1 引言

      蒸汽是使用廣泛的載熱工質(zhì)，是重要的二次能源，蒸汽流量的準確測量對節(jié)省能源、提高經(jīng)濟效益等方面都有重要意義。目前，用于蒸汽測量的流量儀表主要有渦街流量計、差壓式（孔板、均速管、彎管）流量計、分流旋翼式流量計等，這里主要討論渦街流量計。

      2 蒸汽測量

      蒸汽流量測量方法按工作原理細分，可分為直接式質(zhì)量流量計和推導(dǎo)式（也稱間接式）質(zhì)量流量計兩大類。前者直接檢測與質(zhì)量流量成函數(shù)關(guān)系的變量求得質(zhì)量流量；后者用體積流量計和其它變量測量儀表，或兩種不同測量原理的流量計組合成的儀表，經(jīng)計算求得質(zhì)量流量。

      現(xiàn)在廣泛使用的蒸汽質(zhì)量流量計絕大多數(shù)仍為推導(dǎo)式，其中，渦街流量計就是推導(dǎo)式質(zhì)量流量計。

      渦街流量計測量質(zhì)量流量的表達式為：

     

           （1）

      式中：q_m――質(zhì)量流量，kg/h；
               f  ―― 渦街流量計輸出頻率，P/s；
               K_t―― 工作狀態(tài)下的流量系數(shù)，P/L；
               ρ_f ――流體密度，kg/m³。

      由表達式可見，工程上普遍使用的推導(dǎo)式蒸汽質(zhì)量流量測量系統(tǒng)，關(guān)鍵是求取蒸汽密度，而該值可根據(jù)溫度、壓力通過查密度表求取。

      由于蒸汽分為飽和蒸汽和過熱蒸汽，對于過熱蒸汽要進行溫度壓力補償，對于真正意義上的飽和蒸汽只需進行溫度或壓力補償既可，下面進行討論。

      2.1 過熱蒸汽

      在實際測量時，由于工況變化，飽和蒸汽和過熱蒸汽都有可能偏離原來的設(shè)計狀態(tài)，就使得通常由蒸汽溫度、壓力求取其密度的關(guān)系發(fā)生變化，對計量準確性造成影響，當(dāng)過熱蒸汽在經(jīng)過長距離輸送后，或由于管道保溫措施不當(dāng)，往往會因為熱量損失溫度降低使其從過熱狀態(tài)進入臨界飽和狀態(tài)，甚至部分蒸汽冷凝出現(xiàn)相變而變成水滴。這些水滴對流量測量結(jié)果究竟有多大影響，下面舉例說明。

      有一常用壓力為1.0MPa 的過熱蒸汽，其流量為q_m，假設(shè)經(jīng)長距離輸送后有10% q_m冷凝成水滴，令其為q_m1而保持氣態(tài)的部分為q_ms，從定義知，此時濕蒸汽的干度為：

       

             （2）

      由于采用溫壓補償，故依臨界飽和狀態(tài)查表，得到此時的蒸汽（干部分）密度ρ_s=5.6808kg/m³，查水密度表知此時水滴的密度ρ_L=882.47kg/m³，顯然水滴與蒸汽干部分的體積流量為：

      q_v1=q_m1/ρ₁                                             （3）

      q_vs=q_ms/ρ                                               （4）

      式中：q_v1―― 水滴的體積流量，m³/s；
               q_vs―― 蒸汽干部分的體積流量，m³/s。

      由定義知，蒸汽干部分體積流量占濕蒸汽總體積流量q_v之比R_v為：

       

                    （5）

      因為

     

                                （6）

      所以

     

                                                 （7）

      在該例中，R_v=99.93% ，由此可見，在濕蒸汽中，水滴所占的體積比可忽略不計。

      渦街流量計的輸出僅與流過測量管的流體流速成正比，在測濕飽和蒸汽時，水滴對渦街流量計輸出的影響可忽略，故可以認為，渦街流量計的輸出是由濕飽和蒸汽的干部分所引起，而干部分的密度，無論是壓力補償或溫度補償，都可較精確查出。

