摘(zhai)要：詳細(xi)介紹了(le)蒸汽汽(qi)錘的成(cheng)因和汽(qi)錘的5種(zhong)具體的(de)物⛱️理形(xing)态。在此(ci)基礎上(shang)，安裝在(zai)蒸汽管(guan)線上的(de) 渦街流(liu)量 和 孔(kong)闆流量(liang)計 的設(she)計選型(xing)，進行了(le)詳細的(de)比較和(he)分析。并(bing)對比了(le)蒸🏃🏻‍♂️汽流(liu)量測🚩量(liang)的種不(bu)同的溫(wen)壓補償(chang)設計方(fang)案。然後(hou)，對氣動(dong)球閥和(he)氣動單(dan)座閥在(zai)蒸汽工(gong)況下的(de)應🧑🏽‍🤝‍🧑🏻用也(ye)進行了(le)深入探(tan)讨。最後(hou)，指出了(le)于蒸汽(qi)工況下(xia)流量計(ji)和氣動(dong)開關🐉閥(fa)設計選(xuan)型的若(ruo)幹建議(yi)。
1.概述
　　化(hua)工行業(ye)經常使(shi)用飽和(he)蒸汽對(dui)工藝介(jie)質進行(hang)加熱📧，因(yin)此蒸汽(qi)管線在(zai)化工廠(chang)裏随處(chu)可見。蒸(zheng)汽管線(xian)中的飽(bao)和蒸汽(qi)很容易(yi)發生冷(leng)凝，并形(xing)成冷凝(ning)水。如☔果(guo)蒸汽管(guan)線過長(zhang)，且未進(jin)行合理(li)支撐🙇‍♀️，那(na)麽，在重(zhong)力的作(zuo)用下，管(guan)道的中(zhong)🤞間部分(fen)會下垂(chui)，并在蒸(zheng)汽管線(xian)停用後(hou)，積存一(yi)部分冷(leng)凝水。蒸(zheng)汽疏水(shui)閥設置(zhi)和安裝(zhuang)的不合(he)理，也會(hui)導緻蒸(zheng)汽管👉路(lu)的排水(shui)不暢。當(dang)蒸汽管(guan)線再次(ci)啓用時(shi)，入管道(dao)的蒸汽(qi)和積存(cun)在管道(dao)内的冷(leng)凝水相(xiang)遇，就會(hui)在管道(dao)内形成(cheng)汽錘。汽(qi)錘會對(dui)安裝在(zai)蒸汽管(guan)線上的(de)設備、儀(yi)表和閥(fa)門造成(cheng)破🔴壞。此(ci)外，蒸汽(qi)的溫度(du)也較高(gao)。在工程(cheng)設計中(zhong)，對這些(xie)不利因(yin)素都應(ying)加以考(kao)慮和✏️防(fang)範。
2.汽錘(chui)的物理(li)形态
　　汽(qi)錘有以(yi)下5種主(zhu)要的物(wu)理形态(tai)：
1）蒸汽管(guan)線裏積(ji)存的冷(leng)凝水，在(zai)蒸汽的(de)加熱下(xia)快速蒸(zheng)發，使得(de)管道内(nei)的氣體(ti)體積迅(xun)速膨脹(zhang)，壓力上(shang)升，從而(er)對安裝(zhuang)在管線(xian)♊上的⛹🏻‍♀️儀(yi)表和閥(fa)門形成(cheng)壓力沖(chong)擊。
2）蒸汽(qi)流速過(guo)快，部分(fen)蒸汽沖(chong)入積存(cun)的冷凝(ning)水之中(zhong)，使得中(zhong)💯間一段(duan)管道全(quan)部被蒸(zheng)汽占據(ju)，而兩側(ce)則仍然(ran)是冷凝(ning)水，當這(zhe)部分蒸(zheng)汽在冷(leng)凝水中(zhong)發生冷(leng)凝時，形(xing)成局部(bu)真空，使(shi)冷凝水(shui)從🍉兩頭(tou)向✌️中間(jian)快速流(liu)動，填補(bu)真空，并(bing)發生激(ji)烈碰撞(zhuang)，在管線(xian)中産生(sheng)較大的(de)壓強和(he)沖擊波(bo)。
