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淺談如何提高蒸汽流量計量的準確性
發布時間:2022-1-10 08:40:47

摘要:蒸汽流量的計量問題是流量計量的難點。文章通過分析蒸汽流量計量的特點,發現影響蒸汽流量計量的主要問題,并提出提高蒸汽流量計量準確性的建議。
1蒸汽的特點
1.1飽和蒸汽流量計量中的“兩相流”問題"
  在石油化工的生產中,會用到多種壓力等級的蒸汽,就蘭州石化而言,從10MPa到0.6MPa總共有十余種等級的蒸汽,這些蒸汽大多數屬于過熱蒸汽或飽和蒸汽,用干度(指飽和蒸汽中的含水量多少)來衡量過熱蒸汽或飽和蒸汽,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蒸汽密度隨溫度壓力變化
  計量飽和蒸汽或過熱蒸汽常用質量流量,單位為kg/h或th。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,就會造成計量誤差。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,它造成大多數計量儀表難以適應,因而可供蒸汽計量的儀表種類不多。例如西固熱電廠輸送的過熱蒸汽,5.0MPa高達450℃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。
2影響蒸汽流量計量的主要問題
  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比較多,歸結起來主要有以下五個方面。
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。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。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,應采用大量程比的流量計或選擇多個流量計并聯。當然,也不是量程比越大越好,而是在測量精度相當的前提下,保證長期穩定性和可靠性才是最重要的。
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。上下游直管段不足也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。首先是補償精確度的差異,測溫對補償精確度影響較大。如采用相同精度等級的溫度和壓力感應器,測溫誤差引起的密度差異要大于測壓誤差。其次是壓力測量影響因素,在蒸汽壓力的測量中,由于引壓管內冷凝水的重力作用會使壓力變送器測量到的壓力同蒸汽壓力之間出現一定的差值。測壓誤差如果不予以校正,則會影響蒸汽密度的計算,引起流量計量的誤差。對于上述現象,可在二次表(流量計算機內)進行零點遷移。最后是溫度測量影響因素,從流量計現場使用的情況來看,溫度測量誤差除了測溫元件的固有誤差之外,還同安裝的不規范有關。
2.4蒸汽干度的影響
  目前,用于測量蒸汽流量的流量計大部分為體積流量計,先是測得體積流量,然后通過蒸汽的密度計算質量流量,也就是假定蒸汽為完全干燥。但是,蒸汽并非完全干燥,如果不考慮蒸汽干度的影響,得出的數據會低于實際的流量。因此流量計的二次儀表(流量計算機)應該具有設置飽和蒸汽干度的功能。但在實際工況下確定蒸汽的干度也很困難。如果能夠改進蒸汽流量計入口處的蒸汽品質,則能改進蒸汽流量計的測量精度。
2.5差壓傳送誤差
  一是零點漂移。差壓變送器安裝到現場投用后,往往發現零位輸出與校驗時的零位輸出不一致。這種零位輸出偏離稱為靜壓誤差。二是引壓管布置不合理。引壓管線應保證合理的坡度使管內可能出現的氣泡較快地升到母管內,管內出現的雜質等就可以較快地下沉到排污閥。
3如何提高蒸汽計量的準確性國
3.1對蒸汽計量儀表進行正確選型
  選擇蒸汽流量計量儀表,首先要考慮量程問題。有些是冬季用汽量相對大,而夏季用汽量相對較小,用汽量相差過于懸殊,那么蒸汽計量儀表在保證測量準確度的前提下,蒸汽計量儀表的流量范圍就難以適應。因此,要明確最小流量(不是零)及最大流量,在此基礎上選擇符合相關運行參數的計量儀表。
3.2對蒸汽計量儀表進行正確安裝
對于任何計量儀表都必須安裝正確,否則就無法正常工作。正確安裝蒸汽計量儀表,必須做到五點。
①在所要安裝計量儀表的前后必須留有足夠長的直管段。
②蒸汽計量儀表不能安裝在整套管路最低處。
③必須高度重視冷凝器的安裝:兩個冷凝器必須處于同一水平上,冷凝器的作用是使導壓管中被測蒸汽冷凝;并使正、負導壓管中的冷凝液面有相等高度;還必須保持長期穩定;還要充分考慮維護、拆換、吹掃便利。
④導壓管長度最好在16m以內,內徑最好選用中10mm~016mm有防堵塞為好。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。
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蒸汽流量計在企業實際應用中出現的問題我公司
   蒸汽流量計量主要是以差壓式流量計占多數,如:孔板流量計、威力巴流量計、文丘里流量計等。在實際應用中,發現我公司接西固熱電廠“中壓蒸汽量差偏大,通過對供接雙方計量表選型、安裝及儀表內部參數設置等進行查看核實后,發現我方計量監督表在安裝方面存在以下問題:--是引壓管有滲漏現象;二是伴熱管溫度偏高,且距離引壓管太近,所以.造成計量誤差偏大。于是對引壓管滲漏進行了密封處理,并對伴熱管的位置做了合理性的調整。通過2012年幾個月的觀察比對,量差基本控制在允許誤差范圍之內。計量儀表誤差比對圖、表分別見圖1、表1.
 
5對蒸汽計量儀表的維護
  蒸汽計量儀表在長期運行后,無論管道還是節流裝置都會發生變化,如結垢、磨損、腐蝕等;節流件是依靠結構形狀及尺寸保持信號的準確度,任何幾何形狀尺寸的變化都會給測量帶來誤差。而測量誤差的變化并不能從信號中覺察到,因此必須對節流件進行定期檢查;由于儀表長期處在高溫、高壓的水蒸汽環境中,很容易造成表件損壞、銹蝕、雜質阻塞等情況,因此需要經常維護和定期檢修;引壓管線應定期檢查維護,確保無泄漏無堵塞,引壓管的內徑與被測流體的性質和引壓管總長度有關。為了避免正負壓引壓管內介質溫度不一致,導致密度出現差異,引起傳送失真,正負引壓管應盡量靠近布置。當用于室外或嚴寒地區時,引壓管中的液體可能會結冰,因此如有需要伴熱保溫,應避免將伴熱管直接繞在引壓管上,導致介質部分汽化,出現虛假誤差。
  由于我們的企業是連續生產性質的,計量儀表的維護、檢修一般是與大檢修同步進行。在公司大檢修期間,要對孔板差壓式蒸汽流量計進行檢查,特別要檢查孔板開口的圓面是否銹蝕,有沒有附著臟物,要進行清洗,對銹蝕嚴重的孔板要更換。如果幾何尺寸變化不大仍可繼續使用,也應根據實測數據對設計數據進行修正,以保證測量的準確。
6結束語
  蒸汽的計量是一個困擾企業計量人員的難題,雖然經過我們技術人員的不斷努力,找到了一些規律性的東西,也為我們解決蒸汽計量問題找到了一些辦法,但我們還是感覺蒸汽的計量還有許多待解決的難題,我們將在以后的工作實踐中不斷總結,為更好地解決這一問題不懈努力。

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