蒸汽是炼化企业的主要能源，由于管网蒸汽具有高温、高压、高流速且介质密度计算复杂的特性，所以蒸汽流量计量一直是能源计量的难点。一次表选型、宽量程补偿、密度补偿、能量计量问题是影响蒸汽准确计量的主要因素。本文从实际应用出发，分析了上述问题存在的原因，探讨技术对策。
1 一次表选型
目前在炼化企业用于蒸汽流量计量的一次仪表主要有三种类型: 涡街流量计、非标准差压流量计、标准节流装置。
1. 1 涡街流量计
涡街流量计有标准支持，但需要实流标定( 检定周期2 年) 。其测量范围宽( 10∶1) ，系统构成简捷，具有一定的使用经验。现有产品在耐高温、低流速、特别是抗振动等性能方面尚需提高。另外，被测蒸汽的干度较小( 小于85%) ，对信号干扰严重，目前尚无有效解决措施。
1. 2 非标准差压流量计
近年来，各种非标差压式流量计( 如: V 形锥、多孔孔板、均速管流量计等) 进入炼化企业，由于非标准差压流量计没有通行的、国家标准可循，所以其流出系数、可膨胀性系数都必须通过实流标定获得( 所谓实流标定一般是指在没有标准明确规定的情况下，被测介质和实验介质应为同类介质) ，这给用户在实际检定、使用时造成困难。这类仪表在蒸汽测量方面应用历史短，缺少足够的使用经验，有的在结构上还存在设计缺陷及安全隐患，应给予充分重视。
1. 3 标准节流装置
标准节流装置指按国家标准: GB /T 2624—满管流体流量》或标准ISO 5167—2003 《用安装在圆形截面管道中的差压装置测量满管流体流量》加工、制造安装和使用的流量测量节流装置。其历史悠久，应用广泛( 占在用仪表总量的60% ～ 70%) ，制造技术成熟，使用经验丰富; zui大的优点是无须实流标定，这是其他流量计*的。但采用传统取压和流量计算的孔板，存在测量范围小、压损大、检定周期短、系统构成和维护复杂等缺点。标准孔板如图1 所示。

综上所述，目前标准节流装置仍是蒸汽流量计量仪表。通过调整一次元件选型和二次表技术配置，可以有效地解决传统孔板流量计在蒸汽流量计量方面的不足。
1. 4 ISA1932 喷嘴
ISA1932 喷嘴和孔板一样也是标准节流件，喷嘴的入口为光滑曲面，不易磨损。其流出系数非常稳定，避免了采用孔板时入口直角锐利度在流体冲刷下钝化问题( 据悉国内有关部门曾对新装孔板进行跟踪校验，孔板在连续使用2～3 个月时，流出系数偏离1% ～ 2%) 。JJG 640—1994 差压式流量计规程规定: 孔板检定周期为1 年，而ISA1932 喷嘴的检定周期为2 年( zui长不超过4年) ; 这也说明ISA1932 喷嘴流量性能稳定。另外，喷嘴在相同β ( β 为直径比，β = d /D，其中，d 为节流件开孔直径，D 为管道内径) 和相同流量
条件下，阻力损失比孔板小得多( 仅为孔板的50% ～ 60%) ，有利于减小能耗。长期运行情况表明，由于喷嘴在结构上的优势，所以其具有耐冲击、抗变形的优点，适用于高温、高压、高流速介质。喷嘴流量计如图2 所示。

一体化结构的ISA1932 喷嘴流量计，是将节流件和差压变送器做成一体，目前国内已有厂家生产。有的厂家还配有防冻隔离器( 技术) ，引压管不积存冷凝水，冬季运行不需保温伴热，故障率低，维护简便，实际使用效果好。
2 宽量程补偿
引起标准节流装置测量误差的因素很多，诸如直管段条件、安装条件等都可通过设计与施工予以保证，但超测量范围对流量仪表准确度的影响则受到多种因素的制约。早期孔板流量计由于受到差压变送器量程( 10∶1) 和二次仪表运算能力等因素限制，流量量程仅为3∶1，几乎不具备扩展量程条件。传统做法是将节流件流出系数C和可膨胀性系数ε 作为定值，置入现场的流量积算单元( 二次表或DCS) 。而蒸汽输送过程中，实际的流量范围往往无法准确确定。当流量波动大( 超出3∶1 范围) ，或流量计长时间工作在测量范围以外时，将造成很大的测量误差。图3 所示为孔板流出系数曲线，其中，ＲeD为雷诺数。
由图3 可以看出: ＲeD=1×104，C= 0.622 0;ＲeD=3×104，C= 0.6152。平均值C=0.6186，即ＲeD在1×104～3×104 范围内(3∶1) 其不确定度为0.55%。ＲeD=5×103，C= . 632 0; ＲeD=5×104，C=0.6121。平均值C=0.6221，即ＲeD在5×103～5×104 范围内(10∶1) 其不确定度为1. 6%，远不能满足贸易结算对不确定度的要求。
同样，可膨胀性系数ε 在超测量范围情况下，所引起的测量不确定度更不容忽视。例如，一台角接取压孔板流量计(D=100 mm，β=0.5) 测量过热蒸汽(压力为4MPa，温度为400℃) ，ＲeD在2.8×105～28×105(介质流速为5.2～52m/s) 范围内，可膨胀性系数ε 的不确定度约为3.0%。节流式流量计流量计算公式为:

由式( 2) 、式( 3) 可以看出，C、ε 的计算很复杂。扩展流量计测量范围的技术措施是: 利用流量计算机具有足够的存贮空间和高速、高精度的运算功能，遵从相关标准给出的计算方法，在允许差压测量范围内，根据当前ＲeD，实时计算节流件流出系数C、可膨胀性系数ε 等流量参数，从而克服采用固定流量参数带来的误差，实现量程扩展。
智能化宽量程( 100∶1) 的差压变送器和运算功能强大的流量计算机的问世，使拥有智能化、宽量程的节流式流量计成为可能，这为提高蒸汽流量计量系统准确性提供了重要的技术保证。
3 密度补偿
对于蒸汽的流量计量，人们都知道要进行压力和温度补偿，但是由于对蒸汽性质的复杂程度了解不够，所以在整个测量系统中往往只重视差压、温度、压力信号的准确与否，而忽略了密度计算的重要性。从式( 1) 可以看出，差压与密度在测量中处于同等地位。目前我国已有的流量二次仪表中蒸汽密度的计算，采用的是简易的数学模型( 自己拟合公式或用出版物给出的公式) ，在DCS 上甚至采用的是理想气态方程，因此，其准确度往往不能满足要求。
水蒸汽的性质与理想气体大不相同，应视为实际气体。水蒸汽的物理性质较理想气体要复杂得多，故不能用简单的数学公式加以描述。所以，在以往的工程计算中，凡涉及水蒸汽的状态参数数值，大都从水蒸汽表中查出。把蒸汽参数表装入仪表中，数据量很大且不连续，在实际操作中有很大困难。目前，我国还没有关于水蒸汽热力学性质的国家标准，但JJG 1003—2005 《流量积算仪》国家检定规程已引用了IFC1967 公式( 该公式于1967 年由水蒸气性质协会成员国确认)进行蒸汽密度计算。因此，目前在蒸汽流量计量中的密度计算应统一到IFC1967 公式。
随着计算机技术的发展和科学研究水平的提高，1997 年在德国召开的水和水蒸汽性质联合会( IAPWS) 通过并发表了一个全新的水和水蒸汽计算模型，即水和水蒸汽热力性质IAPWS －IF97 公式。与IFC1967 公式相比，该公式的计算精度和运算速度大大提高。重要的是，1999 年IAPWS 要求在商业合同中采用IAPWS － IF97 公式。
根据我国目前蒸汽流量计量的需要，国家标准化委员会于2012 年底批准《水蒸汽能量计算方法》国家标准的立项，该标准正在由全国计量器具管理标准技术委员会组织编写。
4 能量计量
蒸汽目前采用质量计量，而温度、压力不同的蒸汽，焓值不同。例如，压力为0. 8 MPa，温度为180 ℃的蒸汽，其焓值为2. 791 1 MJ /kg; 压力为0. 8 MPa，温度为220 ℃ 的蒸汽，其焓值为2. 884 2 MJ /kg，两者相差3. 2%。实际使用的蒸汽温度范围更大，其焓值的差别也更大，用消耗蒸汽质量来评价用能设备或用能单位的耗能，显然是不合理的。另外，蒸汽管网上存在不容忽视的热损耗，但由于采用质量计量，所以无法对这部分热损耗进行定量评估，这不仅成为蒸汽供需双方争论的焦点，而且也不能为管道保温维护提供科学的依据。以能量作为蒸汽的结算单位，已不仅是学术界的共识，而且也得到了广大蒸汽生产和使用单位的响应，呼吁国家尽快出台相关标准，以进一步科学地规范蒸汽流量计量。我国热水能量计量已逐步推广，在节能方面做出了重要的实践。蒸汽流量计量制式的改动需要一个过程，不可一蹴而就。但先在企业内部推行蒸汽的质量与能量计量并行，在技术层面上是可行的。这将为节约和合理使用蒸汽提供依据，也是优化管理、提益等方面十分有益的实践。
蒸汽流量计量系统应该具有以下特征:
(1) 一次仪表符合准确度要求，稳定性好、检定周期长、维护量小、故障率低。
( 2) 流量运算单元除可温、压补偿外，还应具有量程扩展功能; 补偿运算功能完善且符合相关标准; 具有历史数据存储、事件报警等管理功能，以及网络通信和能量计量的功能。
一体化喷嘴流量计和流量计算机构成的蒸汽流量计量系统的方案，将经典传统技术与现代技术相结合，克服了传统孔板流量计量程小、阻力损失大、容易变形、检定周期短、系统安装维护复杂等缺点。该方案目前已经在国内诸多炼油化工装置上有了成功应用的经验，表明其在蒸汽流量计量上是可行的，值得向仍然采用传统方法计量蒸汽的设计单位及炼厂用户推广。