蒸汽流量計選型與安裝問題分析
蒸zheng汽qi是shi石shi油you化hua工gong企qi業ye重zhong要yao的de二er次ci能neng源yuan,在zai企qi業ye能neng源yuan計ji量liang中zhong占zhan有you重zhong要yao地di位wei。從cong企qi業ye效xiao益yi出chu發fa,要yao降jiang低di生sheng產chan成cheng本ben則ze需xu降jiang低di蒸zheng汽qi的de消xiao耗hao量liang,蒸zheng汽qi計ji量liang由you此ci成cheng為wei企qi業ye計ji量liang技ji術shu工gong作zuo的de重zhong點dian之zhi一yi。儀表都有一定的測量範圍和合適的量程比,可是工藝生產過程往往又有不同負荷狀態下的多種運行方式,隨之對應的蒸汽用量就會出現大流量、正常流量及小流量等不同流速,蒸汽的物理參數如溫度、壓ya力li及ji密mi度du等deng參can數shu也ye會hui在zai不bu同tong負fu荷he狀zhuang態tai下xia發fa生sheng相xiang應ying的de變bian化hua。任ren何he類lei型xing測ce量liang蒸zheng汽qi的de儀yi表biao要yao滿man足zu不bu同tong工gong況kuang下xia的de準zhun確que測ce量liang實shi際ji上shang很hen困kun難nan。這zhe就jiu要yao求qiu在zai測ce量liang方fang法fa和he儀yi表biao選xuan型xing上shang根gen據ju測ce量liang回hui路lu的de要yao求qiu充chong分fen考kao慮lv各ge種zhong計ji量liang儀yi表biao的de優you缺que點dian,選xuan擇ze量liang程cheng比bi合he適shi的de儀yi表biao並bing采cai用yong適shi當dang的de補bu償chang措cuo施shi,如ru溫wen壓ya補bu償chang、蒸汽狀態及分段線性化補償等。但是隨之而來就會產生安裝位置、直管段及維護需求等一係列的安裝問題。 為此,圍繞當前常用的差壓式和速度式蒸汽流量計的選型、安裝注意事項以及安裝和運行中容易發生的問題展開討論,重點考慮蒸汽流量儀表選型時儀表和被測介質的特性、生產工藝的變化、儀表的安裝條件及管理維護等因素的影響。 1 蒸汽流量計的類型 ①企業使用蒸汽流量計一般用於: 計量蒸汽用量,進行內部或外部計費結算; 監測能源的使用效率,如根據熱焓確定添加的蒸汽量; 改進工藝過程的控製效果,比如使流量恒定在設定值或按一定的規律變化。 用yong戶hu應ying根gen據ju自zi身shen需xu要yao,再zai結jie合he流liu量liang計ji的de相xiang關guan特te性xing選xuan擇ze合he適shi的de蒸zheng汽qi流liu量liang儀yi表biao。目mu前qian,測ce量liang蒸zheng汽qi介jie質zhi普pu遍bian選xuan用yong的de是shi差cha壓ya流liu量liang計ji和he渦wo街jie流liu量liang計ji配pei密mi度du補bu償chang方fang式shi完wan成cheng計ji量liang。 1.1 差壓式流量計 差壓式流量計在穩流情況下,管道中流量與壓差的平方根成正比。基於流體質量守恒( 連續性方程) 和能量守恒( 伯努利方程) 定律,可知基本的流量計算式為: 式中 C ―――流出係數( 實際流量/理論流量) ; d ―――節流件孔徑,m; Δp ―――節流件上下遊的壓差,Pa; qm―――蒸汽質量流量,t/h; β ―――直徑比,β = 孔板直徑 d /管道直徑D; ε ―――可膨脹性係數,蒸汽的 ε 小於 1; ρ ―――蒸汽密度,kg /m3。 差壓式流量計中常用的有孔板流量計和新型V 錐流量計兩種型式。 孔板流量計以簡單結實、成本低廉及無需額外標定等優勢在工業中獲得廣泛應用。但它也有自身的缺點: 受限於工作原理,量程比限製在3∶ 1 ~ 5∶ 1; 在水錘作用下,孔板會變形,如果設計或安裝不當甚至會堵塞管道; kongbandezhijiaobianyuanzaichangqiyunxinghouhuimosun,tebieshizaijinxingzhengqijiezhiceliangshihuigaibiankongbantexing,yingxiangceliangjingdu,yincibixuduikongbanjinxingzhouqijianzhabingyuyigenghuan; 孔板流量計一般需要較長的直管段以保證精度,表 1 給出了不同直徑比 β 和不同上遊擾流布置情況下所建議的直管段長度。 V錐流量計具有壓損小、量程比寬、直管段短及測量精度高等優點,這些特點來源於特殊的設計結構―――錐體位於管道中心處。