關於焦爐煤氣流量計測量原理及常見（jiàn）誤（wù）差分析

摘要 : 隨著生產及運（yùn）維對測量精度要（yào）求日益提高，蒸汽流量（liàng）測量（liàng）方法（fǎ）及誤差分析得（dé）到了越來越多的學（xué）者關注。本文擬對幾種火電（diàn）廠（chǎng）常用流量測量方法展開（kāi）對比分析，並就常見儀表誤差（chà）進行簡要分析，旨為更好地滿（mǎn）足現場實際測量需要。
1 研究背景
蒸汽，作為火電廠*重要的二（èr）次能源之一，其流量測量（liàng）對於節能降耗（hào），降低運營成本，提高經濟效益具有重要意義--但其測量受到諸多（duō）因素限製、影響，如介質特性、儀表選型、現場安裝等，大大增加了（le）測（cè）量難度。隨著生產及運維對測量精度的要（yào）求日益提高，蒸汽流量測量方法的選擇及誤差分析得到（dào）了（le）越來越多的學者關注。
蒸汽分為過熱蒸汽和飽和蒸汽（qì）。飽和（hé）狀態下的液體稱為飽和液體，其對應的蒸汽是飽和（hé）蒸汽，但*初（chū）隻是濕飽和蒸汽，待蒸（zhēng）汽中的（de）水分（fèn）完全蒸發後才是幹飽和蒸汽。蒸汽從不飽和到濕飽和再到幹飽和的過程溫（wēn）度是不（bú）增加的，幹飽和之後繼續加熱（rè）則（zé）溫度會（huì）上升，成為過熱蒸汽。蒸汽在不同的溫度、壓力（lì）下密度不同，因（yīn）而測量質量流量時要溫壓補償 ；對於飽和蒸汽，其溫度與密度有一一對應關係，一般隻需進行壓力補償即可。
2 測量原理及對（duì）比分析
選擇蒸汽流（liú）量測量儀表（biǎo）應考慮 5 個主要因素，即被測流體特性、安裝條件、環境條件、儀表性能及維護需求。此外，在實際工程應用中，儀表的選擇還應綜合考慮以下問題 ：
（1）測量目的 ：如商貿結算和儲運測量（liàng）對準確度要求較高，而過（guò）程控製連續監測一般要求有良好的可靠性及重複性（精密度）；
（2）壓力損（sǔn）失（shī） ：尤其是（shì）對於大口徑管路測量，壓力損失會直接影響能量消耗（hào）。
通過上述分析不難得出，蒸汽流量測量采用孔板流量計或焦爐（lú）煤氣流量計較（jiào）為（wéi）理想。
孔板（bǎn）流量計是依據在（zài）已知有關參數的條件下，根據流動連續性原理和伯努利方程可以推導出差壓與流量之間的關係而求得流量（liàng）。它具有如下優點 ：①應用*為廣泛，全部單相流體均可使用 ；②結構易（yì）於複製，簡單、牢固、性能（néng）穩定可（kě）靠，價格（gé）低廉 ；③檢測件（特別是標準型）為全**通用，並（bìng）得到了國（guó）際標準化組織和（hé）國際計量組織的認可 ；④無需個別校準即可投用 ；⑤同原理儀表擴展類型廣泛，可替（tì）換性強。但其測量同樣具有一定局限性 ：①由於眾多因（yīn）素的影（yǐng）響錯綜複雜，精確度難於大（dà）幅度提高 ；②受限於流量（liàng）係數與雷諾（nuò）數，一般儀表量程比 3 ∶ 1 ～ 4 ∶ 1 ；③有較長的直管段長（zhǎng）度要求 ；④壓力損失大 ；⑤長期使用精度難以保證，需要定期維（wéi）護、檢修維護量大。
焦爐煤氣流量計是利用卡曼渦街原理，即流體在管道中經過渦街流量變送器時，在三（sān）角（jiǎo）柱的旋渦發生體後上下交替產生正比於（yú）流速的兩（liǎng）列旋渦，旋渦的釋放頻率與（yǔ）流過旋渦發生（shēng）體（tǐ）的流體平均速度及旋渦發生體特征寬度有關。它具有如下優點 ：①適用流體種類多，液、氣、蒸汽及（jí）部分混相流皆可應用 ；②在一定雷諾數範圍（wéi）內，輸出信號不受流體物性及組份影響，可在一種（zhǒng）典型介質中校準，用於各種介質（zhì） ；③結構簡單牢固、無可動部件，安裝方便，運維（wéi）可靠 ；④準（zhǔn）確度較（jiào）高，無零點漂移，量程比較大（10 ：1 或 20 ：1 更大）；⑤壓損小（約為孔（kǒng）板流量計的 1/2~1/4），具有一定節能意（yì）義 ；⑥性價比較高。但其測量也（yě）具有一定局限性 ：①不（bú）適於低雷諾係數測量（liàng） ；②管道內流速（sù）分布應為充分發展流，被測（cè）管道上、下遊直管段條件要求（qiú）較為苛刻 ；③儀表係（xì）數較低，口徑越大越低，適用於中、小口徑測量 ；④不適用於振動大或（huò）脈動流工況。

