在供熱企業(yè)中， 蒸汽的計(jì)量是關(guān)系到整個(gè)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(jì)利益的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。 因此，在蒸汽計(jì)量中如何最大限度地保障計(jì)量的準(zhǔn)確率， 正確設(shè)計(jì)和選用合理。
在經(jīng)過(guò) 10 余年的供汽生產(chǎn)，在蒸汽計(jì)量過(guò)程中，使用的孔、噴嘴等標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置、 渦街流量計(jì)、 彎管流量計(jì)、以及最近使用過(guò)的 V 形內(nèi)錐節(jié)流裝置。在此，根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)，談一下對(duì)這幾種流量計(jì)在實(shí)際應(yīng)用中的看法。
1孔板流量計(jì)
在蒸汽測(cè)量中， 孔板流量計(jì)已廣泛使用達(dá)幾十年之久，其優(yōu)勢(shì)是不言而喻的。 孔板流量計(jì)的價(jià)格便宜，國(guó)外早有成熟的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，我國(guó)也早已制定出標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) ，GB/T2624-93 就 是 等 效 采 用 ISO5157-（1991）的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。 因此孔板流量計(jì)是公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)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(zhǎng)期的使用過(guò)程中， 孔板流量計(jì)的缺點(diǎn)也越來(lái)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(wèn)題，隨著使用時(shí)間的增加流量系數(shù)越來(lái)越大，儀表示值越來(lái)越小，流速較高的場(chǎng)合，這種變化更是驚人。
（2）孔板的量程比較小，在實(shí)際應(yīng)用中為4：1～5：1，存在線性差等缺點(diǎn)。 在供汽、供熱計(jì)量中，由于用戶用量波動(dòng)很大，流量的上下限常常超過(guò) 10：1，甚至達(dá)到 20：1，這對(duì)孔板計(jì)量是非常困難的。 孔板流量計(jì)其實(shí)際的流量系數(shù)是隨著被測(cè)流體的雷諾數(shù) Re 的變化而變化，特別是在雷諾數(shù)為 2×103<Re<105內(nèi)，流量系數(shù)對(duì) Re 的變化非常敏感。 例如一個(gè)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=104時(shí)， 相當(dāng)于流量從額定工況下降到 20%額定工況下工作， 而這時(shí)的流出系數(shù)將不會(huì)保持設(shè)計(jì)的數(shù)值， 其變化增大 2.2%。
（3） 孔板的管路直管段長(zhǎng)度及孔板安裝的規(guī)范性要求高，而管道上閥門(mén)、彎頭、縮徑、分管等往往是不可避免的。 孔板對(duì)直管段的要求大多數(shù)很難滿足要求， 特別是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織公布了新修訂的 ISO5167:2003 （E）新標(biāo)準(zhǔn)后，提出了全新的和加長(zhǎng)的要求。 如：一個(gè) β=0.6 的孔板安在單個(gè) 90 度彎頭后，舊標(biāo)準(zhǔn)前直管段為 18D 而新標(biāo)準(zhǔn)為 42D。
（4）在多年的使用中發(fā)現(xiàn)，往往孔板的機(jī)械幾何尺寸難以保證。 按照國(guó)標(biāo)規(guī)定孔板的開(kāi)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(shí)際使用中，在設(shè)計(jì)時(shí)很難提供正確的管道直徑參數(shù)， 往往以公稱直徑代替管道直徑。 這樣一來(lái)，與實(shí)際值相差越大帶來(lái)的誤差越大。
（6）孔板流量計(jì)的壓損過(guò)大，一個(gè)孔板的β=0.45~0.75， 其壓力損失為最大差壓值的78%～47%， 顯然這對(duì)終端壓力已非常低的用戶是不合適的。
雖然孔板流量計(jì)有以上許多缺點(diǎn)， 但孔板流量計(jì)是所有節(jié)流式流量計(jì)內(nèi)外獲取數(shù)據(jù)最多的計(jì)量裝置， 如何對(duì)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(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置，因此在實(shí)際使用中，如果流量較為穩(wěn)定，充分考慮磨損問(wèn)題，及時(shí)對(duì)孔板進(jìn)行修正，在蒸汽計(jì)量中依然是十分可靠的。