在計算工況下的實際流量時,應先計算出流體流過V形錐的有效麵積S和等效直徑比β,再代入式(1)計算得到。 雖然V錐(zhui)流(liu)量(liang)計(ji)可(ke)以(yi)在(zai)直(zhi)管(guan)段(duan)不(bu)夠(gou)長(chang)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)較(jiao)其(qi)他(ta)節(jie)流(liu)裝(zhuang)置(zhi)有(you)較(jiao)高(gao)的(de)測(ce)量(liang)精(jing)度(du),但(dan)所(suo)需(xu)的(de)前(qian)後(hou)直(zhi)管(guan)段(duan)仍(reng)要(yao)視(shi)具(ju)體(ti)情(qing)況(kuang)而(er)定(ding)。有(you)數(shu)據(ju)顯(xian)示(shi),前(qian)置(zhi)閘(zha)閥(fa)開(kai)度(du)大(da)於(yu)25%時,各種開度下當要求較高測量準確時,流量計前直管段長度L=10D尚嫌不足,而不是各種情況下均為前0~3D、後0~1D的直管段,這個特點需要相關技術人員的高度重視。 當(dang)測(ce)量(liang)蒸(zheng)汽(qi)介(jie)質(zhi)的(de)管(guan)道(dao)停(ting)汽(qi)檢(jian)修(xiu)時(shi),管(guan)道(dao)底(di)部(bu)會(hui)存(cun)有(you)積(ji)水(shui)。恢(hui)複(fu)通(tong)汽(qi)後(hou),在(zai)壓(ya)力(li)推(tui)動(dong)下(xia),水(shui)的(de)波(bo)動(dong)很(hen)容(rong)易(yi)引(yin)起(qi)管(guan)道(dao)振(zhen)動(dong),流(liu)量(liang)較(jiao)大(da)時(shi)管(guan)道(dao)振(zhen)動(dong)劇(ju)烈(lie)甚(shen)至(zhi)會(hui)損(sun)壞(huai)節(jie)流(liu)件(jian)造(zao)成(cheng)生(sheng)產(chan)事(shi)故(gu)。 1.2渦街流量計 流liu體ti流liu經jing設she置zhi在zai管guan道dao內nei的de漩xuan渦wo發fa生sheng體ti時shi會hui產chan生sheng流liu動dong振zhen蕩dang,在zai發fa生sheng體ti的de兩liang側ce交jiao替ti產chan生sheng規gui則ze漩xuan渦wo,測ce定ding其qi振zhen蕩dang頻pin率lv可ke以yi反fan應ying流liu量liang的de大da小xiao。當dang工gong況kuang條tiao件jian合he適shi時shi,漩xuan渦wo頻pin率lvf和流體速度v成線性關係,且與密度無關,可表示為: 對於給定的流量計,其質量流量 qm為: 式中 A ―――流量計的截麵積,m2 式中 A ―――流量計的截麵積,m2 d ―――漩渦發生體迎流麵的最大寬度,m; f ―――漩渦的釋放頻率,Hz; k ―――對於給定的流量計為常數; St―――斯特羅哈爾數,無量綱,當雷諾數 Re在 102~ 105時其值約為 0. 2; v ―――發生體兩側的平均流速,m / s; ρ ―――蒸汽密度,kg /m3。 與孔板流量計相比,渦街流量計有較好的量程比( 一般為 30∶ 1) 、無可動部件及流阻低等優點,但在抗振、脈動流及抗幹擾等方麵也有明顯的局限性。為此,在安裝渦街流量傳感器時應注意: a.選擇合理的安裝場所,遠離強磁場設備,避開強振動和強腐蝕環境。 b.上下遊配管應滿足安裝要求,約為前10D和後5D。不同的安裝條件(如縮管、擴管、T形管、前端是否有閥門及過濾器等擾流件),對上遊直管段的要求也相異,還需參考儀表說明書。另外,流量或壓力調節閥應裝在傳感器下遊5D以外;測壓孔應設在流量計下遊的2D~7D處;測溫孔應設在離測壓孔下遊的1D~2D處。 c.基於其流體振蕩的工作原理,振動會引起誤差,可以在傳感器上下遊2D處分別設置防振座並加防振墊。 d.任何墊片和焊渣的凸出都會導致其他漩渦的發生,引起計量誤差。T形管上遊安裝閥門即可避免脈動壓的影響。 目mu前qian,渦wo街jie流liu量liang計ji的de流liu量liang係xi數shu一yi般ban是shi在zai水shui流liu量liang標biao準zhun裝zhuang置zhi上shang標biao定ding得de到dao的de。按an照zhao渦wo街jie流liu量liang計ji的de工gong作zuo原yuan理li,在zai一yi定ding的de雷lei諾nuo數shu範fan圍wei內nei,渦wo街jie流liu量liang計ji的de流liu量liang係xi數shu隻zhi與yu漩xuan渦wo發fa生sheng體ti、管道形狀和幾何尺寸有關。