摘要：分析論述了在生產(chǎn)中經(jīng)常使用的幾種蒸汽流量計的優(yōu)缺點，提出蒸汽流量測量應(yīng)注意的幾個問題，以利于流量計的合理設(shè)計和選型。文中所提到的蒸汽流量計的應(yīng)用分析主要來源于生產(chǎn)實際運用，以貿(mào)易結(jié)算用流量計為主，結(jié)合各種流量計的設(shè)計特性以及計量中的優(yōu)點和局限性，提出合理的選型方法，應(yīng)充分掌握現(xiàn)場的工況參數(shù)，根據(jù)情況合理設(shè)計和提供技術(shù)參數(shù)，減少系統(tǒng)誤差。

在供熱企業(yè)中，蒸汽的計量是關(guān)系到整個企業(yè)生產(chǎn)成本的主要因素，特別是在貿(mào)易結(jié)算中的使用，更是關(guān)系到供需雙方經(jīng)濟利益的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。因此，在蒸汽計量中如何*大限度地保障計量的準確性，正確設(shè)計和選用合理、合適的計量系統(tǒng)就是重中之重。

在經(jīng)過10余年的供汽生產(chǎn)，在蒸汽計量過程中，淄博熱力有限公司先后使用過孔、噴嘴等標準節(jié)流裝置、渦街流量計、彎管流量計、以及*近使用過的V形內(nèi)錐節(jié)流裝置。在此，根據(jù)自己的經(jīng)驗，談一下對這幾種流量計在實際應(yīng)用中的看法。

l、孔板流量計

在蒸汽測量中，孔板流量計已廣泛使用達幾十年之久。其優(yōu)勢是不言而喻的?？装辶髁坑嫷膬r格便宜。國外早有成熟的國際標準，我國也早已制定出標準節(jié)流裝置的**標準，GB/T2624-93就是等效采用ISO5157-(1991)的國際標準。因此孔板流量計是國際公認的標準*全面、使用*廣泛的節(jié)流裝置，其具體原理與流量公式不再累述。但是在長期的使用過程中，孔板流量計的缺點也越來越明顯，主要為：

(1)孔板存在著不可避免的“銳角磨損”和“積污”問題，隨著使用時間的增加流量系數(shù)越來越大，儀表示值越來越小，流速較高的場合，這種變化更是驚人。

(2)孔板的量程比較小，在實際應(yīng)用中為4：1～5：1，存在線性差等缺點。在供汽、供熱計量中，由于用戶用量波動很大，流量的上下限常常超過10：1，甚至達到20：1，這對孔板計量是非常困難的?？装辶髁坑嬈鋵嶋H的流量系數(shù)是隨著被測流體的雷諾數(shù)Re的變化而變化，特別是在雷諾數(shù)為2x10³＜Re＜10^5內(nèi)，流量系數(shù)對Re的變化非常敏感。例如一個β=0.73的角接取壓孔板因流量減少導(dǎo)致Re由5×10³降到Re=10^4時，相當于流量從額定工況下降到20％額定工況下工作，而這時的流出系數(shù)將不會保持設(shè)計的數(shù)值，其變化增大2.2％。

(3)孔板的管路直管段長度及孔板安裝的規(guī)范性要求高，而管道上閥門、彎頭、縮徑、分管等往往是不可避免的?？装鍖χ惫芏蔚囊蟠蠖鄶?shù)很難滿足要求，特別是國際標準化組織公布了新修訂的IS05167：2003(E)新標準后，提出了全新的和加長的要求。如：一個β=0.6的孔板安在單個9O度彎頭后，舊標準前直管段為18D而新標準為42D。

(4)在多年的使用中發(fā)現(xiàn)，往往孔板的機械幾何尺寸難以保證。按照國標規(guī)定孔板的開孔邊緣圓弧半徑不大于0.0004d，這在加工中是難以保證的。

(5)在實際使用中，在設(shè)計時很難提供準確的管道直徑參數(shù)，往往以公稱直徑代替管道直徑。這樣一來，與實際值相差越大帶來的誤差越大。

(6)孔板流量計的壓損過大，一個孔板的β=0.45～0.75，其壓力損失為*大差壓值的78％～47％，顯然這對終端壓力已非常低的用戶是不合適的。

雖然孔板流量計有以上許多缺點，但孔板流量計是所有節(jié)流式流量計中國內(nèi)外獲取實驗數(shù)據(jù)*多的計量裝置，如何對付孔板孔口鈍化、流出系數(shù)不穩(wěn)定已取得了豐碩的成果。它是一種可以干校驗的標準節(jié)流裝置，因此在實際使用中，如果流量較為穩(wěn)定，充分考慮磨損問題，及時對孔板進行修正，在蒸汽計量中依然是十分可靠的。

