蒸汽流量計如何實現溫壓補償及補償特點

一、引言

    蒸汽作為一種十分特殊的介質，在流量計量過程中會表現出特殊的現象和問題。其中zui關鍵的問題是蒸汽密度值偏離設計值過多，給測量結果帶來的顯著的測量誤差，而目前階段技術成熟的密度檢測儀表尚未成功應用，給蒸汽流量測量帶來一定的困難。蒸汽在電力、鋼鐵、石化、紡織、城市供熱等生產、生活領域有著廣泛的應用，準確地測量蒸汽流量對生產過程的自動控制、計劃管理、商務結算以及節約能源、提高經濟效益等方面都有重要意義。蒸汽是汽輪機的工質，在能量轉換過程中準確測量計算出實際蒸汽的消耗量是分析評價工業汽輪機裝置效率的重要前提。目前蒸汽流量的測量通常采用渦街作為一次元件，其制造、安裝方便，成本低廉。在設計蒸汽參數條件下，蒸汽通過渦街傳感器后產生的旋窩頻率與蒸汽流量之間有準確的對應關系。

但在實際測量過程中，由于蒸汽溫度、壓力等參數是處于變化和波動中的，甚至遠離渦街的設計工況參數。在正常參數波動范圍內，工業汽輪機是按照無運行限制要求設計的，但對蒸汽流量測量，如果不對這種參數波動加以補償修正，根據測量計算得出的結果會與實際流量有很大的差異。由于對這種補償修正計算并沒有統一的方法和標準，實踐中常為采用何種補償方法所困擾。而提出一種合適的蒸汽參數波動補償計算方法，并在后續的編程系統中實現其補償計算，對實現蒸汽流量的正確測量又是至關重要的。

    二、在線密度補償實現方法

    隨著微電子技術在儀表中的廣泛應用。儀表的計算功能、補償修正功能、累計功能、歷史數據存儲功能、數字濾波功能、輸出功能、數字通訊功能等等都能夠容易地實現。因此，在線密度補償己經成為蒸汽計量儀表一種*的基本功能而被廣泛的使用。

    1、飽和蒸汽在線密度補償。

    飽和蒸汽的溫度與壓力之間有著嚴格的一一對應關系。飽和蒸汽的密度可以是其溫度或者是其壓力的單一函數。根據飽和蒸汽的溫度值或者是壓力值的大小，通過查表法或公式計算法（IFC1967或IAPW-1997）可得到實時密度值。

    在流量測量中，可選擇溫度補償或壓力補償型渦街流量計實現。至選擇帶有溫度補償功能的渦街流量計即可。開啟流量計溫度傳感器，實時檢測所測蒸汽溫度，從而得到對應密度值。

    2、過熱蒸汽在線密度補償

    過熱蒸汽是將飽和蒸汽進行再加熱后獲得的一種具有特殊品質的蒸汽。它打破了飽和蒸汽所固有的溫度與壓力嚴格一一對應的關系。在流量測量過程中可以將過熱蒸汽作為單一介質看待。過熱蒸汽的密度是其溫度和壓力的綜合函數。在渦街流量計訂購時要選擇溫度、壓力補償型。在實際使用時，同時開啟溫度、壓力傳感器實時測量蒸汽溫度、壓力值，密度值可以根據過熱蒸汽密度表或密度計算公式準確計算獲得。

   三、一次性補償實現方法

    首先確定蒸汽的工作參數—溫度和壓力，根據工作參數確定蒸汽工作狀態下的密度，將該密度作為將來流量測量過程中蒸汽的*密度進行孔板計算。在工作中不再對蒸汽的實際變化進行補償或修正，這就是所謂的一次性計算補償法。

    如果在運行中，蒸汽的工作參數與設計時的設定值保持一致，蒸汽流量測量的準確性是可以得到保證的。如果實際工作條件下參數有所偏離，甚至偏離很大，則測量結果的偏差就可能很大。

    一次性補償方法，在自動檢測技術發展初期所采用的計量方式，測量結果誤差大，可作為粗略計量使用。這樣的設計手段在目前廣泛流行的流量節流裝置設計手冊中仍然在使用。

    四、渦街流量計實際應用的中的密度補償

    1、渦街流量計測量原理

    渦街流量計是應用流體振蕩原理來測量流量的，流體在管道中經過渦街流量傳感器時，在三角柱的漩渦發生體后上下交替產生正比于流速的兩列旋渦，旋渦的釋放頻率與流過漩渦發生體的流體平均速度及漩渦發生體特征寬度有關，可用下式表示：f=St?v/d

    式中：f—旋渦釋放頻率，??????

    ν—流過漩渦發生體的流體平均速度，m/s；

    d—旋渦發生體特征寬度，m

    St—為斯特羅哈數，無量綱。

    St的數值范圍為0.14-0.27。St是雷諾數的函數，St=f（1/Re）。當雷諾數Re在20000一7000000范圍內，St值約為0.2，因此，在測量中，要盡量滿足流體的雷諾數在20000-7000000，旋渦頻率f=0.2v/d。

    由此可知，通過測量旋渦頻率就可以計算出流過漩渦發生體的流體平均速度v，再由公式QV=vA可以求得流量QV，其中，A為流體流過漩渦發生體的截面積，zui終得到體積流量公式：

    QV=πD²df/4Sr

    當旋渦在發生體兩側產生時，利用壓電傳感器測處于流體流向垂直的交變升力變化，將升力的變化轉換為電的頻率信號，再將頻率信號進行放大和整形，輸出體積流量值到二次儀表，進行累積并顯示。

    2、渦街流量計密度補償方法。

    渦街流量計要實現在線密度補償，有兩種方式可實現。

    一種是通過分別安裝溫度、壓力儀表和智能積算儀與渦街流量計組合實現流量在線溫壓補償，第二種是通過溫壓補償型渦街流量計來實現。

    （1）渦街流量計集成溫度、壓力、頻率傳感器，以實現溫度、壓力、頻率實時檢測。溫度、壓力、頻率信號通過自身轉換器進行信號處理、補償運算，來減小測量誤差。在孔板流量計測量蒸汽流量時，通常采用分別安裝溫度、和壓力儀表來進行溫度壓力補償可解決上述問題。但在渦街流量計應用于蒸汽計量中，不必那么麻煩，可通過選購集溫度、壓力補償功能于一體的渦街流量計完成溫壓補償要求，輸出的流量便是度更高的補償后的質量流量值。

    （2）軟件功能修正。渦街流量計一旦出廠后，體積流量只與測量頻率有關，但實際蒸汽計量中要求記錄質量流量，根據公式QM=QV?ρOP

    可知，實際測量應用中，必須知道實時密度方可實現質量測量。可見，實時密度檢測是關鍵。渦街流量計軟件中做有兩種模型密度修正辦法：

    飽和蒸汽：溫度查密度表；

    過熱蒸汽：溫度、壓力查密度表；

    兩種模型是針對測量蒸汽用，它是將蒸汽密度表格直接做到軟件中，只要知道介質溫度、壓力，就進行密度查詢，并結合測體積流量進行自動計算，實現質量流量檢測。

    五、結束語

    在實際蒸汽計量應用中，蒸汽的計量大多采用渦街和孔板流量計兩種計量儀表，但要做到計量，必須進行在線密度補償。飽和蒸汽采用溫度或壓力補償，溫度補償較壓力補償更節省投資，過熱蒸汽則采用溫度、壓力同時參與補償。選用合適的補償方式，可使計量誤差消除或降到很小。