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蒸汽流量计量及计费应考虑的问题
点击次数:509 发布时间:2015-03-28

  蒸汽是一种二次能源, 分为过热蒸汽和饱和蒸汽,前者多作为动力工质用于发电,后者作为供热工质常用于干燥、保温、采暖。过热蒸汽是一种单相介质, 它的计量问题已基本解决。饱和蒸汽是汽水混合的两相介质, 实际中有的流量计生产厂家将其作为单相介质(干饱和蒸汽)处理,而用户往往并不清楚这点。笔者就蒸汽计量及计费应考虑的几个问题谈谈看法。
一、蒸汽流量计量应考虑的问题
1.蒸汽密度补偿
蒸汽流量计量一般以质量为单位,其密度对流量测量准确度的影响与差压(节流装置)或频率(涡街)测量具有同等重要的地位,要认真对待。
(1)过热蒸汽
过热蒸汽是单相流,其密度可由蒸汽压力及温度确定,只要在智能蒸汽流量计中置入水蒸气的密度表或计算式,计算机就能根据测得的压力、温度求得即时密度值。
(2)饱和蒸汽
饱和蒸汽是汽水混合的两相流,影响其流动的因素有质量流量、干度、液体密度、气体密度、液体黏度、气体黏度、表面张力、表面粗糙度及管道倾斜度等9个变量,要准确计算太复杂。从实用出发,可采用均相流动模型来处理。
设在管道某一截面上取一微段ΔL, 则此截面上两相介质的密度应为此微段中两相介质的质量与容积之比,即
ρm=〔ρG·Ψ·A·ΔL+ρL·(1-Ψ)A·ΔL〕/(A·ΔL) (1)
式 中 :ρm———混 合 物 密 度 ;ρG———气相密度;ρL———液相密度;Ψ=AG/A,即空隙率(其中AG———气相所占流通面积);A———流通面积。
即ρm=ΨρG+(1-Ψ)ρL (2)
而空隙率Ψ与干度x的关系为
Ψ=(x/ρG)/〔x/ρG+K(1-x)/ρL〕(3)
式中:K=VG/VL,即速度比;VG———气相平均流速;VL———液相平均流速;x=MG/M, 即干度;MG———干蒸汽质量;M———总质量。
将式(3)代入式(2),化简为ρm=〔x+K(1-x)〕/〔x/ρG+K(1-x)/ρL〕(4)
因均相时两相速度相等,即K=1,则有ρH=1/〔x/ρG+(1-x)/ρL〕(5)
式中:ρH———均相密度。
其函数关系:ρH=f(ρG,ρL,x),而ρG(干饱和蒸汽密度)及ρL(饱和水密度)可由压力(温度)通过图表或公式求取。又因ρL
远大于ρG,x一般不会小于0.8,估算时式(5)还可简化为ρH=ρG/x,可见干度影响之大。
2.干度处理
(1)采用在线干度仪
对于贸易结算量大且干度变化较大的饱和蒸汽应采用在线干度仪补偿。目前,饱和蒸汽在线干度仪有凝结式、电导式、节流式等,前者具有稳定可靠、准确度高、造价低等特点,后两者安装简单、使用方便,可依情况选取。
(2)采用化验方法
化验方法是一种实验室方法,通过对饱和蒸汽采样,化验水中含盐量来确定饱和蒸汽的干度,它适合于内部能源结算及量小的情况。可用这种方法测一个常用干度值,然后置入流量计进行固定补偿。
3.节流装置的流量系数α
节流装置存在一个流量系数α补偿问题。在选定节流件并确定取压方式后,可认为流量系数只随雷诺数Red而变动,即α=f(Red)。
在一定型式的节流装置和一定截面比的情况下,当流体雷诺数Red
较低时, 流量系数是随雷诺数变化的,但当雷诺数值大于某一界限值后,流量系数不再随Red
变化,而趋向平稳。也只有在所要测量的范围内及流量系数α保持常数的情况下, 压差与流量之间才有恒定的对应关系。这也是节流装置量程比不大的原因之一。
流量系数α对流量的影响虽不及密度,但在Red较低时应考虑用迭代法加以补偿。对一定的节流装置,由直径比β、管壁粗糙度及国家标准中给出的数据可算出一组α=f(Red)值,列出表格,计算机采用迭代法即可求取α之值。这样还可提高节流装置的量程比。
4.蒸汽流量仪表的选型及安装
目前用于蒸汽计量的仪表多为节流装置或涡街流量计, 选型时宜选智能型且带温压补偿的仪表,并应根据使用要求、安装条件、流体特性、维护性、仪表质量及价格综合考虑。
蒸汽流量仪表是标准节流装置, 其可靠性高、稳定性好,如直管段不够,量程要宽点的,可考虑采用多孔孔板(前3D后1D)。对于饱和蒸汽,当温度小于250℃,直管段满足前10D后5D且振动较小时,可选用涡街流量计。
仪表安装时每个环节都要按要求认真执行,尤其不能把仪表夹在管道上直接焊接。
二、蒸汽计费问题
蒸汽压力越大、温度越高,品质就越高,做功能力就越强。但目前蒸汽计费不少单位仍按蒸汽量乘以单价计算,这种算法无法反映蒸汽品质对价格的影响。拿过热蒸汽来说,压力一定时,过热度越大,蒸汽密度越小,流量反而跟着小。高低品质一个价,不合理。
北方居民取暖常用热能表来度量,其热能积算式为Q=Σqm·Δh·dt
式中:Q———累积热能值;qm———瞬时质量流量;Δh———热交换系统入口和出口温度的焓值差;dt———单位时间。
这样不管流体品质高低都化为热能来度量,相对合理。如同电,不管电压高低、电流大小,zui终都要转化为电能一样。
因此,对蒸汽计费,在计量蒸汽流量时,不妨在仪表中增加一个蒸汽热能积算, 以便用户计费时选用。实现这点很容易,对环路系统,就像热能表一样处理,对开环系统,可取流量表安装点和大气温度的焓值差计算。

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