宽量程蒸汽计量及若干问题的讨论.doc

第页
宽量程蒸汽计量及若干问题的讨论
北京博思达新世纪测控技术有限公司赵海升 王京安
北京100029
[摘要]蒸汽流量计量是供热行业计量工作中的一项主要内容，由于行业的特点，现场运行仪表经常碰到超测量范围、密度计算、仪表选型等问题。本文从介绍现代流量计量技术入手，结合目前供热企业计量管理需求，提出了一套已经获得成功应用的蒸汽流量计量器具配备方案，该方案解决了蒸汽流量宽量程、高精度、能量计量、数据上网等现代供热计量的新要求。
[关键词]蒸汽计量宽量程计量一体化喷嘴流量计算机数据网络
1前言
蒸汽是城镇供热行业中主要的供热介质，所以提高蒸汽的生产、输送及使用效率可以节约大量的能源。准确的计量是提高能源管理水平的关键。由于蒸汽的特殊性，在计量方面存在诸多困难，长期以来一直是城镇供热行业计量工作中的老大难问题，逐步建立一套适合我国城镇供热企业特点，具有科学性，经济性，实用性的蒸汽计量仪表的配备方案，是当前城镇供热计量管理的紧迫课题。目前蒸汽流量测量主要采用的还是标准节流装置这一传统的测量手段，但是常规的孔板流量计在蒸汽测量方面还有很多不足，主要体现在测量范围小、压损大，现场安装、维护复杂、检定周期短等方面。尤其是测量范围小的缺点，在热负荷变化大的情况下计量误差大大增加，使供热企业受到经济损失。目前，通过现代技术手段，可以很好地解决这些问题，下面针对这些问题进行分析，并提出一套合理的蒸汽流量计量器具配备方案。
2供热蒸汽流量计量面临的问题

2.1关于宽量程的问题
我们都知道，虽然引起孔板流量计误差因素很多，诸如直管段条件、安装条件等都可通过设计与施工予以保证。一般仪表的准确度都是用测量范围内相对误差表示。因此当测量值越接近满度值，其准确度越高。但在蒸汽输送过程中，实际的流量范围往往无法准确确定，在热负荷变化大的情况下，使流量计长时间工作在测量范围以外，这样就造成了很大的测量误差。因此在设计蒸汽流量计量系统时，应考虑使用具有宽量程补偿运算功能的计量系统。对节流件流出系数C、可膨胀性系数ε等中间参数的实时计算是解决宽量程的关键。
节流式流量计流量计算公式为：
式（1）
式中：qv——体积流量m3/s
C——流出系数
ε——可膨胀性系数
d——节流件开孔直径，m
D——管道内径，m
β——直径比，(β=d/D)
——被测流体密度，kg/m3
Δp——差压，Pa
其中：按GB/T2624-2006标准孔板流出系数C的计算式为：
式(2)

式中：ReD——雷诺数
流束可膨胀系数的计算式为：
式（3）
式中：：等熵指数
P1P2：分别节流件前后的压力，Pa
传统的节流式流量计是将流出系数C和可膨胀性系数ε视为定值（C和ε由专门的节流装置设计计算软件计算得到），置入现场的流量积算仪。图1是一台孔板流出系数曲线。
0.6264
0.6081
0.6000
0.6101
0.6176
0.5
1
3
5
10
102
103
104
C

流出系数C与雷诺数ReD曲线（D=50mm，β=0.5，法兰取压）

图1
图1曲线表明：当=3×104，C=0.6101；=1×104，C=0.6176；平均值=0.6139，即在3×104～1×104范围内（3：1）其不确定度为0.61%。
当=5×104，C=0.6081；=5×103，C=0.6264；平均值=0.6173，即在5×104～5×103范围内（10：1）其不确定度为1.5%，远不能满足用于贸易结算的一级表对不确定度的要求。同样，可膨胀性系数ε在超测量范围情况下，所引起的测量不确定度更不容忽视，例如，一台角接取压孔板流量计（D=100mm，β=0.5）测量过热蒸汽（压力=4Mpa，温度=400℃），在28×105～2.8×105（介质流速：52～5.2米/秒）范围内，可膨胀系数ε的不确定度为3.0%！因此要实现宽量程，就必须对流出系数C和可膨胀性系数ε进行实时计算。
由式（2）可以看流出系数C的计算很复杂。相关标准给出了计算流出系数C的迭代方法，所以流量积算仪表必须具有高速、高精度的运算功能和比较大的存贮空间，以完成这些复杂的中间参数的补偿运算。
智能化宽量程的差压变送器和补偿功能更为完善的流量计算机的问世，使我们能拥有宽量程的智能化节流式流量计成为可能。归纳起来它应具备三个条件：1.智能化的宽量程差压变送器（差压范围为100：1）。2.差压变送器与流量计算机之间数字通讯（Hart协议）除能满足全量程差压信号传递的准确性，而且能够自动迁移测量范围。3.流量计算机不仅可根据温度、压力等工况参数对工况流量进行修正，还可以实时计算流出系数C、可膨胀性系数ε等。符合上述条件的宽量程智能化差压式流量计，在满足准确度同时，流量测量范围可真正达到10：1(或更宽)，节流式流量计的这一飞跃是多