2渦街流量計(jì)
對(duì)于渦街流量計(jì)，受早期國(guó)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(jì)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(jì)的優(yōu)點(diǎn)也得到重視。
渦街流量計(jì)的優(yōu)點(diǎn)主要為結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝維護(hù)方便；量程比較寬；在一定的雷諾數(shù)范圍內(nèi)輸出信號(hào)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(biāo)定系數(shù)而用于其他介質(zhì)；壓損小。
但是， 渦街流量計(jì)的缺點(diǎn)也是非常明顯的，主要為：
（1）它不適用于低雷諾數(shù)測(cè)量，所以低流速蒸汽測(cè)量受限。
（2）測(cè)量蒸汽溫度不能高于 300℃。
（3）不適合于測(cè)量不干凈的介質(zhì)。
（4）渦街流量計(jì)直管段要求較長(zhǎng)，在實(shí)際使用中不能低于 20D， 在孔板流量計(jì)直管段要求加長(zhǎng)的情況下， 渦街流量計(jì)如何獲取更多的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)， 對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)安裝前直管段的重要性更為突出。
（5）受現(xiàn)場(chǎng)震動(dòng)和電磁干擾影晌大，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況要求較嚴(yán)格。
（6）當(dāng)介質(zhì)流速過(guò)大，層流邊界層向湍流過(guò)渡，雷諾數(shù)超出測(cè)量范圍，系統(tǒng)無(wú)法建立，測(cè)量結(jié)果變小。
（7） 至于渦街流量計(jì)的干校驗(yàn)?zāi)壳吧袩o(wú)統(tǒng)一國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)， 因此各個(gè)廠家生產(chǎn)加工物理參數(shù)及標(biāo)定方式方法不能統(tǒng)一。
綜上所述，在蒸汽計(jì)量中，對(duì)于渦街流量計(jì)應(yīng)慎重使用， 合理選型， 充分考慮現(xiàn)場(chǎng)條件、雷諾數(shù)、流量波動(dòng)范圍等因素，對(duì)于每一臺(tái)渦街流量計(jì)必須實(shí)流標(biāo)定。 在充分積累實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的情況下盡早建立干校驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。
3彎管流量計(jì)
彎管流量計(jì)雖然距今已有 90 多年的歷史， 但是只是近十余年來(lái)在我國(guó)才有了實(shí)際應(yīng)用，在我公司使用已有 7、8 年的歷史。彎管流量計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是：無(wú)壓力損失，在蒸汽測(cè)量中節(jié)流件無(wú)可動(dòng)部件，堅(jiān)固結(jié)實(shí)，耐壓耐溫也較高。
對(duì)于彎管流量計(jì)在實(shí)際中的測(cè)量精度及可用性，提出幾點(diǎn)看法：
（1）在國(guó)際國(guó)內(nèi)所有的著書(shū)立學(xué)中，認(rèn)為彎管流量計(jì)測(cè)量精度較低，在《流量測(cè)量節(jié)流裝置設(shè)計(jì)手冊(cè)》 中明確指出： 在 R/D≥1.25，Re>104時(shí)， 彎管流量計(jì)的流出系數(shù)相對(duì)不確定度為±4%，因此精度并不高。
（2） 彎管在測(cè)量蒸汽時(shí)要求蒸汽流速不能低于 7m/s，否則會(huì)引起較大誤差。 這表明彎管流量計(jì)只能工作在高雷諾數(shù)區(qū)域內(nèi)， 流量下限的測(cè)量是比較困難的。
（3） 彎管流量計(jì)在對(duì)其測(cè)量原理的分析中，把流體在管道中流動(dòng)認(rèn)定是均速流動(dòng)的。在實(shí)際中， 流體在管道中流動(dòng)的速度是沿著管半徑方向開(kāi)形成一定的梯度的： 管中心的流速最快，越接近管壁速度越慢，把不是平均流速的流體當(dāng)成平均流速的流體來(lái)對(duì)待，對(duì)流量計(jì)的測(cè)量精度肯定要帶來(lái)一定的影晌。
（4）彎管流量計(jì)的差壓值較低，這樣對(duì)變送器就提出較高的要求，增大了投資成本。
（5）無(wú)法實(shí)現(xiàn)節(jié)流裝置的干校驗(yàn)，必須每臺(tái)表實(shí)流標(biāo)定。
因此，基于以上考慮，認(rèn)為彎管流量計(jì)在貿(mào)易結(jié)算中的使用還需實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的支持和時(shí)間的考驗(yàn)。
