蒸汽流量測(cè)量是孔板好還是渦街流量計(jì)好？

時(shí)間：2019-05-11作者：江蘇英普瑞儀表科技有限公司瀏覽：66

蒸汽流量測(cè)量中孔板和渦街流量計(jì)是比較常見(jiàn)的兩種測(cè)量元件，在實(shí)際應(yīng)用中根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)所環(huán)境等不同，孔板和渦街流量計(jì)各有優(yōu)缺點(diǎn)。
蒸汽的流量測(cè)量方法按工作原理劃分，可分為直接式質(zhì)量流量計(jì)和間接式質(zhì)量流量計(jì)，在工業(yè)企業(yè)中蒸汽的測(cè)量多采用間接式，其中節(jié)流式差壓流量計(jì)和渦街流量計(jì)是主流。這兩種流量計(jì)在測(cè)量中各有優(yōu)缺點(diǎn)，如差壓流量計(jì)以孔板流量計(jì)為例，其范圍度廣，穩(wěn)定性好；而渦街流量計(jì)的優(yōu)越性是孔板式流量計(jì)所不具備的，尤其是在蒸汽參數(shù)偏離設(shè)計(jì)值時(shí)，其測(cè)量誤差遠(yuǎn)小于孔板式流量計(jì)的測(cè)量。本文將對(duì)兩種流量計(jì)在實(shí)際應(yīng)用中的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)的對(duì)比分析。
1、孔板式流量計(jì)
孔板流量計(jì)是差壓式流量計(jì)的一種。簡(jiǎn)單的說(shuō)。流體流經(jīng)一個(gè)收縮截面，測(cè)量通過(guò)此截面的差壓。根據(jù)丹尼爾-伯努利在1738年的研究工作，流體經(jīng)過(guò)孔板的速度和其壓力損失的平方根成比例關(guān)系。
1.1 孔板流量計(jì)的測(cè)量原理
充滿管道的流體，當(dāng)它們流經(jīng)管道內(nèi)的節(jié)流裝置時(shí)，流束將在節(jié)流裝置的節(jié)流件處形成局部收縮，從而使流速增加，靜壓力低，于是在節(jié)流件前后便產(chǎn)生了壓力降，即壓差，介質(zhì)流動(dòng)的流量越大，在節(jié)流件前后產(chǎn)生的壓差就越大，所以孔板流量計(jì)可以通過(guò)測(cè)量壓差來(lái)衡量流體流量的大小。這種測(cè)量方法是以能量守衡定律和流動(dòng)連續(xù)性定律為基準(zhǔn)的。
1.2 孔板流量計(jì)的安裝條件
（1）標(biāo)準(zhǔn)孔板的中心線應(yīng)當(dāng)與管道中心線同軸。
（2）孔板流量計(jì)安裝時(shí)應(yīng)配有一段測(cè)量管,至少保持前10DN、后5DN的等徑直管段，以提高測(cè)量精度。
（3）引壓管路的內(nèi)徑與管路長(zhǎng)度和介質(zhì)臟污程度有關(guān)，通常在16米以?xún)?nèi)用內(nèi)徑為8-12mm的管子。
（4）引壓管路應(yīng)有牢固的支架托承，兩根取壓管路應(yīng)盡可能互相靠近并遠(yuǎn)離熱源或震動(dòng)源，測(cè)量水蒸汽流量計(jì)時(shí)，應(yīng)用保溫材料一同包扎，必須時(shí)（如氣溫0℃以下）加伴熱管防止結(jié)冰。在測(cè)量臟污流量時(shí)，應(yīng)附設(shè)隔離器或沉降器。
（5）引壓管路內(nèi)必須始終保持單相流體狀態(tài)。被測(cè)流體是液體時(shí)，引壓管路內(nèi)全部是液相，**不能有氣泡。為此應(yīng)在引壓管路的較低點(diǎn)裝排水閥或在較高點(diǎn)裝排氣閥，在新裝或檢修差壓變送器時(shí)時(shí)應(yīng)特別注意。
