水蒸汽流量计

1简介

蒸汽主要用孔板、涡街流量计等来测量，其中以涡街流量计更为常见，其主要用于工业管道介质流体的流量测量，如气体、液体、蒸气等多种介质。其特点是压力损失小，量程范围大，精度高，在测量工况体积流量时几乎不受流体密度、压力、温度、粘度等参数的影响。无可动机械零件，因此可靠性高，维护量小。仪表参数能长期稳定。涡街流量计采用压电应力式传感器,可靠性高，可在-20℃～+250℃的工作温度范围内工作。有模拟标准信号,也有数字脉冲信号输出，容易与计算机等数字系统配套使用，是一种比较先进、理想的测量仪器。

2原理

涡街流量计是根据卡门（Karman）涡街原理测量气体、蒸汽或液体的体积流量、标况的体积流量或质量流量的体积流量计。并可作为流量变送器应用于自动化控制系统中。

该仪表采用先进的差动技术，配合隔离、屏蔽、滤波等措施，克服了同类产品抗震性差、小信号数据紊乱等问题，并采用了独特的传感器封装技术和防护措施，保证了产品的可靠性。产品有基本型和复合型两种型式，基本型测量单一流量信号；复合型可同时实现温度、压力、流量的测量。每种型式都有整体、分体结构，以适应不同的安装环境。

涡街流量计的测量原理饱和蒸汽流量测量在80年代人们普遍采用标准孔板流量计，但从流量仪表发展状况来看，孔板流量计尽管其历史悠久、应用范围广；人们对它的研究也最充分，试验数据最完善，但用标准孔板流量计来测量饱和蒸汽流量，它仍存在一些不足之处：其一，压力损失较大；其二，导压管、三组间及连接接头容易泄漏；其三，量程范围小，一般为3比1，对流量波动较大易造成测量值偏低。而涡街流量计具有结构简单，涡街变送器直接安装于管道上，克服了管路泄漏现象。另外，涡街流量计的压力损失较小，量程范围宽，对饱和蒸汽测量量程比可达30比1。因此，随着涡街流量计测量技术的成熟，涡街流量计的使用越来越受到人们的青睐。

涡街流量计是应用流体振荡原理来测量流量的，流体在管道中经过涡街流量变送器时，在三角柱的旋涡发生体后上下交替产生正比于流速的两列旋涡，旋涡的释放频率与流过旋涡发生体的流体平均速度及旋涡发生体特征宽度有关，可用下式表示：

f=Stv/d

式中:f为旋涡的释放频率，Hz；v为流过旋涡发生体的流体平均速度，m/s；d为旋涡发生体特征宽度，m；St为斯特罗哈数，无量纲，它的数值范围为0.14－0.27。

St是雷诺数的函数，St=f（l/Re）。

当雷诺数Re在102~105范围内，St值约为0.2，因此，在测量中，要尽量满足流体的雷诺数在102~105，旋涡频率f=0.2v/d。

由此可知，通过测量旋涡频率就可以计算出流过旋涡发生体的流体平均速度v，再由式q=vA可以求出流量q，其中A为流体流过旋涡发生体的截面积。应用场合　发电及热电联产、供热行业；航空、航天、造船、核能及兵器行业；机械、冶金、煤矿及汽车制造行业；石油、化工行业；医药、食品及烟洒制造行业；森工、农垦及轻工行业等。

3分类

（1） 电学原理：用于此类原理的仪表有电磁式、差动电容式、电感式、应变电阻式等。
　　（2） 声学原理：利用声学原理进行流量测量的有超声波式．声学式（冲击波式）等。
　　（3） 热学原理：利用热学原理测量流量的有热量式、直接量热式、间接量热式等。
　　（4） 光学原理：激光式、光电式等是属于此类原理的仪表。
　　（5） 原于物理原理：核磁共振式、核辐射式等是属于此类原理的仪表．
　　（6） 其它原理：有标记原理（示踪原理、核磁共振原理）、相关原理等。