2、渦街流量計

對于渦街流量計，在我公司的使用中經(jīng)歷了曲折的過程，受早期國內(nèi)渦街流量生產(chǎn)質(zhì)量和技術(shù)條件的影晌，渦街在蒸汽計量中未能得到普及和使用。隨著技術(shù)水平的提高，渦街流量計的優(yōu)越性也得到重視。

渦街流量計的優(yōu)點主要為結(jié)構(gòu)簡單，安裝維護方便；量程比較寬；在一定的雷諾數(shù)范圍內(nèi)輸出信號不受流體的物性(密度、粘度)影晌。因此可以在一種介質(zhì)中標定系數(shù)而用于其他介質(zhì)；壓損小。

但是，渦街流量計的缺點也是非常明顯的，主要為：

(1)它不適用于低雷諾數(shù)測量，所以低流速蒸汽測量受限。

(2)測量蒸汽溫度不能高于300℃。

(3)不適合于測量不干凈的介質(zhì)。

(4)渦街流量計直管段要求較長，在實際使用中不能低于20D，在孔板流量計直管段要求加長的情況下，渦街流量計如何獲取更多的實驗數(shù)據(jù)，對于現(xiàn)場安裝前直管段的重要性更為突出。

(5)受現(xiàn)場震動和電磁干擾影晌大，對現(xiàn)場情況要求較嚴格。

(6)當介質(zhì)流速過大，層流邊界層向湍流過渡，雷諾數(shù)超出測量范圍。系統(tǒng)無法建立，測量結(jié)果變小。

(7)至于渦街流量計的干校驗?zāi)壳吧袩o統(tǒng)一**標準，因此各個廠家生產(chǎn)加工物理參數(shù)及標定方式方法不能統(tǒng)一。

綜上所述，在蒸汽計量中，對于渦街流量計應(yīng)慎重使用，合理選型，充分考慮現(xiàn)場條件、雷諾數(shù)、流量波動范圍等因素，對于每一臺渦街流量計必須實流標定。在充分積累實驗數(shù)據(jù)的情況下盡早建立干校驗標準。

3、彎管流量計

彎管流量計雖然距今已有9O多年的歷史，但是只是近十余年來在我國才有了實際應(yīng)用，在我公司使用已有7、8年的歷史。

彎管流量計的優(yōu)點是：無壓力損失，在蒸汽測量中節(jié)流件無可動部件，堅固結(jié)實，耐壓耐溫也較高。

對于彎管流量計在實際中的測量準確度及可用性，提出幾點看法：

(1)在國際國內(nèi)所有的著書立學(xué)中，認為彎管流量計測量精度較低，在《流量測量節(jié)流裝置設(shè)計手冊》中明確指出：在R/D≥1.25，Re＞10^4時，彎管流量計的流出系數(shù)相對不確定度為±4％，因此精度并不高。

(2)彎管在測量蒸汽時要求蒸汽流速不能低于7m/s，否則會引起較大誤差。這表明彎管流量計只能工作在高雷諾數(shù)區(qū)域內(nèi)，流量下限的測量是比較困難的。

(3)彎管流量計在對其測量原理的分析中，把流體在管道中流動認定是均速流動的。在實際中，流體在管道中流動的速度是沿著管半徑方向開形成一定的梯度的；管中心的流速*快，越接近管壁速度越慢，把不是平均流速的流體當成平均流速的流體來對待，對流量計的測量精度肯定要帶來一定的影晌。

