紀(jì) 綱，沈創(chuàng)謙

(1.上海同欣自動(dòng)化儀表有限公司，上海 200070；2.深圳煙草工業(yè)有限責(zé)任公司，廣東 深圳 518109)

0 引言

含氣液體中的氣體以均勻溶解于液體和以氣泡形態(tài)游離于液體兩種形式存在于液體中。其中，后一種形式對(duì)流量測(cè)量的危害極大。

含氣液體的流量測(cè)量，嚴(yán)格地說(shuō)是氣液兩相流的流量測(cè)量問(wèn)題。所謂氣液兩相流就是液體及其蒸氣或組分不同的氣體及液體一起流動(dòng)的現(xiàn)象。前者稱(chēng)為單組分氣液兩相流，后者稱(chēng)為多組分氣液兩相流。氣液兩相流在動(dòng)力、化工、石油、冶金等工業(yè)過(guò)程中是常見(jiàn)的。

兩相流的情況非常復(fù)雜。這首先體現(xiàn)在其流動(dòng)結(jié)構(gòu)上。隨著管道布置方向的不同，流動(dòng)結(jié)構(gòu)大不相同。同樣地，對(duì)于垂直管道，液體自下而上流動(dòng)與自上而下流動(dòng)，它們的流動(dòng)結(jié)構(gòu)大相徑庭。而氣體在液體中的體積比的不同，對(duì)流動(dòng)結(jié)構(gòu)影響也非常大。

有些液體本來(lái)并不存在可見(jiàn)的氣泡，但因工況變化，會(huì)有一定數(shù)量的氣體從液體中析出，有的甚至?xí)谒查g產(chǎn)生大量的蒸氣。因此，人們?cè)谘芯恳后w含氣對(duì)流量測(cè)量影響的同時(shí)，也不能放棄對(duì)液體中析出氣體原因和部分液體瞬間氣化條件的研究。

本文在分析了氣液兩相流流動(dòng)的結(jié)構(gòu)之后，論述了此類(lèi)流體流量測(cè)量的常用方法，并列舉了在儀表使用現(xiàn)場(chǎng)碰到的四個(gè)實(shí)例，在分析了處理方法后得出結(jié)論。

1 氣液兩相流流動(dòng)的結(jié)構(gòu)

含氣液體在圓形管道中的流動(dòng)結(jié)構(gòu)，不僅與流動(dòng)方向密切相關(guān)，還與流動(dòng)速度和含氣率密切相關(guān)。

垂直上升管中的氣液兩相流流動(dòng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 垂直上升管中的氣液兩相流流動(dòng)結(jié)構(gòu)圖

垂直下降管中的氣液兩相流流動(dòng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 垂直下降管中的氣液兩相流流動(dòng)結(jié)構(gòu)圖

水平管中的氣液兩相流流動(dòng)結(jié)構(gòu)如圖3所示[1]。

圖3 水平管中的氣液兩相流流動(dòng)結(jié)構(gòu)圖

圖3中，液體流動(dòng)方向?yàn)閺淖蟮接摇?/p>

在流動(dòng)時(shí)，氣相和液相之間還存在流速差。這增加了測(cè)量的難度。

2 氣液兩相流體的流量測(cè)量方法

有幾種儀表，制造商聲稱(chēng)可用于測(cè)量離散相濃度不高的兩相流體的流量，并且也有一些來(lái)自用戶(hù)的成功應(yīng)用實(shí)例。但現(xiàn)行的流量計(jì)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程規(guī)定，流量計(jì)都是在單相流流動(dòng)狀態(tài)下評(píng)定其測(cè)量性能，尚無(wú)以單相流標(biāo)定的流量計(jì)用于測(cè)量?jī)上嗔鲿r(shí)系統(tǒng)變化的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。

氣液兩相流體的主要流量測(cè)量方法有：先分離后測(cè)量法；消氣器排除液體中所夾帶的氣體法；科里奧利質(zhì)量流量計(jì)(Coriolis mass flowmeter,CMF)測(cè)量法等。

2.1 先分離后測(cè)量法

先分離后測(cè)量法是先由分離設(shè)備將氣液分離，然后分別測(cè)量液相和氣相流量。

基于螺旋管分離器的多相流計(jì)量裝置結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 基于螺旋管分離器的多相流計(jì)量裝置結(jié)構(gòu)圖