3）冷凝水(shui)在管線(xian)底部，被(bei)進入管(guan)線的蒸(zheng)汽吹動(dong)，向下遊(you)流動，像(xiang)海水被(bei)海風吹(chui)拂着，形(xing)成了海(hai)浪。當管(guan)線上的(de)👈開關閥(fa)關閉過(guo)于迅速(su)時，流動(dong)的冷凝(ning)水漣漪(yi)，也會如(ru)海浪疊(die)加撞擊(ji)岸邊的(de)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻峭壁一(yi)樣，疊加(jia)撞擊并(bing)損壞開(kai)關閥的(de)閥内件(jian)。
4）如果蒸(zheng)汽管線(xian)上的開(kai)關閥打(da)開過快(kuai)，則閥後(hou)的冷凝(ning)水🤟有可(ke)能會被(bei)高速流(liu)動的蒸(zheng)汽吹起(qi)，如子彈(dan)一般的(de)，撞擊💋下(xia)遊的管(guan)件和儀(yi)表，并造(zao)成相應(ying)的損壞(huai)。
5）如果蒸(zheng)汽管線(xian)上的開(kai)關閥打(da)開過快(kuai)，蒸汽流(liu)速較快(kuai)✨，則蒸汽(qi)會和原(yuan)積存在(zai)管線内(nei)的，低溫(wen)的冷凝(ning)水混合(he)♍在一起(qi)，并在冷(leng)🔞凝水内(nei)部形成(cheng)由蒸汽(qi)構成的(de)🔞氣泡，當(dang)這些蒸(zheng)汽氣泡(pao)破裂時(shi)，周圍的(de)冷凝水(shui)在瞬間(jian)填補蒸(zheng)汽氣泡(pao)破裂後(hou)形成的(de)空間，形(xing)❓成高壓(ya)強，并破(po)壞臨近(jin)的管件(jian)、閥門和(he)儀表。這(zhe)個💁過程(cheng)有點類(lei)似于氣(qi)蝕裏的(de)空化。
3.渦(wo)街流量(liang)計和孔(kong)闆流量(liang)計分别(bie)應用于(yu)蒸汽管(guan)線
　　渦街(jie)流量計(ji)通常是(shi)利用差(cha)動電容(rong)，測量漩(xuan)渦發生(sheng)❄️體後産(chan)生的卡(ka)門渦街(jie)的漩渦(wo)頻率，從(cong)而推算(suan)出被測(ce)流體的(de)流量。其(qi)量程比(bi)大緻爲(wei)10∶1。孔闆流(liu)量計則(ze)是通過(guo)測量孔(kong)闆前後(hou)的壓差(cha)，由伯努(nu)利方程(cheng)（孔闆兩(liang)側的壓(ya)差的開(kai)方值，與(yu)流經孔(kong)闆的流(liu)體的流(liu)量成正(zheng)比），推算(suan)出流體(ti)的流量(liang)。其量程(cheng)比比渦(wo)街流量(liang)計🈲狹窄(zhai)，大緻爲(wei)3∶1。當渦街(jie)流量計(ji)和孔闆(pan)流量計(ji)分别應(ying)用在蒸(zheng)汽管線(xian)上💋時：
1）渦(wo)街流量(liang)計測量(liang)漩渦的(de)差動電(dian)容是完(wan)全處于(yu)蒸汽✍️管(guan)線内部(bu)的。因此(ci)，差動電(dian)容幾乎(hu)時刻處(chu)于高溫(wen)之中，其(qi)使用壽(shou)命較短(duan)。孔闆流(liu)量計分(fen)兩種：一(yi)體化孔(kong)闆流量(liang)計和帶(dai)冷凝罐(guan)的孔闆(pan)流量計(ji)。一體化(hua)孔闆流(liu)量計的(de)差壓測(ce)㊙️量元件(jian)，在管道(dao)上方，并(bing)不在管(guan)道内。而(er)帶冷凝(ning)罐的孔(kong)闆流量(liang)計，其差(cha)✊壓測量(liang)元件，隻(zhi)接觸冷(leng)凝✉️罐内(nei)的冷凝(ning)水，與蒸(zheng)汽是完(wan)全隔絕(jue)的。因此(ci)，孔闆流(liu)量計差(cha)壓測量(liang)元件的(de)使用壽(shou)命較長(zhang)。