1.3 孔板流量計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)
孔板流量計(jì)的優(yōu)點(diǎn)：
（1）應(yīng)用較多的孔板式流量計(jì)結(jié)構(gòu)牢固,性能穩(wěn)定可靠,使用壽命長(zhǎng)；
（2）檢測(cè)件與變送器、顯示儀表分別由不同廠家生產(chǎn),便于規(guī)模經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)。
孔板流量計(jì)的缺點(diǎn)：
a.測(cè)量精度偏低；
b.量程比小，一般僅為1:3~1:5；
c.現(xiàn)場(chǎng)安裝要求高；
d.壓損大。
e.冬季需保溫處理，易凍。
渦街流量計(jì)利用一個(gè)非線性的發(fā)生體放置在管道內(nèi)，流體流經(jīng)鈍體時(shí)會(huì)在其尾部產(chǎn)生有規(guī)則的旋渦。這些旋渦可以檢測(cè)、計(jì)算和顯示。在一定流量范圍內(nèi)，渦街產(chǎn)生的數(shù)量與流體的體積流量成比例，這樣就可以測(cè)得流體的速度。
2.1 渦街流量計(jì)工作原理
在流體中設(shè)置旋渦發(fā)生體，則從旋渦兩側(cè)交替產(chǎn)生有規(guī)則的旋渦，這種旋渦稱(chēng)為卡門(mén)旋渦，如圖2所示，旋渦列在旋渦發(fā)生體下游非對(duì)稱(chēng)地排列。旋渦流量計(jì)是根據(jù)卡門(mén)渦街原理測(cè)量氣體、蒸汽或液體的體積流量、標(biāo)況的體積流量或質(zhì)量流量的體積流量計(jì)。并可作為流量變送器應(yīng)用與自動(dòng)化控制系統(tǒng)中。
2.2 渦街流量計(jì)的安裝要求
（1）避免安裝在**械振動(dòng)的管道上。當(dāng)振動(dòng)不可避免時(shí)，應(yīng)考慮在距傳感器前后約2DN處的直管段上加固定支撐架；
（2）流量計(jì)上下游必須有足夠的直管段，一般為前10D后5D；
（3）安裝點(diǎn)上下游的配管應(yīng)與傳感器同心，同軸偏差應(yīng)不小于0.5DN；
（4）根據(jù)測(cè)量的需要，需在傳感器附近測(cè)量壓力和溫度時(shí)，測(cè)壓點(diǎn)應(yīng)在傳感器下游的3-5D處，測(cè)溫點(diǎn)應(yīng)在傳感器下游的6-8D處。
2.3 渦街流量計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)
渦街流量計(jì)的優(yōu)點(diǎn)：
（1）量程比大，可達(dá)到1:20；
（2）無(wú)運(yùn)動(dòng)部件；
（3）低阻流。
渦街流量計(jì)的缺點(diǎn)：
（1）振動(dòng)容易引起誤差；
（2）直管段距離要求嚴(yán)格。
（3）實(shí)際應(yīng)用中孔板與渦街流量計(jì)測(cè)量誤差比較
3.1 孔板流量計(jì)計(jì)量誤差分析
差壓式流量計(jì)是利用流體的動(dòng)靜壓能轉(zhuǎn)換原理進(jìn)行流量測(cè)量的，這一差壓與流體流量存在如下關(guān)系：
式中：mq為質(zhì)量流量，kg/h；vq為工況條件下的體積流量，m3/h ；為流量系數(shù)；為流束膨脹系數(shù)；p為差壓，Pa；為工況條件下被測(cè)流體的密度，kg/m3；d為工況條件下的節(jié)流開(kāi)孔直徑，mm。