(4)彎管流量計的差壓值較低，這樣對變送器就提出較高的要求，增大了投資成本。

(5)無法實現(xiàn)節(jié)流裝置的干校驗，必須每臺表實流標定。

因此，基于以上考慮，我個人認為彎管流量計在貿(mào)易結(jié)算中的使用還需實驗數(shù)據(jù)的支持和時間的考驗。

4、V形內(nèi)錐流量計

V形內(nèi)錐流量計的英文名為V-CONE，它是近幾年發(fā)展起來的新型流量計，它確實有許多其它流量計達不到的優(yōu)點。主要有：

①測量穩(wěn)定性好；

②對被測介質(zhì)適應(yīng)能力強；

③測量范圍寬；

④適用雷諾數(shù)范圍寬；

⑤對直管段要求短；

⑥壓力損失小；

⑦差壓大。這些都是我們采用V形內(nèi)錐流量計原因。

但V形內(nèi)錐節(jié)流裝置目前仍是一種非標準節(jié)流裝置，它目前無法替代孔板，主要有以下幾個問題：

(1)V形內(nèi)錐節(jié)流裝置迄今為止，國內(nèi)外資料都只有V形內(nèi)錐節(jié)流裝置的一些照片、簡圖，沒有結(jié)構(gòu)形式和技術(shù)要求的詳細資料。目前，國內(nèi)各生產(chǎn)廠仿制皆是自行設(shè)計、制造。顯然結(jié)構(gòu)形式和技術(shù)要求不統(tǒng)一。無法進行各廠產(chǎn)品性能的相互比較和評價。

(2)目前V形內(nèi)錐節(jié)流出系數(shù)尚未見提出流出系數(shù)公式。在某些廠家中有可膨脹性系數(shù)公式，但是在結(jié)構(gòu)形式和技術(shù)要求尚未標準化時，可膨脹性系數(shù)公式只是代表該廠家試驗的結(jié)構(gòu)形狀的結(jié)果，現(xiàn)在采用它作為通用的一個公式是沒有試驗的根據(jù)的，它只能作為一個參考的公式使用。

(3)節(jié)流式差壓流量計現(xiàn)場影響量主要為二種流動特性的干擾，即非充分發(fā)展管流和非定常流的干擾。節(jié)流裝置國際標準1505167(1980年版)經(jīng)典文丘里管的直管段長度要求是很短的，其數(shù)據(jù)如下：

90°單彎頭β=0.3～0.75時，L=0.5D～4.5D(L一節(jié)流件上游直管段長度)；在同一平面上9O°雙彎頭β=0.3～0.75時，L=1.5D～4.5D；在不同平面上9O°雙彎頭β=0.3～0.75時，L=0.5D～29.5D。

新修訂標準ISO5167：2003(E)的數(shù)據(jù)如下：

90°單彎頭β=0.3～0.75時，L=8D～16D；在同一平面或不同平面上 90°雙彎頭β=0.3～0.75時，L=8D～22D。

在FLOMEK02004會議上，英國流量專家Reader-Harris介紹關(guān)于ISO5167：2003(E)制訂的演講中特別提到近年對經(jīng)典文丘里管的研究試驗，發(fā)現(xiàn)ISO5167(1980年版)規(guī)定的直管段是太短了，并且發(fā)現(xiàn)在不同介質(zhì)的試驗中經(jīng)典文丘里管的特性不大一樣，干氣體的C值甚至比水高3％，說明試驗應(yīng)在更廣泛的范圍內(nèi)進行，才能得出正確的結(jié)論。所以按此例，V形內(nèi)錐節(jié)流裝置現(xiàn)場安裝條件的研究試驗應(yīng)該繼續(xù)進行，才能得出可靠的結(jié)論。

(4)壓損問題

標準節(jié)流裝置(孔板、噴嘴和文丘里管)和V形內(nèi)錐節(jié)流裝置的壓損如下：

它是某一結(jié)構(gòu)形式產(chǎn)品的壓損。比較上述節(jié)流裝置的壓損，可見孔板、V形內(nèi)錐、噴嘴屬于高壓損節(jié)流件，V形內(nèi)錐處于孔板與噴嘴之間。文丘里管為低壓損節(jié)流件。

總之，V形內(nèi)錐流量計為我們蒸汽計量提供了一種新的方法和思路，但它是一種非標準的節(jié)流裝置，在使用中亦應(yīng)要求其實流標定，嚴格安裝條件，在可能的情況下盡量加大直管段，減少現(xiàn)場影響量。

以上是我公司在使用中遇到的幾種用于蒸汽計量的流量計。蒸汽計量是一個難題，每一種計量裝置都有其優(yōu)缺點，筆者分析其優(yōu)劣點在于在實際使用中根據(jù)現(xiàn)場的使用條件應(yīng)合理設(shè)計和選型，靈活使用流量計，不可拘泥于一格，努力保證計量的準確性。