　　渦街流(liu)量計通(tong)過可動(dong)部件（通(tong)常爲機(ji)械件極(ji)小的☁️位(wei)移🔆），去檢(jian)🈲測👌卡門(men)渦街的(de)漩渦，并(bing)通過機(ji)械傳動(dong)，将這一(yi)物理位(wei)移傳遞(di)給差👅動(dong)電容。當(dang)蒸汽管(guan)線内發(fa)🏃生汽錘(chui)時，該可(ke)🐉動部件(jian)将受到(dao)較大的(de)沖擊力(li)，有可能(neng)發生永(yong)久形變(bian)。同時，差(cha)動電容(rong)本身也(ye)可能被(bei)該💛可動(dong)部件傳(chuan)來的力(li)直接破(po)壞，從而(er)導🐉緻渦(wo)街流量(liang)計傳感(gan)器損壞(huai)💜。而孔闆(pan)流量計(ji)則沒有(you)任何可(ke)動部件(jian)。且安裝(zhuang)在管道(dao)内，作爲(wei)孔闆流(liu)量計一(yi)次測量(liang)部件的(de)孔闆，機(ji)構簡單(dan)✔️，非常堅(jian)固。因此(ci)，孔闆流(liu)量計很(hen)難被汽(qi)錘打壞(huai)。
　　當汽錘(chui)發生時(shi)，蒸汽管(guan)線内的(de)蒸汽受(shou)到壓力(li)波的幹(gan)擾，流場(chang)發生紊(wen)亂，管線(xian)本身也(ye)強烈震(zhen)動。這會(hui)嚴重幹(gan)擾卡門(men)渦街的(de)穩定生(sheng)成，從而(er)影響渦(wo)街流量(liang)計的正(zheng)常測量(liang)。當然，對(dui)🔴渦街流(liu)量計兩(liang)側的管(guan)道，進行(hang)額外的(de)加固支(zhi)撐，可以(yi)在一定(ding)程度上(shang)減輕渦(wo)街流量(liang)計的震(zhen)動。但卻(que)無法🔞消(xiao)除，臨近(jin)管道内(nei)所發生(sheng)的汽錘(chui)所帶來(lai)的管道(dao)内蒸汽(qi)流場本(ben)身的紊(wen)亂和波(bo)動。而對(dui)孔闆流(liu)量計來(lai)說，汽錘(chui)所産生(sheng)的管道(dao)震動和(he)流場紊(wen)亂，并不(bu)會影響(xiang)孔闆前(qian)後的壓(ya)差，也就(jiu)不會影(ying)響孔闆(pan)流量計(ji)進行準(zhun)确可靠(kao)的流量(liang)測量。
4.蒸(zheng)汽流量(liang)測量的(de)溫壓補(bu)償
　　蒸汽(qi)管線流(liu)量計設(she)計選型(xing)的另一(yi)個要點(dian)是溫壓(ya)補償。蒸(zheng)汽在化(hua)工生産(chan)中的主(zhu)要作用(yong)是對工(gong)藝介質(zhi)進行加(jia)熱，工藝(yi)設計師(shi)和生産(chan)操作員(yuan)所關心(xin)的是蒸(zheng)汽📧的質(zhi)量❄️流量(liang)，而不是(shi)體👌積流(liu)量。但渦(wo)街流量(liang)計和孔(kong)闆流量(liang)計都是(shi)體積流(liu)量計，無(wu)法直接(jie)測量⚽質(zhi)量流量(liang)。因此，必(bi)須對渦(wo)街流量(liang)計和🈲孔(kong)闆流量(liang)計💋的測(ce)量結果(guo)進行溫(wen)壓補償(chang)。過熱蒸(zheng)汽的溫(wen)度和壓(ya)力沒有(you)對應關(guan)系，需對(dui)過熱蒸(zheng)汽的體(ti)積流量(liang)同時進(jin)行溫度(du)補償和(he)壓力補(bu)償。飽和(he)蒸汽的(de)溫度和(he)壓力是(shi)一一對(dui)應的，隻(zhi)需♊對飽(bao)和蒸汽(qi)的體積(ji)流量進(jin)🚩行單一(yi)的溫度(du)補償或(huo)壓🐅力補(bu)償即可(ke)。