      蒸汽計量時如果雙方約定按蒸汽干部分結(jié)算費用，冷凝水不收費，則在本例中相變對測量的影響微不足道，可以忽略；如果冷凝水也按照蒸汽一樣收費，則渦街流量計的計量結(jié)果偏低1-X。

      2.2 飽和蒸汽

      當(dāng)渦街流量計安裝在減壓閥后，飽和蒸汽突然較大幅度減壓，流體出現(xiàn)絕熱膨脹，水滴部分蒸發(fā)，同時從液相和氣相中吸收汽化熱，使汽液相溫度降低。如果溫度降低得不多或蒸發(fā)前濕度較高，會使溫度迅速降低到與新的壓力所對應(yīng)的飽和溫度，建立新的平衡。這時蒸汽仍為飽和蒸汽，如果壓力降低得很多或蒸發(fā)前濕度較低，則因水滴蒸發(fā)而使溫度降低后仍高于新的壓力所對應(yīng)的飽和溫度，則蒸汽變?yōu)檫^熱蒸汽。

      上述蒸發(fā)發(fā)生后，前一種對補償無影響，僅僅是蒸汽中的干部分增加，干度相應(yīng)增大，后一種情況即飽和蒸汽變?yōu)檫^熱蒸汽，這時對流量計的影響分以下三種情況：

     （1）設(shè)計時已經(jīng)考慮到蒸汽變?yōu)檫^熱狀態(tài)，或處于何種狀態(tài)難以確定，或有時是過熱狀態(tài)有時是飽和狀態(tài)，所以采用溫壓補償，則上述相變對測量結(jié)果無影響。
     （2）設(shè)計時按飽和蒸汽考慮，而且采用壓力補償，則上述相變將帶來較小的誤差，即過熱蒸汽溫度同飽和溫度之差所對應(yīng)的密度差造成的補償誤差。
     （3）設(shè)計時按飽和蒸汽考慮，但采用溫度補償，即將過熱蒸汽溫度當(dāng)作飽和溫度去查密度表，一般會引起較大誤差。

      如某化工廠鍋爐房供飽和蒸汽，并根據(jù)各用戶中蒸汽壓力要求值的一個決定鍋爐供汽壓力為1.0MPa，多數(shù)用戶在蒸汽總管進裝置時先經(jīng)減壓閥減壓。現(xiàn)從圖1所示的一個實例著手進行分析。

      用作進入裝置蒸汽計量的渦街流量計安裝在減壓（穩(wěn)壓）閥之后。原設(shè)計按飽和蒸汽考慮，采用溫度補償。經(jīng)減壓，蒸汽總管帶入的水滴蒸發(fā)完后氣溫仍高于飽和溫度，呈過熱狀態(tài)，現(xiàn)場采集到的數(shù)據(jù)如圖1所示。這時流量二次表按照所測量到的溫度t₂=162.4℃查飽和蒸汽密度表，得ρ₂=3.4528kg/m³，而按照t₂和P₂兩個測量值查過熱蒸汽密度表，得密度ρ′₂=2.6897kg/m³，所以質(zhì)量流量計結(jié)果出現(xiàn)28.37% 的誤差，即：

     

           （8）

      在本例中，如果采用壓力補償，則根據(jù)P₂=0.42MPa的信號查飽和蒸汽密度表，應(yīng)得到ρ''₂=2.7761kg/m³，則補償誤差為：

     

             （9）

      解決以上問題有以下3種方法。

     （1）將總蒸汽流量計安裝在減壓閥前，由于上述蒸汽未經(jīng)減壓，不存在相變問題，所以將流量計安裝在減壓閥之前，按飽和蒸汽補償方法處理，可保證測量精度。
     （2）如果流量計只能安裝在減壓閥后面，則可增裝一臺壓力變送器，進行溫壓補償。
     （3）如果減壓閥的穩(wěn)定性能較好，可將流量計上游壓力值作為一個恒定值設(shè)置到二次表內(nèi)，進行溫度壓力補償。