4 V形內(nèi)錐流量計(jì)
V形內(nèi)錐流量計(jì)的英文名為 V-CONE，它是近幾年發(fā)展起來(lái)的新型流量計(jì)， 它確實(shí)有許多其它流量計(jì)達(dá)不到的優(yōu)點(diǎn)。 主要有：①測(cè)量穩(wěn)定性好；②對(duì)被測(cè)介質(zhì)適應(yīng)能力強(qiáng)；③測(cè)量范圍寬；④適用雷諾數(shù)范圍寬；⑤對(duì)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(jì)原因。
但 V 形內(nèi)錐節(jié)流裝置目前仍是一種非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置，它目前無(wú)法替代孔板，主要有以下幾個(gè)問(wèn)題：
（1）V 形內(nèi)錐節(jié)流裝置迄今為止，國(guó)內(nèi)外資料都只有 V 形內(nèi)錐節(jié)流裝置的一些照片、簡(jiǎn)圖，沒(méi)有結(jié)構(gòu)形式和技術(shù)要求的詳細(xì)資料。目前， 國(guó)內(nèi)各生產(chǎn)廠仿制皆是自行設(shè)計(jì)、制造。 顯然結(jié)構(gòu)形式和技術(shù)要求不統(tǒng)一，無(wú)法進(jìn)行各廠產(chǎn)品性能的相互比較和評(píng)價(jià)。
（2） 目前 V 形內(nèi)錐節(jié)流出系數(shù)尚未見(jiàn)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(biāo)準(zhǔn)化時(shí)， 可膨脹性系數(shù)公式只是代表該廠家試驗(yàn)的結(jié)構(gòu)形狀的結(jié)果， 現(xiàn)在采用它作為通用的一個(gè)公式是沒(méi)有試驗(yàn)的根據(jù)的， 它只能作為一個(gè)參考的公式使用。
（3） 節(jié)流式差壓流量計(jì)現(xiàn)場(chǎng)影響量主要為二種流動(dòng)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(guó) 際 標(biāo) 準(zhǔn)ISO5167（1980 年版）經(jīng)典文丘里管的直管段長(zhǎng)度要求是很短的，其數(shù)據(jù)如下：
90°單彎頭 β＝0.3~0.75 時(shí) ，L=0.5D~4.5D（L－節(jié)流件上游直管段長(zhǎng)度）； 在同一平面上90°雙彎頭 β＝0.3~0.75 時(shí)，L=1.5D~4.5D；在不同平面上 90°雙彎頭 β＝0.3~0.75 時(shí)，L=0.5D~29.5D。
新修訂標(biāo)準(zhǔn) ISO5167:2003（E）的數(shù)據(jù)如下：
90°單彎頭 β＝0.3~0.75 時(shí)，L=8D~16D；在同一平面或不同平面上 90°雙彎頭 β＝0.3~0.75 時(shí)，L=8D~22D。
在 FLOMEKO2004 會(huì)議上， 英國(guó)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(duì)經(jīng)典文丘里管的研究試驗(yàn)，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(yàn)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(shuō)明試驗(yàn)應(yīng)在更廣泛的范圍內(nèi)進(jìn)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(chǎng)安裝條件的研究試驗(yàn)應(yīng)該繼續(xù)進(jìn)行， 才能得出可靠的結(jié)論。
（4）壓損問(wèn)題
標(biāo)準(zhǔn)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：
孔板：β＝0.45~0.75，ΔwΔp=0.78%~0.47%；
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(jiàn)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(jì)為我們蒸汽計(jì)量提供了一種新的方法和思路， 但它是一種非標(biāo)準(zhǔn)的節(jié)流裝置， 在使用中亦應(yīng)要求其實(shí)流標(biāo)定，嚴(yán)格安裝條件，在可能的情況下盡量加大直管段，減少現(xiàn)場(chǎng)影響量。
以上是我公司在使用中遇到的幾種用于蒸汽計(jì)量的流量計(jì)。 蒸汽計(jì)量是一個(gè)難題，每一種計(jì)量裝置都有其優(yōu)缺點(diǎn)， 分析其優(yōu)劣點(diǎn)在于在實(shí)際使用中根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的使用條件應(yīng)合理設(shè)計(jì)和選型，靈活使用流量計(jì)，不可拘泥于一格，努力保證計(jì)量的準(zhǔn)確性。
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