4主要特点

1、表体中同时集成温压补偿补偿功能，可测量流体的标准体积流量或标准质量流量。

2、 全智能化、数字化电路设计，可自动补偿被测流体密度或标况体积计算。

3、 全新的数字滤波和修正功能使流量测量更加精准可靠。

4、 电池供电型无需外接电源既可连续工作两年以上。

5、 全新点阵汉字液晶显示，使用操作更方便。

5特性

1. 高可靠性
   　　流量传感器使用集成生产的传感部件和控制电路，传感部分无机械运动，驱动部分选用高品质的继电器，因而使可靠性大大提高。
   　　2. 极宽的流量范围
   　　流量传感器只对流体的流速敏感，因而可以通过配接不同的管道直径，来监控不同大小的流量，监控流量的大小几乎没有限制。
   　　3.全直通的流动管道
   　　流量传感器全直通的特性在很多应用场合具有重要意义，在石油、化工、重工、轻工、生物工程医药等诸多行业的生产中，流动的流动受到流量开关的阻碍，因而可能导致流体堵塞管道等生产事故发生。流量开关能在不影响流量的条件下实施在线监控而避免生产事故的发生。
   　　4.简明直观的指示
   　　流量传感器具有电源指示和流量状态指示。可以直观的显示当前管道中流量的状态。
   　　5. 适用多种流体介质
   　　流量传感器中，同一型号的流量开关即可适用于气体，也可用于液体，如水、油等。只要调节流量开关中的旋钮，即可对气体、液体等流量进行监控。
   　　6. 无压力损失
   　　流量传感器特殊方法集成制造使探头可做到很小的尺寸，因而对流体几乎没有压力损失，在很多场合下，直接取代压力开关将使系统具有更好的可靠性和更广的适用范围。

6测量的特点

我们向热用户送出的蒸汽都是过热蒸汽，但是在经过长距离输送后，随着工况（一般指温度和压力）的变化，过热蒸汽会因为热量损失温度降低而使其从过热状态进入饱和或过饱和状态（压力0.58MPa温度164℃为过热蒸汽，东岳压力0.6MP温度245℃，而绿美食品压力0.58MP温度162℃），也就是说远端热用户接收到的蒸汽有可能变成饱和蒸汽。我们通常用干度X（指饱和蒸汽中的含水量多少）来衡量饱和蒸汽的质量好坏，最好的是干饱和蒸汽，一般称为过热饱和蒸汽，简称过热蒸汽，其含水量可忽略不计（X=1）；干度差的称湿饱和蒸汽，含水量最多可达30%，这就存在着饱和蒸汽的“两相流”问题。

7进展情况

1.国内外天然气计量状况简要回顾 天然气作为一种优质能源和化工原料其计量越来越被人们重视。欧美等工业化水平较高的发达国家，对天然气计量技术的研究起步较早，投人的资金及科技力量较大，尤其是对贸易天然气的计量十分重视。从流量计选型上，欧洲主要使用涡轮、腰轮流量计，如在荷兰涡轮、腰轮流量计的使用约占80%，在加拿大涡轮流量计的使用约占90%，而美国则以使用蒸汽为主，约占80%。从整体上来看，在流量计使用上，70年代形成了蒸汽使用高潮，80年代形成了涡轮流量计使用的高潮，90年代中后期则掀起了超声流量计热潮。

2.蒸汽流量计近几年，我国天然气计量技术新进展 我国大量使用的蒸汽节流装置及其二次仪表双波纹管差压计的计量技术，由于其固有的缺陷，如蒸汽在使用过程中的不断磨损、腐蚀；现场阻力件组合形式远不止标准规定的7种情况；现场旋涡流、脉动流影响因素复杂；对于气量波动大、变化频率高的状况适应性差；导压管易引起信号滞后等，不能保证其计量准确度，这给流量工作者带来了新的研究课题。

8选型规格

9产品选型

正确的选用涡街流量计是保证用好涡街流量计的前提条件，需要考虑重要因素：通经（DN）、安装方式、介质温度、输出信号、介质种类。

10流量范围

11注意事项

在计量液体时，务必使流量计传感器始终完全充满介质，无夹带气体。

在仪表上下游提供足够的直管段并确保非弯曲的对称外形。尽可能在仪表下游安装阀门。

竖直安装通常是优先选择的，向上游动的流体能确保仪表总是满管，且介质中的固态成分能够均匀分布。

如有可能产生气泡，应提供气体分离器。

在易于振动的长管路中进行安装时，应在流量计的上下游安装消除器。

对于蒸汽应用，仪表安装应避免安装在U形弯底部，避免因吸收冷凝而在开车时导致的水锤现象，水锤的强度导致传感机构过分受力，致使传感器永久损坏。

12特别注意

传感器安装点的上游较近处若装有阀门，不断地开关阀门，对传感器的使用寿命影响极大，非常容易对传感器造成永久性损坏、

传感器尽量避免在架空的非常长的管道上安装，这样时间一长后，由于传感器的下垂非常容易造成传感器与法兰间的密封泄露，若不得已要安装时，必须在传感器的上下游2D处分别设置管道紧固装置。

蒸汽流量计入口与出口直管段部分:

为了确保完整的功能，入口处的流型应不受干扰。上游直管段部分的长度应为流量计口径（D）的大约15倍，下游直管段部分的长度应为流量计口径（D）的大约5倍。以确保仪表在变化的过程条件下符合其精度指标（如图3）