因此,渦街流量計用水標定得到的流量係數在儀表用來測量氣體和蒸汽時采用也是合理的。 用水標定時流速最高也隻到 10m/s,而實際應用時氣體和蒸汽的流速卻遠大於 10m/s,某品牌渦街流量計承諾 80m/s 的流速仍能保證測量精度,但品質欠佳的渦街流量計在大於40m/s流速時已產生明顯的“漏脈衝”現象而且流速越高“漏脈衝”越嚴重,從而出現示值嚴重偏低的情況。另外,流量計前後壓差同流速之間的關係也應符合下式: 式中 D ―――管道內徑,mm; Δp―――壓力損失,kPa; qv―――體積流量,m3/ h; v ―――流速,m / s; ρ ―――流體密度,kg /m3。 2安裝要點分析 2.1差壓流量計的安裝 用yong差cha壓ya流liu量liang計ji測ce量liang蒸zheng汽qi流liu量liang,為wei保bao護hu差cha壓ya變bian送song器qi的de高gao低di壓ya室shi,通tong常chang設she置zhi兩liang個ge冷leng凝ning罐guan,兩liang個ge冷leng凝ning罐guan內nei液ye位wei高gao度du相xiang等deng是shi壓ya差cha信xin號hao不bu失shi真zhen傳chuan遞di的de關guan鍵jian。如ru果guo發fa現xian一yi個ge冷leng凝ning罐guan是shi冷leng的de,罐guan的de上shang部bu必bi定ding不bu是shi蒸zheng汽qi,造zao成cheng這zhe種zhong情qing況kuang的de原yuan因yin有you多duo種zhong,如ru:導壓管堵、根部閥堵、溢流口高度比取壓口低、在zai取qu壓ya口kou和he冷leng凝ning罐guan之zhi間jian存cun在zai液ye封feng等deng。不bu管guan是shi哪na種zhong原yuan因yin,都dou將jiang使shi差cha壓ya變bian送song器qi接jie收shou到dao的de壓ya差cha與yu節jie流liu件jian送song出chu的de壓ya差cha信xin號hao不bu相xiang等deng,進jin而er引yin起qi流liu量liang測ce量liang誤wu差cha。如ru圖tu1所示,改造前到正壓冷凝罐的引壓管由於安裝坡度不合理形成U形(xing)水(shui)封(feng),這(zhe)段(duan)管(guan)內(nei)的(de)冷(leng)凝(ning)水(shui)不(bu)能(neng)靠(kao)重(zhong)力(li)流(liu)回(hui)母(mu)管(guan),從(cong)而(er)造(zao)成(cheng)流(liu)量(liang)示(shi)值(zhi)偏(pian)低(di)。配(pei)置(zhi)和(he)安(an)裝(zhuang)合(he)理(li)的(de)壓(ya)差(cha)裝(zhuang)置(zhi)後(hou),蒸(zheng)汽(qi)從(cong)母(mu)管(guan)經(jing)導(dao)壓(ya)管(guan)流(liu)入(ru)冷(leng)凝(ning)罐(guan),放(fang)出(chu)熱(re)量(liang)後(hou)變(bian)成(cheng)凝(ning)結(jie)水(shui),罐(guan)中(zhong)液(ye)位(wei)高(gao)於(yu)溢(yi)流(liu)口(kou)後(hou)自(zi)動(dong)返(fan)回(hui)母(mu)管(guan),從(cong)而(er)保(bao)證(zheng)兩(liang)個(ge)罐(guan)中(zhong)的(de)凝(ning)結(jie)水(shui)液(ye)位(wei)相(xiang)等(deng)。 2.2渦街流量計的安裝 渦街流量計經常與調節閥安裝在同一根管道上以控製流量或壓力。如圖2所suo示shi,來lai自zi鍋guo爐lu的de蒸zheng汽qi總zong管guan經jing壓ya力li控kong製zhi回hui路lu調tiao節jie後hou進jin入ru蒸zheng汽qi分fen氣qi缸gang並bing根gen據ju用yong戶hu負fu荷he測ce量liang總zong蒸zheng汽qi用yong量liang,分fen氣qi缸gang分fen配pei到dao各ge用yong汽qi設she備bei或huo裝zhuang置zhi,同tong樣yang安an裝zhuang有you壓ya力li或huo流liu量liang調tiao節jie控kong製zhi回hui路lu。 