　　溫壓補(bu)償有兩(liang)種方案(an)。第一種(zhong)是在流(liu)量計内(nei)集成✊溫(wen)度測量(liang)和壓力(li)測量元(yuan)件，并在(zai)變送器(qi)内進行(hang)溫🌐壓補(bu)償計算(suan)，然後将(jiang)補償💚後(hou)的質量(liang)流量信(xin)号傳給(gei)集散控(kong)制系統(tong)（DCS）。第二種(zhong)㊙️方案是(shi)在管線(xian)上加裝(zhuang)溫度變(bian)送器和(he)壓力變(bian)送器，然(ran)後将測(ce)得的壓(ya)力信号(hao)，和蒸汽(qi)流量計(ji)測得的(de)補償前(qian)的體積(ji)流量信(xin)号，一起(qi)上傳DCS，并(bing)在DCS内🔞根(gen)據公式(shi)進行溫(wen)壓補償(chang)計算。
　　對(dui)過熱蒸(zheng)汽來說(shuo)，僅有個(ge)别品牌(pai)的渦街(jie)流量計(ji)和孔‼️闆(pan)流量🎯計(ji)，同時集(ji)成了溫(wen)度測量(liang)和壓力(li)測量的(de)功能，而(er)這🔴些型(xing)号的流(liu)量計價(jia)格也較(jiao)貴。當溫(wen)度或壓(ya)力測量(liang)元件損(sun)壞後，需(xu)更換整(zheng)個流量(liang)計，則更(geng)換成本(ben)和備品(pin)備件成(cheng)本都非(fei)常昂貴(gui)。而采❗用(yong)第二種(zhong)🍉設計方(fang)案，不但(dan)采購和(he)更換成(cheng)本低，同(tong)✊時，也可(ke)将過熱(re)蒸汽管(guan)線内的(de)溫度和(he)壓力信(xin)号一起(qi)上傳至(zhi)DCS。有利于(yu)生産💋操(cao)作人員(yuan)更好的(de)掌握蒸(zheng)汽管線(xian)内的實(shi)際工況(kuang)。
　　對飽和(he)蒸汽來(lai)說，可提(ti)供單一(yi)溫度補(bu)償的渦(wo)街流量(liang)計或孔(kong)闆流量(liang)計都較(jiao)爲常見(jian)，采購和(he)更換成(cheng)本都相(xiang)對較低(di)。且采用(yong)第一種(zhong)方案可(ke)以簡化(hua)設計，減(jian)少施工(gong)現場的(de)施工量(liang)和未來(lai)運行階(jie)段的維(wei)護工作(zuo)量，因此(ci)相對較(jiao)爲合理(li)。
5.球閥切(qie)斷閥和(he)單座切(qie)斷閥分(fen)别應用(yong)于蒸汽(qi)管線🥵
　　與(yu)管道專(zhuan)業不同(tong)，儀表專(zhuan)業通常(chang)不會選(xuan)擇單座(zuo)閥⭐作爲(wei)氣🤞動切(qie)斷閥。這(zhe)不僅僅(jin)是因爲(wei)單座閥(fa)所占用(yong)的安✉️裝(zhuang)空間較(jiao)📱大，也是(shi)因爲單(dan)座閥的(de)開關速(su)度比球(qiu)閥更💔慢(man)。但在蒸(zheng)汽管線(xian)上，和氣(qi)動球閥(fa)相比，氣(qi)動單座(zuo)切斷閥(fa)卻有若(ruo)幹優勢(shi)：
蒸汽汽(qi)錘的破(po)壞力驚(jing)人，實際(ji)工業生(sheng)産中，不(bu)止一次(ci)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼發生過(guo)閥門被(bei)汽錘打(da)壞的案(an)例。球閥(fa)的閥體(ti)和閥芯(xin)比較單(dan)薄🌈，所用(yong)鋼材較(jiao)少，結構(gou)相對脆(cui)弱。而單(dan)座閥的(de)📐閥體和(he)閥芯用(yong)料厚實(shi)，結構堅(jian)固。當汽(qi)錘發生(sheng)在切斷(duan)閥附近(jin)時，閥體(ti)和閥内(nei)件會承(cheng)受較大(da)的沖擊(ji)力。此時(shi)🏃，單座閥(fa)會比球(qiu)閥更加(jia)堅固可(ke)靠，不容(rong)易被汽(qi)錘打壞(huai)🛀🏻。
