蒸汽流量計量準確度分析

李 明 于慶河

（大慶石化分公司煉油廠計量中心，黑龍江 大慶 163711）

引言

蒸汽計量是我廠自產、外購能源的重要指標。在石油、化工等生產過程中，對管道內蒸汽流量計量是實現生產過程管理及能源平衡的重要組成部分，目前測量大管徑（DN200以上）蒸汽使用的計量器具大多是孔板流量計，而孔板流量計的節流口對微量磨損十分敏感。規程規定，計量用孔板流量計的孔板每年必須進行一次或一次以上的強制性磨損檢查，這是保證孔板流量計準確計量的必要條件。對于大管徑的蒸汽孔板，其拆裝難度之大，維修費用之高，給正常維護帶來了額外的負擔。所以提高蒸汽流量計量準確度不僅可以提高我廠的經濟效益，也為我廠節能減排打下了堅實基礎。

1 蒸汽流量計量的特點

1.1 飽和蒸汽流量計量中的“兩相流”

當前，用戶基本上都使用飽和蒸汽，通常用干度(指飽和蒸汽中的含水量多少)來衡量飽和蒸汽的質量好壞。最好的是干飽和蒸汽，一般稱為過熱飽和蒸汽，其含水量可忽略不計；干度差的稱濕飽和蒸汽，含水量最多可達30%，這就存在著飽和蒸汽的“兩相流”問題。因為任何蒸汽計量儀表在計算飽和蒸汽流量時所用的設計壓力下的蒸汽密度值都采用其干度X=1時的數值，也就是干蒸汽的數值；同時，濕蒸汽因含有密度比干蒸汽大數百倍的液體水粒，在管道中流動時其速度要比干蒸汽小，這樣所測得的差壓值就低了，反映在儀表讀數、記錄上就存在著密度和流速受干度影響所帶來的疊加性的雙重負誤差，并造成濕飽和蒸汽計量難度。

1.2 蒸汽流量計量中的密度補償

計量飽和蒸汽或過熱蒸汽常用質量流量，單位為kg/h或t/h。質量流量大小與蒸汽的密度有關，而蒸汽的密度又直接受蒸汽的壓力及溫度影響。在蒸汽計量過程中，隨著蒸汽壓力及溫度不斷變化，密度也隨著變化，使質量流量也隨著變化。如果計量儀表不能跟蹤這種變化，勢必造成計量誤差。在蒸汽計量過程中，一般都是通過壓力及溫度傳感器跟蹤蒸汽壓力及溫度變化來達到密度補償目的。飽和蒸汽的密度變化與其壓力或溫度成正比關系，因而單獨通過測壓力或測溫度都可以對飽和蒸汽進行密度補償。過熱蒸汽的密度與其壓力、溫度成函數關系，而不是正比關系，過熱蒸汽的密度補償必須同時測其壓力和溫度。

1.3 蒸汽流量計量中的高溫高壓問題

高溫高壓是蒸汽計量又一顯著特點，它造成大多數流量計量儀表難以適應，因而可供蒸汽計量的儀表種類不多。企業內輸送的過熱蒸汽，有的溫度高達400℃以上，壓力高達3.6MPa以上。使用蒸汽計量儀表首先要考慮耐高溫、高壓，而且要求有良好的穩定性、可靠性、密封性，以確保安全可靠運行。

2 影響蒸汽流量計量的主要問題

當前，企業內關于蒸汽測量方面存在不少誤區，很多企業往往認為購買了高品質的流量計就可以得到準確的計量結果。然而，蒸汽的計量不同于其它流體如水、空氣等介質，在實際測量中影響其精確測量的因素較多，經常會出現流量計本身檢定合格，而實際卻感覺計量“不準”的現象。影響蒸汽流量準確計量的因素主要有以下六個方面。

2.1 量程比不足。量程比是指一個流量計能確保給定的精度和再現性的范圍內，所能測量的最大流量和最小流量之比。但涉及量程比時我們必須小心，因為量程比是基于實際的流速，蒸汽系統一般的最大允許速度為35m/s，更高的流動速度會引起系統的沖蝕和噪音。而不同的流量計允許的最低流速是不同的，一般渦街流量計所能測量的最低蒸汽流速為2.8m/s，對于量程比不足的情況，應采用量程比較大的流量計或選擇多個流量計并聯。