yibiaokongzhiguochengzhong,huishoudaoyibiaoyuanjianpilaojizhuangzhiyunxingzhuangtaitubiandengduozhongyinsudeyingxiang,daozhitiaojiefayunxingshifashengzhendang。zhejiuhenkenenghuizaochengfenbiaozhiheyuzongbiaoshizhideyichangpiancha。yonghuyingfenxizhendangchanshengdeyuanyin,jiuzhengqichanshengdetiaojianbingshichangguanzhutiaojiexitongdeyunxingzhuangkuang[2]。 3 維護管理 測(ce)量(liang)蒸(zheng)汽(qi)的(de)儀(yi)表(biao)都(dou)有(you)其(qi)局(ju)限(xian)性(xing),流(liu)量(liang)儀(yi)表(biao)進(jin)行(xing)蒸(zheng)汽(qi)測(ce)量(liang)時(shi),都(dou)是(shi)指(zhi)理(li)論(lun)上(shang)單(dan)相(xiang)的(de)飽(bao)和(he)蒸(zheng)汽(qi)或(huo)過(guo)熱(re)蒸(zheng)汽(qi)介(jie)質(zhi)。但(dan)蒸(zheng)汽(qi)狀(zhuang)態(tai)在(zai)不(bu)同(tong)的(de)條(tiao)件(jian)下(xia)會(hui)發(fa)生(sheng)變(bian)化(hua),過(guo)熱(re)蒸(zheng)汽(qi)可(ke)能(neng)變(bian)為(wei)飽(bao)和(he)蒸(zheng)汽(qi),飽(bao)和(he)蒸(zheng)汽(qi)又(you)可(ke)能(neng)因(yin)為(wei)經(jing)過(guo)長(chang)距(ju)離(li)輸(shu)送(song)、保溫欠佳及疏水措施不到位等多種原因夾帶冷凝水,類似這樣的狀況下,流量計是不能做出正確測量的。解決這種問題通常可從 4 個方麵考慮: 蒸汽流量儀表不要安裝在整套管路的低處,以保障被測介質的品質; 完善主副蒸汽管道的保溫措施,減少管道冷凝水的產生和相應的壓力損失; 創造合適的安裝條件,便於將來儀表的維護保養; 根據蒸汽係統設計規範設置疏水閥安裝位置,一般情況下,每 30 ~ 50m安裝一組疏水閥是比較規範的布置,同時加強疏水閥的管理和保養。 另ling外wai,涉she及ji貿mao易yi結jie算suan或huo需xu要yao計ji費fei的de應ying用yong場chang合he,則ze要yao做zuo好hao趨qu勢shi記ji錄lu和he定ding期qi備bei份fen以yi便bian進jin行xing數shu據ju分fen析xi,實shi時shi了le解jie用yong戶hu在zai不bu同tong時shi段duan的de用yong汽qi情qing況kuang,同tong時shi要yao防fang止zhi意yi外wai斷duan電dian導dao致zhi儀yi表biao不bu計ji量liang的de情qing況kuang發fa生sheng,必bi要yao時shi流liu量liang積ji算suan儀yi的de趨qu勢shi數shu據ju、記錄和電源可派專人管理。 4 結束語 通過對孔板、V 錐和渦街流量計的分析來看,蒸汽質量流量用差壓流量計和渦街流量計測量都能得到較準確的結果,都能滿足 GB 17167-2006的要求。為保證蒸汽的正確計量,用戶應注意選擇量程比比較大的流量計以避免在下限工作時讀數偏低甚至為零的情況; 流(liu)量(liang)計(ji)規(gui)範(fan)的(de)安(an)裝(zhuang)非(fei)常(chang)關(guan)鍵(jian),微(wei)小(xiao)的(de)細(xi)節(jie)就(jiu)可(ke)以(yi)避(bi)免(mian)投(tou)運(yun)後(hou)出(chu)現(xian)的(de)很(hen)多(duo)問(wen)題(ti)。另(ling)外(wai),為(wei)流(liu)量(liang)計(ji)配(pei)上(shang)一(yi)體(ti)化(hua)的(de)溫(wen)壓(ya)補(bu)償(chang)係(xi)統(tong),既(ji)可(ke)以(yi)減(jian)少(shao)安(an)裝(zhuang)工(gong)作(zuo)量(liang)並(bing)降(jiang)低(di)安(an)裝(zhuang)成(cheng)本(ben),也(ye)避(bi)免(mian)了(le)因(yin)此(ci)帶(dai)來(lai)的(de)附(fu)加(jia)誤(wu)差(cha)。
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