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關于蒸汽流量測量方面的經驗介紹


蒸汽流量受蒸汽狀態以及蒸汽流量計的設計、安裝及密度補償等各種因素的影響,其計量精度,特別是在小流量用汽的情況下,存在計量偏大或者計量偏小,經常會產生計量糾紛。為了解決此類計量糾紛,筆者總結了一些經驗,這些經驗也確實解決了計量糾紛帶來的麻煩。該文主要介紹流量計安裝經驗及蒸汽流量的密度補償。

引言
        影響蒸汽流量準確計量的因素有很多,如流量計上下游安裝的直管段不足,蒸汽的密度補償不正確,2個冷凝罐安裝錯誤等等。經常會遇到在關閉蒸汽管道總閥門的情況下,流量積算儀上還有流量顯示,檢查節流裝置及引壓管等輔助設備,不堵不漏,排污正常;檢驗差壓變送器和二次儀表等,也都合格,存在無中生有的現象。此類問題可以從孔板取壓口、一次閥選型、冷凝罐安裝等幾方面查找原因。該文從這幾個方面介紹實際現場經常遇到的問題。
1 流量計安裝
1. 1 孔板取壓口

        一些流量計安裝手冊或者參考書中會介紹測量蒸汽的孔板取壓口為水平方向 θ =45°引出,如圖1 所示。  

                                    水平方向 45°取壓口

        從圖中不難理解,冷凝罐中多余的冷凝水沿著斜坡流回母管,但是在實際現場中經常選用的一次閥是針型閥,如果選用公稱通經太小的話,使凝結水回流不暢而積在針型閥上方的引壓管內,引起引壓管密度不一致。測量蒸汽時母管與冷凝罐進行汽液交換包括兩部分,一是母管內的蒸汽經一次閥進入冷凝罐,二是冷凝罐內的液體返回母管。在汽液交換時如果正負壓管是完全同步,交換的方向也完全一致,孔板取壓口的差壓轉換成凝結水的差壓,并不會產生差壓值的變化,但是實際上很難保證這種交換既同步又同向。這樣在蒸汽量小的時候,2 個引壓管的密度之差乘以 sin45°就會有一差值,這個差值通過一系列的計算會傳遞到變送器的差壓值,就會存在不計或者計量偏大的現象。如何解決上述問題,建議按照圖 2 安裝,水平方向取壓,盡管 2 個引壓管的密度還是有差異,由于 θ = 0°即 sin0° = 0,就不會存在差異值。但是還會存在示值波動,要解決示值波動的問題,建議將針型閥換成閘閥或者球閥,要求內徑不小于 10 mm,一次閥門的公稱通經也要不小于 10 mm。

                                   水平方向 0°取壓口

1. 2 冷凝罐
        在用孔板測量蒸汽流量時,通常要安裝 2 個冷凝罐,2 個冷凝罐內液位高度相等是差壓信號不失真傳遞的關鍵。這 2 個冷凝罐必須同高度安裝,底部是出口接變送器,冷凝罐的側面是入口接孔板側,按照圖 2 取壓。其作用有 2 個:一是將蒸汽差壓信號轉換成凝結水的差壓信號,以防蒸汽直接進入差壓變送器高低壓室,燙壞儀表 ;二是保證引壓管兩側冷凝液位相同,起到平衡作用,冷凝罐截面積相對于引壓管截面來說要大很多,有利于維持冷凝水液位的相對穩定。

        在日常工作中,維護蒸汽流量計的時候經常發生 2 個冷凝罐一個燙一個冷。正常情況下冷凝罐與母管內的蒸汽相通,其汽相壓力與母管取壓口處一致,冷凝罐上部應該是燙的。其中有一個冷凝罐是冷的,可以斷定罐的上部不是蒸汽。造成冷凝罐上部不是蒸汽的原因有很多:①引壓管堵;②一次閥堵塞;③在取壓口和冷凝罐之間存在 U 型槽。①和②這 2 個問題時常發生,通過定期排污,或者更換管徑大一點的引壓管和一次閥都可以解決此類問題。③主要是不按照要求安裝導致出現的問題,在現場實際安裝過程中,安裝人員的一個將就意識,會導致流量計測量的數據大相徑庭,所以一定要嚴格按照要求安裝流量計。