基于螺旋管分離器的多相流計(jì)量裝置是為計(jì)量油氣水多相流體而設(shè)計(jì)的[2-3]。其主體是螺旋管復(fù)合氣液分離器。分離器上部為集氣腔，中部為螺旋分離腔，下部為集液腔。

氣液混合物進(jìn)入螺旋管流道內(nèi)產(chǎn)生強(qiáng)烈旋流運(yùn)動(dòng)。通過(guò)離心力使氣體和液體進(jìn)行分離。為了適應(yīng)含氣率和總體流量較小的工況，采用重力分離部分進(jìn)行氣液分離，從而縮小分離器體積、增強(qiáng)分離器適應(yīng)能力、提高氣液分離效果。

集氣腔是空腔，在近氣體出口處設(shè)捕霧網(wǎng)。集液腔也是空腔，在近液體出口處設(shè)防旋渦擋板。螺旋分離腔由腔體和內(nèi)置多圈螺旋管組成。在螺旋管道內(nèi)上側(cè)開(kāi)孔，則分離出的氣體從開(kāi)孔處排出并進(jìn)入集氣腔。在螺旋管道外下側(cè)開(kāi)孔，則分離出的液體從開(kāi)孔處排出并沿腔體壁進(jìn)入集液腔。當(dāng)流體含氣量很少或總體流量較小時(shí)，流體在螺旋管內(nèi)流速較低、離心加速度較小，主要依靠分離器集氣腔和集液腔進(jìn)行分離。

分離器上部的氣體出口管上裝有氣體質(zhì)量流量計(jì)F1IQ。下部的液體出口管上裝有渦輪流量計(jì)F2IQ。經(jīng)計(jì)量的氣體和液體從裝置出口流出。為了將集液腔內(nèi)的液位控制在理想高度，分離器配置了液位調(diào)節(jié)系統(tǒng)。調(diào)節(jié)方法是改變氣體排出量。

國(guó)外廠商生產(chǎn)的氣液兩相流流量計(jì)更加復(fù)雜[4]，而且價(jià)格較貴。為了簡(jiǎn)化控制流程和降低成本，研究者根據(jù)兩相流的具體情況研發(fā)了簡(jiǎn)單而實(shí)用的方法。但是這些方法只適用于一些特定的對(duì)象和工作條件。

2.2 消氣器排除液體中所夾帶的氣體法

原油大多采用容積式流量計(jì)計(jì)量。而原油在管道中長(zhǎng)距離輸送時(shí)，經(jīng)常會(huì)析出一些氣體。如果不將這些氣體排除，在流過(guò)流量計(jì)時(shí)，這些氣體勢(shì)必被當(dāng)作原油予以計(jì)量，致使計(jì)量結(jié)果偏高。更有甚者，原油管道在初次投入使用前都要用氣體吹掃管道，在流量計(jì)拆下維修校驗(yàn)的操作中，也會(huì)有很多空氣進(jìn)入管道，因此需要排除這些氣體。這一任務(wù)通常交給消氣器完成。在采用容積式流量計(jì)組成的流量測(cè)量系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，消氣器和過(guò)濾器是必須配置的輔助設(shè)備。具有自動(dòng)排氣功能的消氣器由氣液分離器、液位指示器以及排氣閥等部分組成。

具有自動(dòng)排氣功能的消氣器結(jié)構(gòu)如圖5所示。由圖5可知，含氣液體進(jìn)入消氣器，沖擊中間筒底的斜板產(chǎn)生渦流。由于渦流效應(yīng)，小氣泡聚集成大氣泡。氣泡的浮力使大氣泡上升到消氣器的頂部空間，迫使容器中液面下降，以致浮球所受的浮力減小。浮球下行，通過(guò)連桿機(jī)構(gòu)將排氣閥打開(kāi)。隨著氣體的排出，液面上升，經(jīng)浮球?qū)⑴艢忾y重新關(guān)閉，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)排氣[5]。消氣器的應(yīng)用應(yīng)根據(jù)液體的種類(lèi)、含氣量的多少合理選定。當(dāng)氣量很少，只需少量排氣時(shí)，可用手動(dòng)排氣閥代替浮球排氣閥。這時(shí)，消氣器應(yīng)配有液位計(jì)，以便合理決定排氣閥的打開(kāi)和關(guān)閉時(shí)間。如果氣量更小，甚至可以采用氣體收集器代替消氣器。

