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蒸汽相變對(duì)流量測(cè)量的影響

  水蒸氣顧名思義是氣相，但在一定條件下會(huì)變成液相；飽和水蒸氣中的水滴本是液相，但在一定條件會(huì)被蒸發(fā)變成氣相。這是蒸汽質(zhì)量流量測(cè)則量中常常碰到的汽水相變。

在推導(dǎo)式質(zhì)量流量計(jì)中，關(guān)鍵環(huán)節(jié)是蒸汽密度的求取，蒸汽相變發(fā)生后，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，因此必須認(rèn)真對(duì)待。

(1)氣相變液相

過(guò)熱蒸汽在經(jīng)過(guò)長(zhǎng)距離輸送后，往往會(huì)因?yàn)闊崃繐p失、溫度降低，使其從過(guò)熱狀態(tài)進(jìn)入飽和狀態(tài)，甚至部分蒸汽冷凝出現(xiàn)相變而變成水滴。這些水滴對(duì)流量測(cè)量結(jié)果究竟有多大影響，下面舉例說(shuō)明。

①選用渦街流量計(jì)時(shí)濕度對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響

渦街流量計(jì)的輸出僅與流過(guò)測(cè)量管的流體流速成正比，在測(cè)量濕飽和蒸汽時(shí)，水滴對(duì)渦街流量計(jì)輸出的影響可忽略，故可認(rèn)為渦街流量計(jì)的輸出完全是由濕蒸汽的干部分所引起。而干部分的密度，無(wú)論是壓力補(bǔ)償或溫度補(bǔ)償，都可較精確地查出。

蒸汽計(jì)量的結(jié)果往往作為供需雙方經(jīng)濟(jì)結(jié)算的依據(jù)，如果雙方約定按蒸汽干部分結(jié)算費(fèi)用，冷凝水不收費(fèi)，則在本例中相變對(duì)測(cè)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(fèi)，則渦街流量計(jì)的計(jì)量結(jié)果偏低值為1-X。

②選用孔板流量計(jì)時(shí)濕度對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響

從GB/T2624-2006標(biāo)準(zhǔn)知，孔板流量計(jì)測(cè)量蒸汽質(zhì)量流量時(shí)有式(3.1)。

當(dāng)過(guò)熱蒸汽熱量損失而脫離過(guò)熱狀態(tài)后，只可能出現(xiàn)兩種情況。一種是進(jìn)入臨界飽和狀態(tài)，另一種是進(jìn)入過(guò)飽和狀態(tài)。如果進(jìn)入臨界飽和狀態(tài)，從理論上講，流量計(jì)不會(huì)因此而增大誤差，因?yàn)樵谑?3.1)中，根據(jù)蒸汽壓力查出的ρ₁與實(shí)際密度是相符的。如果進(jìn)入過(guò)飽和狀態(tài)，情況就復(fù)雜了。

一般認(rèn)為，蒸汽干度較高(X≥95%)時(shí)流體表現(xiàn)為均相流動(dòng)。溫壓補(bǔ)償可按通常方法進(jìn)行；但出現(xiàn)一定誤差。在式(3.1) 中，ρ₁是實(shí)際流體濕飽和蒸汽的密度，其值比臨界飽和狀態(tài)的大，而且干度越低密度越大。而人們根據(jù)壓力查出的是臨界飽和狀態(tài)的密度，比實(shí)際密度小，所以質(zhì)量流量計(jì)算結(jié)果出現(xiàn)負(fù)誤差。在濕度不進(jìn)行測(cè)量的情況下，X是未知數(shù)，因此，測(cè)量結(jié)果偏低多少是個(gè)未知數(shù)。

在蒸汽干度較低(X≤95%)時(shí)，管道中的流體出現(xiàn)分層流動(dòng)，產(chǎn)生誤差更大。

(2)濕飽和蒸汽變成過(guò)熱蒸汽

濕飽和蒸汽變成過(guò)熱蒸汽，一般發(fā)生在濕飽和蒸汽突然較大幅度減壓，流體出現(xiàn)絕熱膨脹時(shí)。

①相變過(guò)程

濕飽和蒸汽中的蒸汽和水滴，處于氣液相平衡狀態(tài)，在壓力突然降低而低于平衡壓力時(shí)，水滴部分蒸發(fā)，同時(shí)從液相和氣相中吸收汽化熱，使氣液相溫度降低。如果溫度降低得不多或蒸發(fā)前濕度較高，都會(huì)使溫度迅速降低到與新的壓力所對(duì)應(yīng)的飽和溫度，建立新的平衡。這時(shí)蒸汽仍為濕飽和蒸汽。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(duì)應(yīng)的飽和溫度，則蒸汽變?yōu)檫^(guò)熱狀態(tài)。

② 蒸發(fā)對(duì)流量測(cè)量的影響

a.上述蒸發(fā)發(fā)生后得到的兩種結(jié)果，前一種對(duì)補(bǔ)償無(wú)影響，僅僅是蒸汽中的干部分增加，干度相應(yīng)增大。

b.如果蒸發(fā)發(fā)生后，蒸汽變?yōu)檫^(guò)熱狀態(tài)，而流量計(jì)又恰巧安裝在減壓之后的管道上。這時(shí)對(duì)流量計(jì)的影響分以下三種情況。

設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)考慮到蒸汽變?yōu)檫^(guò)熱狀態(tài)，或處于何種狀態(tài)難以確定，或有時(shí)是過(guò)熱狀態(tài)有時(shí)是飽和狀態(tài)，所以采用溫壓補(bǔ)償，則上述相變對(duì)測(cè)量結(jié)果無(wú)影響。

設(shè)計(jì)時(shí)按飽和蒸汽考慮，而且采用壓力補(bǔ)償，則上述相變將帶來(lái)較小的誤差，即過(guò)熱蒸汽溫度同飽和溫度之差所對(duì)應(yīng)的密度差造成的補(bǔ)償誤差。

設(shè)計(jì)時(shí)按飽和蒸汽考慮，但采用溫度補(bǔ)償，則將過(guò)熱蒸汽溫度當(dāng)作飽和溫度去查密度表。一般會(huì)引起較大的誤差。

③ 舉例。有一化工廠，鍋爐房供飽和蒸汽，并根據(jù)各用戶(hù)中蒸汽壓力要求值最高的一個(gè)決定鍋爐供汽壓力為1.0MPa，多數(shù)用戶(hù)在蒸汽總管進(jìn)裝置時(shí)先經(jīng)減壓閥減壓?，F(xiàn)從圖3.13 所示的一個(gè)實(shí)例著手進(jìn)行分析。

用作進(jìn)入裝置蒸汽計(jì)量的渦街流量計(jì)安裝在減壓(穩(wěn)壓)閥之后。原設(shè)計(jì)按飽和蒸汽考慮，采用溫度補(bǔ)償。經(jīng)減壓，蒸汽總管帶入的水滴蒸發(fā)完后汽溫仍高于飽和溫度，呈過(guò)熱狀態(tài)，現(xiàn)場(chǎng)采集到的數(shù)據(jù)如圖所示。