                                             引壓管存在液封

        如圖 3 所示,取壓口和冷凝罐之間存在液封,A 段管在一次閥附近形成 U 形水封,所以這段管的凝結水無法靠重力順暢地返回母管。A 管內的凝結水,由于流體靜力學的作用,對正在冷凝罐內的靜壓產生抽吸作用,從而使差壓產生偏移。必須對引壓管進行整改,如圖 4 所示,引壓管彎曲的弧度標準為 90°,嚴格按照要求作業,消除由于安裝導致的誤差。

                                                整改后的引壓管

1. 3 差壓變送器
        采用差壓流量計測量蒸汽時,建議選用高低壓室各有 2 個排放口的,選擇 2 個排放口的目的是,當蒸汽冷凝為水時會釋放氣體,在沒有安裝集氣罐時.差壓變送器的*上方的一個口用做排氣,可以將高低壓室的空氣排凈,如圖 5 所示。
2 密度補償
        密度補償分兩種情況,一是通過存放在積算儀中的密度表,查找密度表中對應的密度進行補償,這種情況精度比較高;還有就是差壓、壓力、溫度信號接入 PLC 或 DCS 中,通過擬合的密度公式進行密度補償。
2. 1 查表法
        公司測量蒸汽常將渦街流量計與流量積算儀配套使用,因為用孔板流量計來測量蒸汽,壓損大,引壓管、三組閥及連接頭容易泄漏;且在冬季需對引壓管進行保溫,維護成本高。而渦街流量計壓損小,克服了傳輸中的泄漏問題,也不需要采取保溫措施,測量準確度高。圖 6 所示是常見的安裝方式。
渦街流量計和流量積算儀在現場安裝圖
        方案中渦街流量計輸出的是體積流量,把體積流量信號、壓力、溫度信號直接采集到型號為 SB-2100 的流量積算儀,通過式(1)計算出蒸汽的質量流量。SB -2100 流量積算儀*大的一個優點是,通過壓力、溫度可以查表判斷蒸汽是飽和蒸汽還是過熱蒸汽。當選擇的過熱蒸汽在運行過程中轉為飽和蒸汽時可自動判斷,并按飽和蒸汽的密度進行補償,若再轉回過熱蒸汽也會自動判斷。
        F = K × ρ × D p (1)
        式中:F 為質量流量(kg/h);K 為流量系數,即渦街流量計銘牌上的流量系數;ρ 為密度(kg/m 3 );D p 為比例信號,即渦街流量計輸出的體積流量信號的百分比。
2. 2 計算法
        實際現場也有很多是把差壓、壓力、溫度信號分別接入 PLC 或者 DCS 中的,利用孔板計算書的計算式(2)計算蒸汽流量。
        20171123134427.jpg
        式中:ΔP 為差壓信號。
        由于現場沒有安裝測量密度的儀表,蒸汽的密度補償與一般氣體溫壓補償不同,它是通過壓力值、溫度值查表得出密度進行補償的。過熱蒸汽和飽和蒸汽的密度擬合公式摘自《流量測量節流裝置設計手冊》中的 1967IFC 公式,過熱蒸汽密度與壓力、溫度都有關,飽和蒸汽僅與壓力有關。
1)過熱蒸汽
20171123134455.jpg
式中:T 為工況溫度(K);P 為工況壓力(0. 1 MPa)(表壓)。
2)飽和蒸汽
        工況壓力,MPa(絕壓)
3 結束語
        為了準確測量蒸汽流量,在實際應用中必須注意以下事項:
        1)確保蒸汽流量準確計量。流量計正確安裝非常關鍵。
        2)蒸汽系統壓力和溫度的變化。為避免壓力或溫度的波動引起的非測量性誤差,蒸汽流量測量應增加密度補償功能。
        3)嚴格規范蒸汽流量計的操作,防止儀表**損壞。
原文作者:(江蘇永鋼集團有限公司 能源部:孫 偉,陳克閃,陳東華)
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