2.3 CMF測(cè)量法

CMF以流過(guò)測(cè)量管的流體質(zhì)量所產(chǎn)生的科里奧利力為原始信號(hào)。質(zhì)量流量qm等于體積流量qv和流體密度ρf的乘積。當(dāng)流體中含有氣泡時(shí)，密度減小。所以，利用工況條件下的液體密度ρLf，并根據(jù)氣體(泡)的種類(lèi)和工況條件，可以計(jì)算工況條件下的氣體密度ρgf，從而得到流體中氣液兩相流的體積比和質(zhì)量比。

這一測(cè)量方法簡(jiǎn)單、直觀，但含氣率不允許太高。對(duì)于不同品牌的產(chǎn)品，含氣率指標(biāo)的差異也很大。早期產(chǎn)品含氣率一般只允許2% V/V，較先進(jìn)的產(chǎn)品允許30% V/V[6]。但這些較先進(jìn)的產(chǎn)品價(jià)格昂貴，只在測(cè)量精確度要求極高而其他類(lèi)型的流量計(jì)無(wú)法勝任的情況下才會(huì)選用。

3 含氣液體流量測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)處理實(shí)例

以下列舉幾個(gè)實(shí)例，分析液體中氣體的形成以及將氣體排除的方法。

3.1 自來(lái)水分表比總表流量示值高

①存在問(wèn)題。

用科隆電磁流量計(jì)測(cè)量自來(lái)水流量，一年里大多數(shù)時(shí)間很準(zhǔn)，但高溫時(shí)間段的分表比總表走得快。

上海某大廈裙房五樓和三樓各裝有電磁流量計(jì)一套，而四樓未裝表。

差值法計(jì)算耗水量的計(jì)算式為：

Q4=Q5-Q3

(1)

式中：Q4為四樓用戶(hù)耗水總量，m3；Q5為五樓總表耗水總量，m3；Q3為三樓用戶(hù)耗水總量，m3。

自來(lái)水計(jì)量系統(tǒng)控制流程如圖6所示[7]。

圖6 自來(lái)水計(jì)量系統(tǒng)控制流程圖

根據(jù)計(jì)算機(jī)計(jì)量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)：前幾年耗水總量統(tǒng)計(jì)結(jié)果正常；在2010年夏季，上海出現(xiàn)數(shù)天38 ℃以上的高溫天氣時(shí)，Q4出現(xiàn)負(fù)值。其原因是Q3>Q5。而這個(gè)結(jié)論是錯(cuò)誤的。

②三樓電磁流量計(jì)示值偏高原因分析。

有關(guān)人員察看了現(xiàn)場(chǎng)，發(fā)現(xiàn)設(shè)在五樓的水箱無(wú)太陽(yáng)的直接照射，由自來(lái)水管網(wǎng)補(bǔ)水，水溫較低。因?yàn)樗涫浅谌萜鳎运腥芙獾目諝鈶?yīng)已達(dá)飽和程度。沿途自來(lái)水管從大氣中吸收熱量，水溫有所升高，尤其是在三樓處，有一段約20 m長(zhǎng)的水管敷設(shè)在室外，致使溫度上升得更高。自來(lái)水流過(guò)此處進(jìn)入三樓流量計(jì)處有氣體從水中析出，聚集在水平管道的上部。這段管道到了三樓就再也沒(méi)有上行的機(jī)會(huì)，所以水平管內(nèi)積存的氣體排不出去。

安裝在三樓水平管上的電磁流量計(jì)測(cè)量管內(nèi)也難免有氣體，占據(jù)一定的流通截面積，從而使流量示值偏高。

③整改方法。

在三樓水平管的合適位置，增設(shè)氣體收集器和排氣閥，定期排放管內(nèi)積氣。秋、冬、春三個(gè)季節(jié)，管內(nèi)不會(huì)積氣，一般不需排氣。整改之后效果良好。

3.2 流量示值逐漸降到零

①存在問(wèn)題。

上海某化工廠的一根DN400循環(huán)水管道安裝了一套阿牛巴流量計(jì)。由于工藝管道標(biāo)高較低，檢測(cè)桿從水平管道的上方插入。儀表投運(yùn)后，流量示值正常。但隨著時(shí)間的推移，流量示值逐漸降低，三天后的流量示值降到0。排盡正負(fù)壓端氣體收集器內(nèi)積氣后，儀表示值恢復(fù)正常，但數(shù)天后又出現(xiàn)同樣的問(wèn)題。

