0 引言

 

　　蒸汽是工業(yè)生產(chǎn)過程中重要的二次能源，許多科技工作者對蒸汽流量的準(zhǔn)確計(jì)量進(jìn)行了研究，并積累了一些經(jīng)驗(yàn)[1-3]。目前最常用的是差壓式流量計(jì)和渦街流量計(jì)，并配以蒸汽密度補(bǔ)償。而蒸汽密度補(bǔ)償一般采用蒸汽壓力、溫度補(bǔ)償?shù)姆椒?，分別由安裝在管道上的壓力變送器和溫度變送器(Pt100鉑電阻)來實(shí)現(xiàn)。流量計(jì)及其用于密度補(bǔ)償?shù)膲毫?、溫度變送器的正確安裝和設(shè)定將對蒸汽流量計(jì)量的準(zhǔn)確度帶來直接的影響[4]，從差壓式流量計(jì)的不確定度合成中我們也可以清楚地看到這一點(diǎn)[5]。不同狀態(tài)的蒸汽，其蒸汽密度與壓力、溫度的關(guān)系模型是有根本區(qū)別的。在應(yīng)用中，由于忽略了蒸汽狀態(tài)對流量計(jì)配套選型的要求，因而帶來很大的計(jì)量誤差，也因此引起了許多計(jì)量糾紛。

 

　　1、蒸汽流量測量原理

 

　　在蒸汽流量計(jì)量中，最常用的流量計(jì)是差壓式流量計(jì)和渦街流量計(jì)[6]。

 

　　差壓式流量計(jì)的理論依據(jù)是伯努利方程和流動(dòng)連續(xù)性方程。當(dāng)流體流經(jīng)節(jié)流裝置，使部分壓力能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能，產(chǎn)生差壓信號，而這一差壓與流量的平方成正比，其數(shù)學(xué)模型為：　

 

 

 

 

　　式中：qm為蒸汽質(zhì)量流量，T/h; C為流出系數(shù);ε為可膨脹性系數(shù);d為節(jié)流件孔徑，m; ρ為節(jié)流件蒸汽密度，kg/m3;△P為節(jié)流件上下游差壓，Pa;E為漸近速度系數(shù)。

 

　　渦街流量計(jì)的理論依據(jù)是流體振蕩原理。流體在管道中經(jīng)過渦街流量變送器時(shí)，在三角柱的旋渦發(fā)生體后上下交替，產(chǎn)生正比于流速的兩列旋渦，旋渦的釋放頻率與流過旋渦發(fā)生體的流體平均速度及旋渦發(fā)生體特征寬度有關(guān)，可用以下公式表示：　　

 

 

 

 

　　式中：f為旋渦的釋放頻率，Hz;k為流量系數(shù)，l/L; ρ為蒸汽密度，kg/m3;ν為流過旋渦發(fā)生體的流體平均速度，m/s; d為旋渦發(fā)生體特征寬度，m;St為斯特羅哈數(shù)，無量綱，當(dāng)雷諾數(shù)Re在102~105范圍內(nèi)，St值約為0.2。

 

　　從式(2)和式(4)可以看出，蒸汽質(zhì)量流量與蒸汽密度直接相關(guān)。因此，常用Pt100鉑電阻測量得到的介質(zhì)溫度信號和壓力變送器測量得到的介質(zhì)壓力信號作為密度補(bǔ)償信號，渦街流量計(jì)對蒸汽流量進(jìn)行密度修正。對飽和蒸汽，蒸汽密度ρ只與壓力P有關(guān)，即ρ=ρ(p);而對于過熱蒸汽，蒸汽密度ρ與壓力P的關(guān)系和溫度T有關(guān)，即ρ=ρ(p，T)。

 

　　2 蒸汽狀態(tài)對蒸汽流量計(jì)量的影響

 

　　根據(jù)蒸汽密度表[7]，我們可以方便地得到飽和蒸汽密度與蒸汽壓力的關(guān)系、過熱蒸汽密度與蒸汽壓力以及溫度的關(guān)系。不同蒸汽壓力下，飽和蒸汽密度與壓力關(guān)系如圖l(a)所示;同樣在蒸汽壓力為0.8 MPa、0.9MPa及1.0MPa時(shí)，對于過熱蒸汽在不同溫度下，過熱蒸汽密度、壓力與溫度之間的關(guān)系如圖1(b)所示?！　?/div>