由（1）式和（2）式可以看出，被測(cè)流體的流量是流體的密度和孔板前后差壓的函數(shù)。當(dāng)測(cè)得某一差壓時(shí)，由于所測(cè)流體的密度不同，所代表的流量是不同的，只有當(dāng)流體的密度值等于孔板設(shè)計(jì)條件中的密度值時(shí)，差壓才能真實(shí)反映所測(cè)的流量。蒸汽從發(fā)生到使用，由于熱損耗，溫度和壓力的下降是不可避免的，導(dǎo)致其密度與設(shè)計(jì)值的差異，從而產(chǎn)生了誤差，并且隨著蒸汽參數(shù)的波動(dòng)而波動(dòng)，實(shí)際測(cè)量時(shí)只能通過(guò)溫壓補(bǔ)償來(lái)修正，補(bǔ)償公式的嚴(yán)謹(jǐn)性直接影響測(cè)量誤差。
3.2 渦街流量計(jì)計(jì)量誤差分析
渦街流量計(jì)是利用振動(dòng)原理進(jìn)行測(cè)量的，在流體中，在流動(dòng)的垂直方向插入發(fā)生體，流體流經(jīng)時(shí)在其下游兩側(cè)交替產(chǎn)生兩列卡門(mén)渦街，卡門(mén)渦街的發(fā)生頻率存在一定的雷諾數(shù)范圍與流體的流速有關(guān)，并呈正線性關(guān)系。其關(guān)系式如下：
式中：f為渦街頻率，Hz；tS為斯特羅哈爾常數(shù)（無(wú)量綱）；v為流體經(jīng)過(guò)發(fā)生體時(shí)的平均流速，m/s；d為發(fā)生體的特征寬度，m。
在實(shí)際測(cè)量中，一臺(tái)制造完成的渦街流量計(jì)其發(fā)生體的特征寬度是一定固定不變的。由此看見(jiàn)，卡門(mén)渦街的頻率在一定的雷諾數(shù)范圍內(nèi)只與流體的平均流速有關(guān)，與流體的密度、粘度等物理參數(shù)基本無(wú)關(guān)。只要測(cè)得了渦街f和發(fā)生體處的流通面積即可測(cè)得流過(guò)發(fā)生體兩側(cè)流體的體積流量，其體積流量關(guān)系式為：
式中：vq為體積流量，m3/h；tS為斯特羅哈爾常數(shù)；m為渦街發(fā)生體兩側(cè)弓形面積與管道橫截面面積之比；d為渦街發(fā)生體迎面寬度，m；D為表體通徑，m；f為渦街頻率，Hz。由上式可以看出，在式中沒(méi)有涉及流體的任何物理參數(shù)。所以在常規(guī)使用中，一臺(tái)渦街流量計(jì)無(wú)論用于何種流體測(cè)量，只要雷諾數(shù)2104~ 7106范圍內(nèi)，就能得到穩(wěn)定的流量系數(shù)。只要測(cè)得準(zhǔn)確的渦街頻率，便可準(zhǔn)確測(cè)得工況下流體的體積流量。這一點(diǎn)完全不同于差壓式流量計(jì)在流體參數(shù)偏離設(shè)計(jì)值時(shí)便產(chǎn)生很大誤差的情況。
4. 結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中問(wèn)題可發(fā)現(xiàn)，在蒸汽測(cè)量中，渦街安裝方便而孔板流量計(jì)需要配套差壓變送器、引壓管、三組閥等附件使用，且因?yàn)槔淠疁y(cè)量，在冬季使用引壓管易凍結(jié)，造成測(cè)量誤差。且在運(yùn)行方面，渦街后期基本不需要維護(hù)，而孔板由于成銳角邊緣易磨損，需定期維護(hù)，分體式結(jié)構(gòu)還需定期對(duì)引壓管排污，綜上所述，工業(yè)企業(yè)中非特殊惡劣環(huán)境下，建議蒸汽測(cè)量**選用渦街流量計(jì)，較好滿足測(cè)量需求。





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