②分析與改進(jìn)。

此臺(tái)阿牛巴流量計(jì)的安裝存在問(wèn)題。采用阿牛巴流量計(jì)測(cè)量水流量時(shí)，阿牛巴檢測(cè)桿應(yīng)從工藝管道的水平直徑以下插入，這樣就可以形成一段液封，從而使水中析出的氣體無(wú)法鉆入導(dǎo)壓管內(nèi)。

正確安裝方法如圖7所示。

圖7 正確安裝方法示意圖

現(xiàn)場(chǎng)的錯(cuò)誤安裝方法使水中析出的氣體進(jìn)入導(dǎo)壓管內(nèi)，并很快將導(dǎo)壓管的正端裝滿(mǎn)，影響差壓信號(hào)的準(zhǔn)確傳遞。

錯(cuò)誤安裝方法如圖8所示。

圖8 錯(cuò)誤安裝方法示意圖

正壓管氣體收集器內(nèi)空氣容易積滿(mǎn)的原因在于正壓管與阿牛巴檢測(cè)桿的迎流面開(kāi)孔相通。水在流過(guò)檢測(cè)桿時(shí)，會(huì)撞擊在檢測(cè)桿上。水中析出的氣體從迎流面開(kāi)孔鉆入導(dǎo)壓管，并且會(huì)因其密度小而上升到氣體收集器內(nèi)。

③水中氣體的來(lái)源。

水中總是溶解有空氣。循環(huán)水在用泵被送往用戶(hù)之前，一般會(huì)經(jīng)冷卻塔冷卻，并在曝氣池內(nèi)存放，與空氣充分接觸，所以水中溶解的空氣達(dá)到飽和程度。溶解在水中的空氣因輸送過(guò)程中水溫升高或其他原因從水中析出，進(jìn)入導(dǎo)壓管，從而影響流量測(cè)量。

④氣體在液體中的溶解度。

氣體在液體中的溶解度不僅與氣體和液體的種類(lèi)有關(guān)，還與液體的溫度及壓力有關(guān)。例如在絕對(duì)壓力為1×105Pa的冷水中，空氣的溶解度約為2%(體積比，下同)。溫度升高后，溶解度減少[8-9]。

空氣在液體中的溶解度與壓力成正比。如冷水中，當(dāng)絕對(duì)壓力為1×105Pa時(shí)約溶解2%空氣(在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下)，絕對(duì)壓力為2×105Pa則溶解4%。碳?xì)浠衔镏械目諝馊芙舛纫蟮枚?，如絕對(duì)壓力為1×105Pa時(shí)，潤(rùn)滑油中約溶解8%空氣、在煤油中為12%、在汽油中為16%，并且這個(gè)數(shù)值在溫度升高時(shí)不會(huì)減少很多。當(dāng)壓力突然降至大氣壓時(shí)，溶解的空氣要釋放出來(lái)形成氣泡。這會(huì)顯著地影響測(cè)量精確度。這個(gè)問(wèn)題在油品計(jì)量中較為嚴(yán)重，必須設(shè)法解決以減少測(cè)量誤差。

生活中也不乏溶解在液體中的氣體被釋放出來(lái)的例子。啤酒從冰箱里取出，往往看不出液體內(nèi)溶解有氣體。但啤酒瓶在餐桌上放置一段時(shí)間后，就可發(fā)現(xiàn)玻璃瓶?jī)?nèi)壁附著有很多氣泡。這些氣泡是因液體溫度升高而被釋放出來(lái)的。將瓶蓋打開(kāi)時(shí)有大量泡沫涌出，是因?yàn)閴毫ν蝗唤档?，溶解在液體中的氣體被均勻釋放，夾帶著液體一起溢出所致。二氧化碳?xì)怏w在啤酒中的溶解度要比在空氣中的溶解度大若干倍，所以啤酒瓶中溢出的泡沫數(shù)量較多。

⑤整改效果。

因?yàn)槟腹軜?biāo)高太低，流量傳感器按圖8的錯(cuò)誤方法安裝也是不得已而為之。整改方案是在傳感器安裝地點(diǎn)的地坪上挖一個(gè)大坑，并按圖7的正確方式進(jìn)行改裝。整改后，測(cè)量正常，氣體收集器內(nèi)再也沒(méi)有很多氣體進(jìn)入，確保了流量計(jì)的長(zhǎng)期、穩(wěn)定運(yùn)行。

