蒸汽流量檢測在工業(yè)生產(chǎn)過程中較為常見，隨著蒸汽流量檢測精度要求的提高溫度壓力補(bǔ)償尤為重要。通過分析渦街流量計(jì)用于蒸汽流量測量的原理提出渦街流量計(jì)在飽和蒸汽和過熱蒸汽流量檢測中的溫度和壓力補(bǔ)償?shù)姆椒ǎ瑸楣こ淘O(shè)計(jì)、實(shí)際應(yīng)用提供參考。

1.引言

渦街流量計(jì)在蒸汽流量檢測領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛;但是渦街流量計(jì)檢測值為蒸汽的體積流量。工業(yè)過程往往要求測量其質(zhì)量流量,飽和蒸汽和過熱蒸汽在計(jì)算質(zhì)量流量的過程中需要補(bǔ)償計(jì)算。本文分別對(duì)飽和蒸汽和過熱蒸汽的補(bǔ)償原理進(jìn)行說明,并根據(jù)工程實(shí)際應(yīng)用列舉出補(bǔ)償?shù)姆椒ā?/span>

2.飽和蒸汽和過熱蒸汽的區(qū)別

水在一定的壓力下加熱,水的溫度隨著不斷加熱而上升,當(dāng)水溫升高到某一溫度時(shí),水就開始沸騰,這時(shí)水的溫度稱為沸騰溫度。如繼續(xù)加熱,水溫保持不變,水即開始汽化,而逐步變?yōu)檎羝?。這時(shí)蒸汽的溫度也就等于飽和溫度。這種狀態(tài)的蒸汽就稱為飽和蒸汽。如果把飽和蒸汽繼續(xù)進(jìn)行加熱,其溫度將繼續(xù)升高,并超過該壓力下的飽和溫度,這種超過飽和溫度的蒸汽就稱為過熱蒸汽。水的沸騰溫度與其所受壓力有關(guān),壓力愈大,則沸騰溫度也就越高;反之,壓力小,則沸騰溫度也低。所以對(duì)于飽和蒸汽而言,溫度與壓力存在一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。而過熱蒸汽的溫度與壓力是兩個(gè)獨(dú)立參數(shù),之間不存在直接的關(guān)系。

3.渦街流量計(jì)用于蒸汽流量的測量

孔板流量計(jì)在蒸汽流量的檢測中應(yīng)用由來已久,但是經(jīng)過幾十年的實(shí)踐總結(jié),孔板流量計(jì)存在多方面的缺陷,如孔板流量計(jì)安裝及日常拆洗維護(hù)的工作量較大 ；由于孔板流量計(jì)的壓損較大所以運(yùn)營成本很高 ；此外孔板流量計(jì)還需配合差壓計(jì)或差壓變送器方可測量管道中各種流體的流量。綜合考慮以上因素，選擇渦街流量計(jì)作為蒸汽流量檢測儀表更為方便、經(jīng)濟(jì)。

渦街流量計(jì)自上世紀(jì) 70 年代投放市場以來，深受廣大用戶歡迎。目前在各領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。尤其是在對(duì)蒸汽流量檢測的應(yīng)用上，渦街流量計(jì)正在逐漸取代孔板流量計(jì)成為蒸汽流量檢測的重要儀表。渦街流量計(jì)是根據(jù)卡曼渦街原理制成。流體中設(shè)置旋渦發(fā)生體（阻流體），從旋渦發(fā)生體兩側(cè)交替地產(chǎn)生有規(guī)則的旋渦，這種旋渦稱為卡曼渦街，如圖 1 所示。旋渦列在旋渦發(fā)生體下游非對(duì)稱地排列。設(shè)旋渦的發(fā)生頻率為 f，被測介質(zhì)流速為 v，旋渦發(fā)生體迎面寬度為 d，則有 ：

其中，s 稱為斯特拉哈爾數(shù)，無量綱，由漩渦發(fā)生體的形狀決定，在一定的雷諾系數(shù)范圍內(nèi)為常數(shù)。

通過檢測旋渦頻率即可計(jì)算出流體流速，從而計(jì)算出流體的體積流量。目前渦街流量計(jì)流量檢測的方法有電容檢測法、熱敏檢測法、超聲檢測法、電磁檢測法以及壓電檢測法等。渦街流量計(jì)用于流體流量檢測具有以下優(yōu)點(diǎn) ：

（1）量程比寬，不受流體溫度、壓力、成分、粘度及密度的影響 ；

（2）結(jié)構(gòu)簡單，與孔板相比無需配合其它儀表；（3）壓損小，約為孔板流量計(jì)的四分之一。

4.渦街流量計(jì)用于蒸汽流量測量系統(tǒng)

