龐朝輝

摘要：根據(jù)蒸汽在各個領域的使用情況以及對流量測量的需求，對現(xiàn)階段采用的測量流量的方法進行了介紹，常見的包括標準節(jié)流裝置差壓流量計、雙量程節(jié)流式差壓流量計、孔板差壓流量計、渦街流量計四種。對常見用的蒸汽測量溫度與壓力補償方法進行研究，認為行業(yè)標準推薦公式補償法、插值補償法、經(jīng)驗補償法較為常見。并探討了補償方法在不同場景下的選擇。

關鍵詞：蒸汽；流量測量；補償

中圖分類號：TK313文獻標識碼：A

蒸汽在人類生活生產(chǎn)中是重要的二次能源。對蒸汽流量準確測量助于生產(chǎn)的有效控制節(jié)約能源?，F(xiàn)階段對蒸汽流量的測量有多種方法，均需要對蒸汽參數(shù)進行設置，根據(jù)壓差和蒸汽流量所產(chǎn)生的固定計量關系測定其流量值。而在實際運用中，蒸汽的關鍵參數(shù)都處于不斷的變化中，與其設定的值存在偏差，需要對這些偏差進行一定的溫度、壓力修正，實現(xiàn)精準測量。因此對蒸汽參數(shù)波動提出一種合理的補償算法，對現(xiàn)代業(yè)界蒸汽流量的精準測量有著積極的意義。

1 蒸汽流量測量的方法

目前業(yè)界所采用的蒸汽流量測量設備多為推導式。其中，節(jié)流式差壓流量計與渦街流量計為最為常見。

1.1 標準節(jié)流裝置差壓流量計

節(jié)流式差壓流量計原理為： 。其中，q為流量， 為直徑比，D為內徑，d為開孔直徑， 為膨脹系數(shù)，C為流出系數(shù)， 為壓差， 為流體密度。如式，最終的測量值和流體密度緊密相關，而蒸汽的溫度和壓力的波動會直接影響流體密度。在裝置實際運行中，會通過測量溫度t和壓力p，計算其密度，再用公式計算其流量，即為溫度和壓力補償。

1.2 雙量程節(jié)流式差壓流量計

使用標準差壓式流量計，其測量范圍不夠精準，現(xiàn)把節(jié)流式差壓流量計原理公式簡化，可將 近似為 。再對其無量綱處理，能獲得qm=f（Δp）的關系。為更好地表示差壓測量的準確性對流量值準確性的影響，需借助偏微分方法。得： 。其中，Δp的相對值變化時， 也改變。因此可下結論：當我們?yōu)榈玫健?%的測量精度，且采用了7.5%精度等級的差壓變送器，需要在差壓≧3.75%FS，方保其確度。

1.3 孔板差壓流量計

線性孔板環(huán)隙面積能根據(jù)流量大小的變化而自動調節(jié)，因有圓錐塞子隨差壓彈簧來回活動，環(huán)隙面積的大小變化迫使輸出差壓和流量呈正相關，因此可拓寬測試的范圍。當蒸汽經(jīng)過面積為A的孔板時，蒸汽流量q和孔板差壓 具備 的正比關系。在孔板處放一把活塞，設差壓造成的活塞和彈簧在活動中的移動長度為X，可認為 等于 ， 為彈簧彈性系數(shù)?；钊苿?，開孔面積受到擠壓而變化，得出 與 成正比關系，系數(shù)為 。進一步得出 與 亦為正比關系，系數(shù)為 。整理以上關系得出： 。其中 ，為常數(shù)?？梢?，蒸汽的流量和差壓呈正相關關系，根據(jù)差壓信號就能計算出流量值。

1.4 渦街流量計

該流量計基于卡門渦街原理，假定旋渦的發(fā)生頻率和蒸汽速度正比關系： ，f為旋渦發(fā)生頻率，v為流速，d為三角柱寬度，St為斯特勞哈數(shù)。

流體旋渦會對三角柱施加周期性壓力，該壓力產(chǎn)生電信號傳至前段放大，連接頻率計，后者顯示出頻率。

2 蒸汽流量測量溫度與壓力的補償方法

補償方法如下幾種。

2.1 行業(yè)標準推薦公式補償法

水和水蒸氣性質國際委員會（IAPWS）1997年發(fā)布“水和水蒸氣熱力性質工業(yè)公式”，為蒸汽測量參數(shù)的標準。其把水的狀態(tài)分為五個區(qū)域，能基于其自身的特性計算方程式得出水狀態(tài)特性，具體區(qū)域如圖1所示：

圖1 液態(tài)水與氣態(tài)水的區(qū)域參數(shù)分布圖

蒸汽處于圖中的區(qū)域2，參考圖，可知其密度參數(shù)取決于溫度和壓力，關系如式：

（1）

式中， ， ， ， ，R為氣體常數(shù)，這里的系數(shù) 、 、 、 在IAPWS文件中均有說明。對蒸汽流量進行測量時根據(jù)即刻獲得的蒸汽溫與壓力帶入式（1），可準確修正密度值。

2.2插值補償法

假設蒸汽溫度為TS，壓力為PS，密度為ρ，以ρ（TS，PS）為中心，溫度在（0.9-1.1）TS之間波動，壓力在（0.9-1.1）PS之間浮動，用平面幾何仿真，坐標軸橫向為溫度，豎向為壓力，得一正方形區(qū)間，選取M*N 組蒸汽點，根據(jù)圖表查詢等得到蒸汽密度值，建立一組二維數(shù)組，借助二元插值公式，得到蒸汽密度近似值。對于已經(jīng)選取的M*N 個節(jié)點（Ti，Pj），均對應密度值ρij，任選插值點（T，P），其密度ρ如式：

（2）

2.3 經(jīng)驗補償法

在蒸汽流量測定領域中，其具體場景中，蒸汽的物理參數(shù)、流量范圍比較固定，員工可憑經(jīng)驗進行溫度和壓力補償計算，假設壓力的范圍：0.1MPa

（3）

3 補償方法的取舍

如果對流量測量的精準度要求較高，參考式（1）。如蒸汽參數(shù)的浮動可控制在一定范圍，參考式（2）。如欲采用式（3）類的經(jīng)驗公式，需對其參數(shù)范圍能否接受經(jīng)驗公式的限制。

4 結語

目前業(yè)界進行蒸汽流量測量時常用的裝置包括標準節(jié)流裝置差壓流量計、雙量程節(jié)流式差壓流量計、孔板差壓流量計等幾種，無論哪種方法都需要對溫度、壓力進行一定的補償才能提高其測量準確度。

參考文獻：

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