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锅炉蒸汽流量计量问题分析
点击次数:606 发布时间:2015-06-08

  锅炉是各种工厂都有的,计量不准确,就会浪费大量的燃料。锅炉产出的蒸汽正确计量,一直以来,对介质本身,如对汽中含水的计量关注较多。探讨蒸汽相变对流量测量的影响,流量计的安装等等,而如今,智能仪表的迅速普及,对工艺参数的准确及不同制造厂智能仪表参数的调校已成为仪表测量准确性必须关注的一大课题。本文结合zui近出版的《流量测量方法远程诊断集锦》一书,对此作了分析,下面予以解读。
1 锅炉产汽量比进水量大2%(因进水流量水温比设计低50 ℃,未补偿、修正)
1.1 存在问题
青岛某热电厂一台220 t/h 直流锅炉,产汽流量比进水量大2%,做了各项检查校验均无果。
1.2 分析与诊断
在设计上,产汽流量和进水流量均用孔板流量计。锅炉一直满负荷运行,工况稳定。因是直流锅炉,产汽流量应与进水流量相等。
就流量计的度等级而言,因孔板流量计测量蒸汽流量,系统不确定度能达到1.5%,测量水流量,系统不确定度能达到1%,两套表之间极限误差能达到±2.5% 已属正常。但为什么有的系统相差比较大呢?是否还有其他原因造成呢?于是,对孔板计算书进行复算,并对两套流量测量系统的方方面面作了较全面的调查,均未发现问题。zui后,当问到实际运行的工况参数与孔板计算书上的设计参数是否偏离时,提问者解释除氧水在进流量计之前,因高温加热器未开,所以水温比设计温度低50 ℃。由于该套进水流量计未带温度补偿,查阅了水的密度表,除氧水在温度低了50 ℃后,其密度增大4%,从而使水流量示值偏低2%。
1.3 讨论
(1)差压式蒸汽流量计用来测量水流量时,由于流体密度偏离设计值,引入的误差可以用下面方法计算。差压式流量计的一般计算公式为:

式中 qm—质量流量,kg/s;
 C—流出系数;
 ε—可膨胀系数;
 β—直径比,β=d/D;
 d—工作条件下节流件的孔径,m;
 D—工作条件下上游管道内径,m;
 Δp—差压,Pa;
 ρ—上游流体密度,kg/m3。
对式(1)qm、Δp、ρ1 三个参数是变量,对已确定的同一台仪表C、ε、β、d 是固定的,π 是圆周率可归纳为仪表系数k,则式(1)可改变为式(2)。

式中 qm—质量流量,kg/s;
     k — 仪表系数,
     Δp — 差压,Pa;
    ρ1 — 节流件正端取压口平面上的流体密度,kg/m3。
而仪表按孔板计算书所设置的数据之后所显示的流量却为:

式中qm— 仪表显示的质量流量,kg/s;
 ρ1d — 设计状态流体密度,kg/m3;
其余符号的意义同式(1)。
于是,由于流体密度偏离设计值所引起的示值误差为:

当ρ1 =1.04 ρ1d 时,E≈ -2%。
(2)这是个典型的液体密度偏离设计值,从而产生流量测量误差的例子,上面所做的分析对其他液体也适用。
(3)解决方法及实效
用户将水流量测量结果乘上1.02 的校正系数后,就与蒸汽流量显示值相符,从而使困扰仪表人员很长时间的难题得以解决。
2 锅炉房汽表分表与总表在冬季示值相同,而夏季相差20%(因分表中有一台通径太大,在夏季用量太小,进入小信号切除区,小流量信号被全部切为零)
2.1 存在问题
上海某大厦锅炉房有4 台10 t/h 锅炉,经分配器送7 个用户,进入分配器的4 路管和出分配器的7 路管上均装有涡街流量计,因是饱和蒸汽,所以均有压力补偿。见图1。
仪表投运后,适逢冬季,4 台锅炉开3 台,产汽量zui高达28 t/h。7 台分表之和与产汽量总和相差无几。
冬去春来,随着气温的升高,锅炉产汽与用汽的计量偏差逐渐增大,11 套蒸汽表全部安装在锅炉房内,进分配器的流量大,出分配器的流量小,到夏季,七条支管路用汽流量比锅炉出汽流量小20%。
显然不是真正的管路损失,而是表计误差造成的。
2.2 分析与诊断
调阅了计量数据记录,因为夏季只开1 台锅炉,24 h 总发汽量只有49 t。这样小的流量对于锅炉蒸汽表来说还问题不大,因为每台锅炉装的涡街流量计均为DN150 通径。问题大的是1 台分表FIQ—0,这台表安装在DN300 管道上,原只是估算,考虑在冬季zui大耗汽量可能达到20 t/h,据此选了DN200 涡街流量计,其zui小可测流量为2.1 t/h(流体为P=0.87
MPa 饱和蒸汽)。因为制造厂只保证在流量范围内计量正确,而涡街流量计小信号切除范围较大,只用到2 t/h 的小流量时有可能进入小信号切除区,已在小信号切除区内,因此FIQ—0 在用到小流量信号时流量显示不出来,显示为零。这种场合,用户方用汽的流量只是其他6 条支路的流量之和,缺少了FIQ—0 的小流量信号,故总线的用汽量比锅炉出汽量小了20%。显然,原来选用FIQ—0 涡街流量计通径太大。后来业主单位根据实际运行数据,作了调整,在DN200 涡街流量计旁边再并联1 台DN80 的涡街流量计(FIQ—05B),夏季将FIQ—0 大表停掉。将FIQ—05B 小表投入使用,经此改造后,夏季的白天和夜间的流量均在其可测范围内,从而使进出分配器的流量数据恢复平衡。

3 锅炉负荷小时汽水平衡好,负荷大时平衡差(因涡街流量计某些厂产品不宜测高流速)
3.1 存在问题
上海某热力公司增设一台锅炉工程,在公开招标中,江苏某市的锅炉厂以中标。该项目中共有9 套涡街流量计,施工图中均为横河品牌,但中标单位为了节省投资,未与设计单位沟通,擅自修改为其它厂涡街流量计。
锅炉投运初期,负荷较小,锅炉的产汽量与进水流量基本相符。运行一年后锅炉负荷逐渐增大,出现产汽量比进水量低得越来越严重的情况,直至24h 总量偏低16%(扣除排污后)。
3.2 分析与诊断
怀疑锅炉负荷增大后,汽水不平衡是由产汽流量计偏低引起,因此总包(中标)单位将zui后选用某厂的产汽量流量计用标准装置检定,因为用水检定时流速较低,zui多也只有6 m/s,得到的流量系数与铭牌上标出的数值相符。该台仪表放在空气标准装置上检定,检定结果偏差很大,在60 m/s 流速时,偏低还不止16%,竟达到24%,实际使用时,流速高达每秒几十米,故这个厂的涡街流量计不宜测高速,因而产生高达16% 的误差。
3.3 讨论
(1)为什么流速低时准确而流速高时严重偏低按照原理分析,涡街流量计的流量方程式为:
qv = f/k qm=qv ρ      (5)
式中 qv、qm — 分别为体积流量和质量流量;
 f — 输出频率;
 k — 流量计仪表系数;
 ρ — 流体密度。
在一定雷诺数范围内,涡街流量计输出频率不受流体物性(密度、黏度)和组成的影响,即仪表系数仅与涡街发生体的形状、尺寸有关,大多数品牌的涡街流量计,承诺流速达到76~80 m/s 流速时仍能保证度。但亦有不少厂家的产品并未有明确的zui大流速承诺,甚至,流速高时有漏脉冲,导致流速高时流量系数线性度变差,流速越高,偏低越严重。
因而某些厂的涡街流量计在低流速能用而高流速时不能应用,对此选用者一定要深入研究应用条件和所选厂的仪表指标。
(2)启示
①这个实例给人们以启示,即涡街流量计在流速低时能保证准确度,并不表明在流速高时也能保证准确度。
②对测高流速品质欠佳的涡街流量计,用来测量液体流量时,准确度是保证的,因为流速很低。但气体或蒸汽流量,其流速比液体大10 倍以上,必须注意测量点的zui高流速以及在此流速下,流量计厂家应注明产品的流速指标。

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