2.2 上下游直管段不足。對于傳統的渦街或孔板流量計，其前后安裝直管段要求分別約為20D和5D。如果上下游直管段不足，則會導致流體未充分發展，存在旋渦和流速分布剖面畸變。流速剖面畸變通常由管道局部阻礙（如閥門）或彎管所造成，而旋渦普遍是由兩個或兩個以上空間（立體）彎管所引起的。上下游直管段不足可以通過安裝流動調整器來調整，最簡單有效的辦法是采用對上下游直管段要求較低的流量計。

2.3 蒸汽的密度補償不正確。為了正確計量蒸汽的質量流量，必須考慮蒸汽壓力和溫度的變化，即蒸汽密度補償。不同類型的流量計受密度變化影響的方式不同。渦街流量計的信號輸出只和流速有關，而和介質的密度、壓力和溫度無關，差壓式流量計其質量流量與流量計的幾何外型、差壓平方根和密度平方根有關。

3 提高蒸汽流量計量準確度的對策建議

3.1 重視蒸汽流量計量儀表的正確選型

選擇蒸汽流量計量儀表，應重點考慮兩個因素。一是量程問題。蒸汽流量計量儀表計量不正常，主要是由于選型時量程不正確造成的。用汽旺季用汽量相當大，而用汽淡季用汽量又很小，用汽量相差過于懸殊，一般蒸汽計量儀表的流量范圍就難以適應。必須明確流量測量范圍，在此基礎上選擇符合相關運行參數的蒸汽計量儀表，使其能充分發揮作用。二是管道直徑問題。在設計節流裝置時，基本上都采用工藝提供的公稱名義管徑值，其實公稱名義管徑值與實際管徑值還是有誤差的，特別是卷管，公稱名義管徑值與實際值有時差值還較大，造成計量誤差增大，測量的準確度就難以達到設計要求。國標規定：用來計算節流件直徑比的管道直徑D值應為上游取壓口的上游0.5D長度范圍內的內徑平均值。該內徑平均值應是至少在垂直軸線的二個橫截面內所測得內徑的平均值，內徑的數值(用于設計的管道內徑)應達到±0.3%。設計前最好實測管徑，以減少計算誤差。

3.2 正確安裝蒸汽流量計量儀表

任何蒸汽計量儀表都必須安裝正確，否則就不可能正常的工作。例如在鍋爐出汽口附近安裝蒸汽計量儀表，在截止閥或管道彎頭附近及管道的最低處安裝蒸汽計量儀表都屬于不正確的安裝。正確安裝蒸汽流量計量儀表，要做到五點。

3.2.1 在所安裝儀表前后必須留有足夠長的直管段。

3.2.2 蒸汽計量儀表不能安裝在整套管路最低處。

3.2.3 必須高度重視冷凝器的安裝。兩個冷凝器亦須處于同一水平上，兩個冷凝器的作用是使導壓管中被測蒸汽冷凝并使正、負導壓管中冷凝液面有相等高度及保持長期穩定；為不使冷凝液面波動對測量產生誤差，冷凝器的有效容積應大于所使用的差壓變送器工作空間的最大容積變化的3倍，在水平方向的橫截面積不得小于差壓變送器的工作面積，系統確保密封良好，嚴禁泄漏；要充分考慮維護、拆換、吹掃便利。

3.2.4 導壓管長度最好在16m內，內徑最好選用Φ10-16mm以防堵塞為好。導壓管全程保溫并確保正、負管處于同等溫度以免密度變化引起誤差。

3.2.5 裝測溫元件地方最好在節流件下游側10D以外處，在管道或正壓管上取壓時，如壓力變送器裝在節流裝置下方，必須對壓力變送器的管路液柱值進行修正，以提高計量準確度。

4 結束語

提高蒸汽流量計量準確度，不僅提高了能源計量數據準確性和可靠性，減少計量糾紛，每年可為我廠能源外供、輸送和消耗創下可觀的經濟效益和社會效益，也為企業的生產經營提供技術保障，促進節能降耗，提高了企業競爭力，為節能減排打下了堅實的基礎。

[1]戴昌輝.流體流動測量[J].北京：航空工業出版社，1991.

[2]朱炳興，王森.現場儀表分冊[C].北京：化學工業出版社，2002，5.

[3]紀綱.流量測量儀表應用技巧.北京：化學工業出版社，2003，8.