注：如您的应用不能提供足够的上游直管段，我们将在最短10D上游直管段的条件下，向您提供修正方案以使仪表满足您的精度要求。

3．当需要将实测压力和温度信号用于补偿质量流量或标准流量时，请在气体流量计下游安装压力和温度变送器。

4.高温度介质的安装

蒸汽流量计安装对直管段的要求：正确地选择安装点和正确安装流量计都是非常重要的环节，若安装环节失误轻者影响测量精度，重者会影响流量计的使用寿命，甚至会损坏流量计。它的详细要求如下：

如果安装点上的上游有渐缩管，上游应有不小于15D（D为管道直径）的等径直管段，下游应有不小于5D的等径直管段。

如果安装点上的上游有渐扩管，上游应有不小于18D（D为管道直径）的等径直管段，下游应有不小于5D的等径直管段

如果安装点上游有90°弯头或下行接头，上游应有不小于20D的等径直管段，下游应有不小于5D的等径直管段。

如果安装点上游在同一平面上有90°弯头，流量调节阀或压力调节阀尽量安装在蒸汽流量计下游5D以远处，若必须安装在流量计的上游， 蒸汽流量计上游若有活塞式或柱塞式泵，活塞式或罗茨式风机、压缩机，上游应有不小于25D的等径直管段，下游应有不小于5D的等径直管。

特别注意：蒸汽流量计安装点的上游较近处若装有阀门，不断地开关阀门，对流量计的使用寿命影响极大，非常容易对流量计造成永久性损坏。尽量避免在架空的非常长的管道上安装，这样时间一长后，由于流量计的下垂非常容易造成流量计于法兰的密封泄露，若不得已安装时，必须在流量计的上下游2D处分别设置管道紧固装置。

13应用领域

一，工业生产过程　
　　流量仪表是过程自动化仪表与装置中的大类仪表之一，它被广泛适用于冶金、电力、煤炭、化工、石油、交通、建筑、轻纺、食品、医药、农业、环境保护及人民日常生活等国民经济各个领域，是发展工农业生产，节约能源，改进产品质量，提高经济效益和管理水平的重要工具在国民经济中占有重要的地位。在过程自动化仪表与装置中，流量仪表有两大功用：作为过程自动化控制系统的检测仪表和测量物料数量的总量表。　
　　二，能源计量　
　　能源分为一次能源（煤炭、原油、煤层气、石油气和天然气）、二次能源（电力、焦炭、人工燃气、成品油、液化石油气、蒸汽）及载能工质（压缩空气、氧、氮、氢、水）等。能源计量是科学管理能源，实现节能降耗，提高经济效益的重要手段。流量仪表是能源计量仪表的重要组成部分，水、人工燃气、天然气、蒸汽和油品这些常用的能源都使用着数量极其庞大的流量计，它们是能源管理和经济核算不可缺少的工具。　
　　三，环境保护工程　
　　烟气，废液、污水等的排放严重污染大气和水资源，严重威胁人类生存环境。国家把可持续发展列为国策，环境保护将是21世纪的最大课题。空气和水的污染要得到控制，必须加强管理，而管理的基础是污染量的定量控制。　
　　我国是以煤为主要能源的国家，全国有上百万个烟囱不停地向大气排放烟气。烟气排放控制是根治污染的重要项目，每个烟囱必须是安装烟气分析仪表和流量计，组成连椟排放监视系统。烟气的流量沆量有很大因难，它的难度为烟囱尺寸大且形状不规则，气体组分变化不定，流速范围大，脏污，灰尘，腐蚀，高温，无直管段等。　
　　四，交通运输　
　　有五种方式：铁路公路、航空、水运、和管道运输。其中管道运输虽早已有之，但应用并不普遍。随着环保问题的突出，管道运输的特点引起人们的重视。管道运输必须装备流量计，它是控制、分配和调度的眼睛，亦是安全监没和经济核算的必备工具。　
　　五，生物技术　
　　21世纪将迎来生命科学的世纪，以生物技术为特征的产业将获得迅速发展。生物技术中需监测计量的物质很多，如血液，尿液等。仪表开发的难度极大，品种繁多。　
　　六，科学实验　
　　科学实验需要的流量计不但数量多，且品种极其繁杂。据统计流量计100多种中很大一部分是应科研之需用的，它们并不批量生产，在市面出售，许多科研机构和大企业皆设专门小组研制专用的流量计。　
　　七，海洋气象，江河湖泊　
　　这些领域为敞开流道，一般需检测流速，然后推算流量。流速计和流量计所依据的物理原理及流体力学基础是共通的但是仪表原理及结构以及使用条件有很大差别。