，流量計(jì)就會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重計(jì)量失準(zhǔn)。
此外，在選擇流量計(jì)時(shí)應(yīng)正確地選擇流量計(jì)的口徑，盡可能最接近用戶的需要。
蒸汽干度的影響
目前，用于測(cè)量蒸汽流量的流量計(jì)大部分為體積流量計(jì)，先測(cè)得體積流量，然后通過蒸汽的密度計(jì)算質(zhì)量流量，即是說假定蒸汽為完全干燥。但是，蒸汽并非完全干燥，如果不考慮蒸汽干度的影響，得出的數(shù)據(jù)會(huì)低于實(shí)際的流量。因此，流量計(jì)的二次儀表（流量計(jì)算機(jī)）應(yīng)該具有設(shè)置飽和蒸汽干度的功能。
測(cè)知蒸汽的干度十分困難，通常我們也采用干度修正來校正蒸汽流量值。
定期依法檢定很重要
《計(jì)量法》和GB17167-2006《用能單位能源計(jì)量器具配備和管理通則》中明確說明：強(qiáng)制檢定的計(jì)量器具和能源計(jì)量器具應(yīng)定期檢定，凡經(jīng)檢定不符合要求的計(jì)量器具一律不準(zhǔn)使用。蒸汽流量計(jì)必須定期檢定，這是保證蒸汽流量正確計(jì)量的前提。
因此，廣大用戶每年都要將使用的蒸汽流量計(jì)等送到當(dāng)?shù)胤ǘㄓ?jì)量技術(shù)機(jī)構(gòu)進(jìn)行計(jì)量檢定。如果蒸汽流量計(jì)檢定合格，而實(shí)際使用卻感覺“計(jì)量不準(zhǔn)”，這時(shí)用戶就要從儀表是否正確安裝、選型、儀表運(yùn)行狀態(tài)設(shè)置、外界干擾、蒸汽的實(shí)際狀態(tài)是否有變化等方面尋找解決問題的方法。
現(xiàn)場(chǎng)存在的振動(dòng)和電磁干擾應(yīng)避免（針對(duì)渦街式流量計(jì)而言）
蒸汽計(jì)量中應(yīng)用較多的渦街流量計(jì)受設(shè)計(jì)原理的影響，對(duì)機(jī)械振動(dòng)比較敏感，如果蒸汽流量計(jì)現(xiàn)場(chǎng)存在振動(dòng)干擾，就會(huì)對(duì)其產(chǎn)生低頻率的脈沖信號(hào)影響，蒸汽流量計(jì)就會(huì)將這些脈沖作為流量信號(hào)傳遞給流量積算儀，形成累計(jì)流量，導(dǎo)致流量計(jì)在一段時(shí)間不用蒸汽的情況下仍然會(huì)有一定量的數(shù)值累計(jì)，這就是“不用汽而流量計(jì)走字”的原因。因此，應(yīng)對(duì)蒸汽流量計(jì)前后管段作可靠的支撐，加裝振動(dòng)緩沖部件。如管道振動(dòng)不可避免，應(yīng)選用抗干擾能力相對(duì)強(qiáng)的智能式渦街蒸汽流量計(jì)，也可考慮差壓式流量計(jì)等。
此外，蒸汽用戶在不用蒸汽的情況下，要與供汽單位共同記好表底，防止蒸汽流量計(jì)“空跑”。