3.3 批量控制在冬季偏高3%

①存在問(wèn)題。

某工程塑料造粒廠共有四條聚氯乙烯(polyvingl chloride,PVC)塑料造粒流水線(xiàn)。該流水線(xiàn)的流程為:首先，將二丁酯增塑劑定量加入反應(yīng)釜并預(yù)熱；接著，將PVC粉料定量倒入反應(yīng)釜；然后，加熱攪拌，待形成均勻熔融狀態(tài)后輸送到造粒機(jī)；最后，完成造粒。

上述流程中與儀表有關(guān)的部分是增塑劑流量批量控制。增塑劑批量加料系統(tǒng)控制流程如圖9所示。

圖9 增塑劑批量加料系統(tǒng)控制流程圖

在圖9中，儲(chǔ)存在室外高位槽中的增塑劑經(jīng)管道送往反應(yīng)釜，并用流量批量控制器實(shí)現(xiàn)批量加料。

根據(jù)工藝規(guī)程規(guī)定，增塑劑與粉料必須保持規(guī)定的配比，而加入的粉料量是按包數(shù)計(jì)重的，很容易控制。所以操作人員每天都抽查增塑劑的控制精度。抽查方法是關(guān)閉切斷閥，打開(kāi)校驗(yàn)閥，將液體排入敞口容器并稱(chēng)重。操作人員發(fā)現(xiàn)，在春、夏、秋三季，四條流水線(xiàn)控制得都很準(zhǔn)；但在冬季，會(huì)缺量3%左右，且四條流水線(xiàn)都是如此。因此，業(yè)主單位懷疑流量計(jì)在冬季示值偏高。

②診斷與分析。

現(xiàn)場(chǎng)診斷發(fā)現(xiàn)，增塑劑流出高位槽后，經(jīng)DN25的管道在室內(nèi)流動(dòng)了幾十米才到達(dá)流量計(jì)。管道和儀表的安裝無(wú)不合理之處。智能化儀表的數(shù)據(jù)設(shè)置也無(wú)不妥之處。但在觀察實(shí)際發(fā)料過(guò)程時(shí)，批量控制器上的模擬顯示每過(guò)幾秒鐘低落一次。顯然，瞬時(shí)流量曲線(xiàn)每過(guò)幾秒就出現(xiàn)一個(gè)向下的缺口。因此懷疑流體中存在氣泡。氣泡夾雜在液體中從上游流向下游。當(dāng)氣泡流過(guò)流量計(jì)時(shí)，由于氣泡密度比液體密度小很多倍，于是推力陡降，導(dǎo)致瞬時(shí)流量短時(shí)降低，從而出現(xiàn)了向下的缺口。

瞬時(shí)流量曲線(xiàn)如圖10所示。

圖10 瞬時(shí)流量曲線(xiàn)

進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，室內(nèi)空調(diào)開(kāi)放，環(huán)境溫度較高，而高位槽放置在室外，環(huán)境溫度只有幾攝氏度。室內(nèi)外存在很大的溫差。儲(chǔ)存在高位槽中的增塑劑與低溫的大氣長(zhǎng)時(shí)間接觸，將相當(dāng)數(shù)量的空氣溶解在液體中。其中一部分液體沿著管道流向反應(yīng)釜，一邊流動(dòng)一邊從管壁吸收熱量。這會(huì)造成溫度升高，使空氣在液體中的溶解度相應(yīng)減小，從而析出空氣形成氣泡。

在炎熱的夏季，室外溫度比室內(nèi)溫度高。液體在管道內(nèi)流動(dòng)時(shí)，溫度只會(huì)降低。因此，液體中能夠溶解較多的空氣，在流量計(jì)處不會(huì)有氣泡出現(xiàn)。

③處理方法與結(jié)果。

根據(jù)圖9，從原理分析，液體從高位槽流向反應(yīng)釜，只要室內(nèi)溫度比室外溫度高，管內(nèi)液體就有析出空氣的可能性。而環(huán)境溫度每時(shí)每刻都在變化。因此，穩(wěn)妥的辦法是在流量計(jì)前的管道上安裝一個(gè)氣體收集器。無(wú)論什么時(shí)間，只要有空氣析出，就悉數(shù)將其捕捉收集，再定時(shí)排放到大氣中。