根據(jù)渦街流量計(jì)的測量原理可知，渦街流量計(jì)測量的是流體的體積流量。但是實(shí)際中往往要求測量蒸汽的質(zhì)量流量。根據(jù) M=ρ×Q 可由體積流量求出質(zhì)量流量。

對(duì)于飽和蒸汽，其密度 ρ 只與壓力有關(guān)。對(duì)應(yīng)公式為 ：

ρ=AP+B

其中 ：P 為飽和蒸汽壓力 ；單位 MPa。

對(duì)于過熱蒸汽，其密度和溫度、壓力均有關(guān)系。對(duì)應(yīng)關(guān)系為 ：

其中 ：P 為過熱蒸汽壓力，單位 MPa ；T為過熱蒸汽溫度，單位℃。

因此在檢測飽和蒸汽的質(zhì)量流量時(shí)要選擇壓力或是溫度進(jìn)行補(bǔ)償 ；而測量過熱蒸汽質(zhì)量流量時(shí)要同時(shí)選擇壓力和溫度進(jìn)行補(bǔ)償。下面以過熱蒸汽質(zhì)量流量檢測為例介紹溫度、壓力補(bǔ)償方法。

4.1智能積算儀補(bǔ)償方法

目前，過熱蒸汽質(zhì)量流量的檢測可以使用智能積算儀。智能流量積算儀采用單片機(jī)技術(shù)，其補(bǔ)償演算功能可在預(yù)先編制好的軟件中完成 , 計(jì)算所需要的工況補(bǔ)償公式、表格數(shù)據(jù)都存放在積算儀的存儲(chǔ)器中 , 在測量氣體蒸汽流量時(shí) , 可以通過壓力、溫度值的輸人信號(hào)進(jìn)行蒸汽密度的自動(dòng)補(bǔ)償。并且智能流量積算儀還可以實(shí)現(xiàn)壓力、溫度值異常時(shí)的自動(dòng)補(bǔ)償。該功能可以在壓力變送器、溫度元件及變送器發(fā)生故障時(shí) , 自動(dòng)轉(zhuǎn)為壓力、溫度的設(shè)計(jì)值進(jìn)行補(bǔ)償。此外，流量積算儀還具有就地顯示、報(bào)警以及 RS-485 通訊等多種功能。智能積算儀補(bǔ)償原理如圖 2 所示。采用智能積算儀的優(yōu)點(diǎn)在于方便現(xiàn)場觀測蒸汽的流量、壓力、溫度參數(shù)。

對(duì)于過熱蒸氣，在低壓區(qū)（如小于 1MPa）的壓縮系數(shù)都接近于 l。在該區(qū)域內(nèi)，只要溫度不是太低，即使不對(duì)壓縮系數(shù)進(jìn)行修正，也不會(huì)引起明顯的誤差，完全可以滿足工程上的要求。但在高壓區(qū)，則必須考慮壓縮系數(shù)的影響，否則將會(huì)造成明顯的誤差。而采用智能積算儀補(bǔ)償?shù)姆椒ú痪哂袑?duì)于其壓縮系數(shù)進(jìn)行修正的功能，采用 DCS 模塊補(bǔ)償方法則可以克服以上缺點(diǎn)。

4.2? DCS 模塊補(bǔ)償方法［7］浙大中控 DCS 控制系統(tǒng)具有 COMPENSATE 和EXHSTEAM 專用模塊，用于對(duì)過熱蒸汽進(jìn)行溫度、壓力補(bǔ)償。

其 中 COMPENSATE 模 塊 適 用 于 溫 度 為260~800℃，壓力（絕壓）為 0.5~32MPa 的工況；而 EXHSTEAM 模塊適用于溫度為 140~560℃，壓力（表壓）為 98.6777~15898.6777kPa 的工況。

假設(shè)過熱蒸汽的設(shè)計(jì)壓力為 4MPa（表壓），設(shè)計(jì)溫度為 400℃ ；過熱蒸汽的實(shí)測壓力為 PI-101 ：0~6MPa（表壓），實(shí)測溫度為 TI-101 ：0~600℃，流 量 為 FI-101， 補(bǔ) 償 后 的 流 量 為 FI_101, 經(jīng) EXHSTEAM 過熱蒸汽特性計(jì)算得出設(shè)計(jì)密度為

13.92817951832kg/m3，則 DCS 圖形化編程如圖 3所示。

5.結(jié)論

渦街流量計(jì)在蒸汽測量系統(tǒng)中具有較好的應(yīng)用前景，而渦街流量計(jì)的溫度壓力補(bǔ)償系統(tǒng)是提高飽和蒸汽和過熱蒸汽測量精度的重要手段，本文列舉的兩種補(bǔ)償方法在實(shí)際工程應(yīng)用中具有指導(dǎo)意義。