3 常見誤（wù）差分析
常見誤差來源主要分為（wéi）以下幾點。
（1）參（cān）數調整（zhěng）或量程選擇有誤
如儀（yí）表量程小（xiǎo）於實際參數，不僅（jǐn）無法正常量，且長時間故障運行可能會導致（zhì）儀表無法恢複的機械損傷 ；若（ruò）儀表量程遠大於實（shí）際參數，測量結果無法滿足精度要求--故合理選擇儀表量程是精準測量的基礎（chǔ）。
推薦量程選擇 ：*大流（liú）量不超過滿刻度的 95% ；正常流量為滿刻度的 70% ～ 85% ；*小流量（liàng）不小於滿刻度的 30%。此外，DCS 側量程需與儀表量程保持一致。
（2）儀表不具備溫壓補償功能
焦（jiāo）爐（lú）煤氣流量計與測量介質無關是指其體積流量不受溫度、壓力變化影響（xiǎng），但（dàn）如需（xū）計量被測介質的質量（liàng）或標準（zhǔn）狀態下體積，就需判（pàn）別蒸汽狀（zhuàng）態並測量實時壓力、溫（wēn）度等熱工狀態參數，即在蒸汽工況偏離設計工況時，將蒸汽的密度對測量結（jié）果的影響予以修正 ；如儀表不具備溫壓補償功能，數據（jù）處理（lǐ）不當將引入不必要的誤差。
（3）安（ān）裝條件不滿足儀表要求
流體特性直接影響測量結（jié）果，而流體特性很大（dà）程度上（shàng）受安裝條件影響。安裝條件考慮因素有儀表的流動方向，上下遊管道狀況，閥門（mén）位置，防護性（xìng）輔助（zhù）設備，非定長（zhǎng）流（如脈動流）情況，電氣（qì）幹擾和維護（hù）空間等。參見“DL/T 5182-2004”，孔板流量計直（zhí）管段（duàn）要求--上遊 ：5 ～ 80 倍工藝管道（dào）直徑，下遊 ：2 ～ 8 倍工（gōng）藝管道（dào）直徑 ；焦爐煤氣流量計直管段要求--上遊 ：15~50 倍（bèi）工藝管（guǎn）道直（zhí）徑（如有束（shù）流導直器時，上（shàng）遊直段長度（dù） 12D），下（xià）遊 ：5 倍工藝（yì）管道直徑。
（4）安（ān）裝不（bú）當或（huò）儀表工藝粗糙
儀表安裝需保證測量管道與工藝管道同（tóng）軸，安裝法蘭（lán）墊子（zǐ）時要（yào）注意不要凸出管內徑 ；安（ān）裝時還應盡可能的減小因被測介質脈動引（yǐn）起的（de）內部震動及因動力引起的外部震動。
（5）蒸汽相變產（chǎn）生的附加誤差
隨著工況（壓力、溫度等）的變化，過熱（rè）蒸汽可能會因熱量損失從過熱狀態進入飽和狀態，此（cǐ）時如仍按過熱蒸汽規律進行密度計算將會帶來附加誤差。而飽和（hé）蒸汽（qì）在管道傳輸過長中，由於散熱而溫度降低，壓力下降，很（hěn）難保證蒸汽（qì）幹度，出現凝結水的密度遠大於蒸汽 ；同時，當管道保溫良好，流動阻力損失很大時（shí）（管道上有（yǒu）開度（dù）很小的閥門，減壓裝置等（děng）），飽和蒸汽很可能會由於壓力急劇降低而變成（chéng）過熱蒸汽（熱力學上的絕（jué）熱節流效應），上述情況都可能引起蒸汽（qì）密度變化，從而產生誤差。
4 總結
通過綜（zōng）合對比（bǐ），筆者推薦蒸汽流量測量采用孔板流量計（jì）及焦爐煤氣流量計進行測量，進而又對其適用工況及優缺點等展開對比（bǐ）分析，並就常見儀表誤差進行簡要分析（xī），旨為（wéi）更好地（dì）滿足現場實際測量需要。

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