實(shí)踐證明，這個(gè)方法是有效的。所以幾條流水線(xiàn)流量計(jì)前面的管道上都加裝了氣體收集器，解決了問(wèn)題。

除了此方法之外，對(duì)于此類(lèi)測(cè)量對(duì)象，有時(shí)也可根據(jù)液體中的含氣率與其溫度壓力的關(guān)系，合理選擇流量計(jì)在流程中的安裝位置。這也能收到很好的效果。例如在本例中，如果在高位槽的出口緊接著安裝流量計(jì)，就不存在液體含氣問(wèn)題，當(dāng)然也不用為液體含氣影響測(cè)量而擔(dān)憂(yōu)。合成氨廠的氨分離器以及化工廠的氨儲(chǔ)罐出口流量的測(cè)量中，借鑒這一方法，往往能得到很好的效果。

3.4 電磁流量計(jì)總是指示滿(mǎn)度

(1)工藝流程。

廣東某卷煙廠在開(kāi)展的節(jié)能活動(dòng)中，有一個(gè)項(xiàng)目是將安裝在地面上的板式換熱器出口的凝結(jié)水，利用斯派莎克公司的疏水器背壓，送到設(shè)在鍋爐房二樓的回收熱水槽。為了對(duì)回收熱量進(jìn)行核算，在回收管上安裝了流量計(jì)凝結(jié)水回收系統(tǒng)。

凝結(jié)水回收系統(tǒng)控制流程如圖11所示。

圖11 凝結(jié)水回收系統(tǒng)控制流程圖

為了不使疏水器背壓升得太高，疏水器到回收熱水槽之間的管道，直徑放大到DN150。為了減小阻力，回收水流量選用科隆公司電磁流量計(jì)。但此流量計(jì)投運(yùn)后示值超過(guò)滿(mǎn)度，并且在將其測(cè)量上限放大3倍后流量示值仍超滿(mǎn)度。對(duì)于DN80的電磁流量計(jì)，此時(shí)量程上限為180 t/h，而廣東某卷煙廠三臺(tái)燃油鍋爐總的蒸發(fā)量才30 t/h。顯然，電磁流量計(jì)指示的流量值不正確，另有其他問(wèn)題。

(2)分析與診斷。

①設(shè)計(jì)方案是合理的。

廣東某卷煙廠利用疏水器背壓輸送凝結(jié)水的方法是合理的。如果采用凝結(jié)水泵輸送，除了增加泵、凝結(jié)水緩沖槽的投資外，還要考慮緩沖槽的水位控制。而采用凝結(jié)水背壓輸送的方式既節(jié)省了投資，又簡(jiǎn)化了操作和管理，適合短距離輸送。

②采用電磁流量計(jì)測(cè)量凝結(jié)水流量是合理的。

在圖11中，將旁通閥關(guān)閉，電磁流量計(jì)開(kāi)始工作，且不增加系統(tǒng)阻力。

③電磁流量計(jì)指示滿(mǎn)度原因分析。

首先，進(jìn)行校零試驗(yàn)?，F(xiàn)場(chǎng)人員作電磁流量計(jì)校零試驗(yàn)的結(jié)果為：打開(kāi)旁通閥并關(guān)閉流量計(jì)的上游切斷閥，或者僅僅打開(kāi)旁通閥，流量計(jì)示值均回零。顯然，流量計(jì)工作正常。

其次，這個(gè)問(wèn)題可能是蒸汽進(jìn)入流量計(jì)而造成的。凝結(jié)水在從疏水器內(nèi)排出之前，因壓力較高，汽液相平衡溫度也較高。例如壓力為0.6 MPa G時(shí)，溫度約為164 ℃。

凝結(jié)水從疏水器排出之后，由于突然減壓，部分凝結(jié)水因閃蒸變成蒸汽，溫度也隨之下降。例如疏水器出口處壓力為0.1 MPa G時(shí)，溫度降到121 ℃。

凝結(jié)水在管內(nèi)上行時(shí)，隨著靜壓的逐漸降低，不斷有一定量的凝結(jié)水被蒸發(fā)，因此蒸汽逐漸增多。這些蒸汽在旁通閥關(guān)閉之前，在DN150水平管的上部流向回收熱水槽。凝結(jié)水則貼在管道底部流向回收熱水槽。而當(dāng)旁通閥被關(guān)閉后，蒸汽只能與水一起經(jīng)電磁流量計(jì)流向熱水槽。

