蒸汽已经伴随机车和工业革命走过几个世纪。迄今为止,蒸汽已成为现代技术*的一部分。它被广泛应用于食品、纺织、化工、医药、电力和供热等工业领域,为现代社

会生产了丰富多彩的产品。
蒸汽的使用是如此广泛,因此对蒸汽的流量测量成为使用各方的重要关注点之一。随着蒸汽应用的发展,对蒸汽流量测量的研究工作也得到广泛开展。
1、蒸汽及其流量测量
1.1　蒸汽概述
  蒸汽是吸收潜热后带有一定压力的水。蒸汽按状态可分为饱和蒸汽和过热蒸汽。由锅炉产生的水蒸气为饱和蒸汽,饱和蒸汽加热得到过热蒸汽。图1说明了各种状态蒸汽在不

同温度及压力下的转换关系。

饱和蒸汽在蒸汽中占有相当大的比例,而湿蒸汽是饱和蒸汽实际存在的几乎*形式。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。
多年来的研究普遍认为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。
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。
1.2　蒸汽流量测量
对于蒸汽流量测量的研究和应用都指出,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计量的zui小流量(即量程比不足);
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。
由于蒸汽本身的物理特性,即在输送过程中常常是以汽、水两相流出现(即饱和蒸汽的干度小于),如果在蒸汽计量中没有对干度进行修正,测量的准确度必定大为下降。在蒸汽计量中,为实现准确的测量,研究的一个方向是设法保持测量点处的蒸汽干度以满足要求,必要时还要采取其他补偿措施。近年来还有人提出“以能量替代质量作为蒸汽的结算单位"。
2、蒸汽流量计选型
表1　各类蒸汽流量计比较

2.1　蒸汽流量计的类型及其优缺点
目前在工业上使用的流量计的类型非常多,其中适合蒸汽流量测量的流量计既有其优点,也有使用上的缺点。为确保蒸汽流量计的性能和精度,zui重要的是选用的流量计要符合所使用的工况。表1对各类蒸汽流量计的优缺点和应用情况进行了比较。
国内目前使用比较流行的蒸汽流量计有孔板流量计、涡街流量计等。表2对某厂1990年在用的流量计进行了初步统计,表明孔板流量计和涡街流量计的使用占有主流地位。
表2　某厂蒸汽流量表统计

随着技术的进步和交流的增加,孔板流量计在精度和稳定性上的缺陷逐步被行业人士所认识,近年来孔板流量计安装量减少。而涡街流量计基于其原理上的固有优势,70年代以来得到了迅速发展。据了解,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。涡街流量计在仪表行业引起普遍重视,被*为未来有发展前景的流量计之一。涡街流量计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。国内在近几年开始逐步使用涡街流量计测量蒸汽流量,取得了不错的效果。
2.2　热带厂蒸汽工艺条件与环境
热带厂目前使用的蒸汽主要由加热炉炉内管道汽化产生,蒸汽过渡储存在汽包中。设计要求汽包工作压力为0.50～0.80MPa,正常工作压力为0.70MPa左右。汽包产生的蒸汽流量为3.0t/h。蒸汽通过DN100的管道输送,蒸汽终端用户为食堂和浴室,蒸汽主要用于加热。图2对热带厂的蒸汽去向作了简单的说明。
热带厂蒸汽使用量从一天的时间段来看,存在着用量大小变化大、短时间集中用汽、大部分时间用汽小而均匀的特点。按季节来看,冬季的用汽量要明显大于夏季。表3对热带厂的蒸汽使用情况作了简单分析。

表3表明,测量热带厂蒸汽流量还需解决一个小流量的问题。
2.3　蒸汽流量测量方案
由于现场安装流量计的条件限制,且蒸汽管道附近的振动源比较多,受到频繁的机械振动影响,因此决定选用新型的抗振型涡街流量计。
该型涡街流量计在强度达2g、5～110Hz的强大全向振动干扰下,所有满管式气体流量计依旧保持优于0.5%精度、插入式气体流量计依旧保持优于1.0%的精度。它的所有指标能符合形式实验要求,抗振性能良好,能解决涡街流量计由于振动引起误差的不足。
经过对检测的蒸汽现场数据测量和计算,发现该蒸汽处于热水与蒸汽的临界点,即发生温度或者压力的微弱变化时,蒸汽可能转化为热水,也可能由热水转化为蒸汽。
根据热带厂蒸汽使用情况、工艺条件及现场环境;对于可能出现的时为热水、时为蒸汽的情形;制定了流量计的安装方案,即在流量计安装上游管道适当位置安装一只用于减压的阀门,使得通过管道的热水因压力的大幅度下降而变成蒸汽。该方案通过降低压力保证管道内始终是单相蒸汽,为蒸汽涡街流量计创造检测必须的条件。
3、效果分析
根据既定方案在现场安装了抗振型涡街流量计,安装后的效果见图3。

流量计安装后进行现场调试。小流量测试采取的办法是*关闭下游用户的蒸汽阀门,使通过流量计的蒸汽逐步减小至零,同时观察二次仪表显示的数据变化。经过反复几次的测试,均观察到蒸汽流量数据逐步变小直至零流量的现象。这初步说明不存在小流量测量数据失真的情况。对各个时间蒸汽瞬间流量的记录(表4.1)说明随着终端用户蒸汽用量的变化,流量计的测量数值能准确的、实时的做出反应。

对涡街流量计的抗振性能用简单方法做了验证。在大流量和小流量两种情况下,分别对流量计两侧的蒸汽管道进行大力度的敲击,经多次试验观察,未发现数据出现突然变化的现象。这说明抗振型涡街流量计能处理振动对流量测量的干扰,能有效解决涡街流量计因振动引起误差的缺陷。
抗振型涡街蒸汽流量计使用一个月,对数据进行收集和统计,得到每天蒸汽用量(参见图4)。

对图4的进行分析可以得到下面的结论,蒸汽的每天流量比较均匀,变化不大,流量曲线比较平缓,基本在14～19t/h之间波动。对照表4的瞬间流量数据,说明流量计的测量数据是准确的,与试验预期的蒸汽用量符合。
涡街流量计在蒸汽和低压气体的流量测量方面得到了广泛应用,但抗振性差、抗干扰能力弱的缺陷局限了它的应用。热带厂选用抗振型涡街流量计进行蒸汽流量测量,从使用效果上来看,能*小流量蒸汽在干扰信号强烈的环境下的测量使用。通过一段时间的观察,流量计运行稳定,测量数据准确。抗振型涡街流量计本身所具有的优势,使得它在流量测量方面得到更多的应用。