　　閥芯和(he)閥座間(jian)密封的(de)可靠性(xing)和密封(feng)面上的(de)密封壓(ya)力有很(hen)🍓大的關(guan)系。球閥(fa)分浮動(dong)球球閥(fa)和固定(ding)球球閥(fa)兩種。浮(fu)動球球(qiu)閥關閉(bi)時，依靠(kao)上下遊(you)的壓差(cha)來實現(xian)閥芯和(he)閥座間(jian)的密封(feng)，固定球(qiu)球閥關(guan)閉時，依(yi)靠閥座(zuo)内的彈(dan)簧來實(shi)現密封(feng)，這兩種(zhong)密封力(li)相🐆對都(dou)較小。而(er)單座閥(fa)則依靠(kao)執行機(ji)構的輸(shu)出力，将(jiang)閥芯壓(ya)在閥座(zuo)上。因此(ci)，隻要選(xuan)擇合适(shi)的執行(hang)機構，就(jiu)能在單(dan)座閥閥(fa)芯閥座(zuo)處獲得(de)較大的(de)密封壓(ya)力，從而(er)改善閥(fa)座處的(de)密封性(xing)。當蒸汽(qi)管線停(ting)用時，單(dan)🥵座閥的(de)密封性(xing)更好，洩(xie)🐇漏到下(xia)🌈遊管道(dao)的蒸汽(qi)量就較(jiao)少，管道(dao)内的凝(ning)結水也(ye)會随之(zhi)減少。當(dang)蒸汽管(guan)線🔅再次(ci)啓用時(shi)，汽錘的(de)發生🔴概(gai)率也會(hui)更低。
　　當(dang)蒸汽通(tong)過球閥(fa)時，閥内(nei)溫度上(shang)升，球閥(fa)的閥球(qiu)和閥座(zuo)會發生(sheng)熱膨脹(zhang)，但由于(yu)鋼材用(yong)料量的(de)不同，閥(fa)球和閥(fa)座的膨(peng)🐪脹程🙇‍♀️度(du)也💁會有(you)所不同(tong)。這樣一(yi)來，閥球(qiu)就有可(ke)能被閥(fa)座抱🔅死(si)無法動(dong)作。而直(zhi)行程的(de)單座閥(fa)，其打開(kai)時，閥芯(xin)直接提(ti)升♻️，離開(kai)閥座。閥(fa)芯和閥(fa)座之間(jian)不存在(zai)靜摩擦(ca)力，不會(hui)被抱死(si)，因此不(bu)存在☁️球(qiu)閥那樣(yang)的問🔞題(ti)。
6.結束語(yu)
　　發生在(zai)蒸汽管(guan)線内的(de)汽錘有(you)5種主要(yao)的物理(li)形态🔆，并(bing)且🈲會對(dui)安裝在(zai)蒸汽管(guan)線上的(de)儀表和(he)閥門造(zao)成破壞(huai)。孔闆流(liu)量計在(zai)管道内(nei)沒有測(ce)量元件(jian)和可動(dong)部件，其(qi)測量也(ye)不受管(guan)道震動(dong)👣和流體(ti)紊亂的(de)影響，因(yin)此，在量(liang)程比允(yun)許的情(qing)況下👈，比(bi)渦街流(liu)量計更(geng)适⭐合應(ying)用于蒸(zheng)汽流量(liang)測量。蒸(zheng)汽流量(liang)的測量(liang)需進行(hang)溫壓補(bu)償，對過(guo)熱蒸汽(qi)而言，應(ying)在管道(dao)上安裝(zhuang)💯獨立的(de)溫度變(bian)送器和(he)壓力變(bian)🔅送器，然(ran)後👉在DCS上(shang)進行補(bu)償計算(suan)。而對飽(bao)和蒸汽(qi)來說，可(ke)在渦街(jie)流量計(ji)或孔闆(pan)流量計(ji)内部集(ji)成溫度(du)傳感器(qi)，并在流(liu)量變送(song)器内部(bu)進行溫(wen)度補償(chang)🔞計算。氣(qi)動單座(zuo)閥的閥(fa)❄️内件堅(jian)固可靠(kao)，關閉時(shi)🏃‍♀️的密封(feng)壓力較(jiao)大，洩漏(lou)量小，且(qie)可選擇(ze)線性或(huo)等百分(fen)比的流(liu)量特性(xing)🥵，能較好(hao)的限制(zhi)蒸汽流(liu)量的快(kuai)速增加(jia)，其閥芯(xin)也不會(hui)因爲熱(re)膨脹而(er)被🙇🏻閥座(zuo)抱死。因(yin)此，氣動(dong)單座閥(fa)比氣動(dong)球閥更(geng)适合應(ying)用于蒸(zheng)汽管線(xian)的切🈲斷(duan)。

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