水和蒸汽的混合物流過(guò)電磁流量計(jì)時(shí)，電磁流量計(jì)的電極難免要被混合物中的蒸汽覆蓋。由于蒸汽導(dǎo)電性很差，就使得兩電極之間呈高阻狀態(tài)。因?yàn)閮呻姌O之間的電阻就是電磁流量傳感器的信號(hào)源內(nèi)阻，所以?xún)?nèi)阻受外界干擾增大后，使流量計(jì)輸出指示滿(mǎn)度[10]。

綜上分析，電磁流量計(jì)指示滿(mǎn)度是因蒸汽進(jìn)入電磁流量計(jì)測(cè)量管而導(dǎo)致的。而蒸汽之所以進(jìn)入測(cè)量管，是因?yàn)檎羝械耐ǖ辣蛔钄?，在無(wú)路可走的情況下只得與凝結(jié)水一起經(jīng)流量計(jì)測(cè)量管流向回收熱水槽。所以，必須給蒸汽另外提供一條通道。

改進(jìn)后的系統(tǒng)控制流程如圖12所示。

圖12 改進(jìn)后的系統(tǒng)控制流程圖

在圖12中，系統(tǒng)增設(shè)了一根DN50的蒸汽管，從DN150的水平管道頂部通向回收熱水槽。

在正常情況下，DN150的水平管段并不充滿(mǎn)凝結(jié)水。但為了防止流量較大時(shí)，由于電磁流量計(jì)及相關(guān)的DN80管的阻力引起旁通閥前壓力有些許升高，以致凝結(jié)水從DN50蒸汽管流向回收熱水槽，DN50蒸汽管設(shè)置了2 m高的龍門(mén)架。

管道經(jīng)改裝后，電磁流量計(jì)指示正常。

4 結(jié)論

在過(guò)程控制和能源計(jì)量中，含氣液體的流量測(cè)量并不少見(jiàn)，液體中一旦含有氣體(泡)，便會(huì)造成流量測(cè)量困難。

本文從流體的流動(dòng)結(jié)構(gòu)出發(fā)，研究了液體含氣后對(duì)流量測(cè)量的影響，以及針對(duì)不同情況所需的不同解決方法。

含氣液體的流量測(cè)量，嚴(yán)格地說(shuō)屬于氣液兩相流的流量測(cè)量問(wèn)題。但是根據(jù)所含氣體的種類(lèi)和含氣量的多少，可采用簡(jiǎn)單的方法予以解決。

含氣液體的流量測(cè)量，簡(jiǎn)單而常用的方法是先作氣液分離，再分別測(cè)量氣相流量和液相流量。所含氣體為空氣時(shí)，往往是由消氣器將氣體分出并排放。

當(dāng)含氣量不多時(shí)，往往是由氣體收集器捕捉氣體，再定時(shí)排放掉。

氣體在液體中的溶解度不僅與氣體和液體的種類(lèi)有關(guān)，還與液體的溫度壓力參數(shù)有關(guān)。壓力越高、溫度越低，則溶解度越大；反之，則溶解度越小。在作診斷分析時(shí)，應(yīng)對(duì)流體種類(lèi)和溫度壓力變化作細(xì)致的調(diào)查，并仔細(xì)分析，以求用經(jīng)濟(jì)而有效的方法解決問(wèn)題。

從本文中的幾個(gè)實(shí)例可以得到啟示，即：要解決含氣液體流量的準(zhǔn)確測(cè)量問(wèn)題，必須深入實(shí)際作充分的調(diào)查研究，以求對(duì)被測(cè)液體物性和可能含有的氣體的物性有足夠的認(rèn)識(shí)；對(duì)管網(wǎng)的布置和所用流量計(jì)的特性有足夠的認(rèn)識(shí)，然后作綜合分析，判斷液體中是否含氣以及液體含氣率，最后找出解決問(wèn)題的簡(jiǎn)單而易行的方法。

在含氣液體的流量測(cè)量中，CMF具有顯著的優(yōu)點(diǎn)。但CMF應(yīng)用場(chǎng)景的含氣率不能太高，而且價(jià)格昂貴，所以還有待進(jìn)一步改進(jìn)。