摘要(yào)：詳細介紹了(le)蒸汽汽錘的(de)成因和汽錘(chui)的5種具🌐體的(de)物理形态。在(zài)此基礎上，安(ān)裝在蒸汽管(guan)線上的 渦街(jie)流量 和 孔闆(pan)流量計 的設(shè)計選型，進行(hang)了詳細的比(bǐ)較和分析。并(bìng)對比了蒸汽(qì)流量🙇🏻測量的(de)種不同的溫(wēn)壓補償設計(jì)方案。然後，對(dui)氣動🔆球閥和(he)氣動單座閥(fá)在蒸汽工況(kuàng)下的應用也(yě)進行了深入(ru)探讨。最後，指(zhi)出了于蒸汽(qi)工況下流量(liang)計和氣動開(kai)關閥設計選(xuǎn)👨‍❤️‍👨型的若幹建(jian)議。
1.概述
　　化工(gōng)行業經常使(shǐ)用飽和蒸汽(qì)對工藝介質(zhi)進行加熱，因(yīn)⭐此蒸汽🍉管線(xiàn)在化工廠裏(li)随處可見。蒸(zheng)汽管線✨中的(de)飽和🐪蒸汽很(hen)容易發生冷(lěng)凝，并形成冷(leng)凝水。如果蒸(zhēng)汽🔴管線過⛱️長(zhang)，且未進行合(hé)理支撐，那麽(me)，在重力的作(zuò)用下，管道的(de)中✌️間部分會(huì)✊下垂，并在蒸(zheng)汽管線❓停用(yong)後，積存一部(bù)分冷凝🌏水。蒸(zhēng)汽疏水閥設(shè)置和安裝的(de)不合理，也會(hui)導緻蒸汽管(guǎn)路的排水不(bu)暢。當蒸👣汽管(guǎn)線再次啓用(yòng)時，入管道的(de)蒸汽和積存(cún)在管道内的(de)冷凝水相遇(yu)，就會在管道(dao)内形成汽錘(chuí)。汽錘會對安(an)裝在蒸汽管(guǎn)線上的設備(bei)✏️、儀表和閥門(mén)造成破壞。此(ci)外，蒸汽的溫(wēn)度也較高。在(zai)工程設計中(zhōng)，對這些🌏不利(lì)因素都應加(jiā)以考慮和防(fang)範。
2.汽錘的物(wu)理形态
　　汽錘(chui)有以下5種主(zhu)要的物理形(xíng)态：
1）蒸汽管線(xiàn)裏積存的冷(leng)凝水，在蒸汽(qi)的加熱下快(kuài)速蒸發，使得(dé)👈管道内的氣(qì)體體積迅速(su)膨脹，壓力上(shàng)升，從而對安(ān)裝在管線上(shang)的儀表和閥(fa)門形成壓力(lì)沖💞擊。
2）蒸汽流(liu)速過快，部分(fen)蒸汽沖入積(jī)存的冷凝水(shuǐ)之中，使得中(zhong)㊙️間一段管道(dào)全部被蒸汽(qì)占據，而兩側(cè)則仍然是冷(lěng)凝水，當這部(bu)分蒸汽在冷(leng)凝水中發生(shēng)冷凝時，形成(cheng)😘局部真空，使(shǐ)冷凝水從兩(liǎng)頭向中間快(kuài)速流🚶動，填補(bu)真空，并發生(shēng)激烈碰撞，在(zài)管線中産生(sheng)較大的壓強(qiang)和沖擊波。
3）冷(leng)凝水在管線(xiàn)底部，被進入(ru)管線的蒸汽(qì)吹動，向下遊(yóu)🎯流動🏃🏻‍♂️，像💃海水(shuǐ)被海風吹拂(fú)着，形成了海(hai)浪。當管線上(shang)的開關閥關(guān)閉過于迅速(sù)時，流動的冷(lěng)凝水漣漪，也(ye)會如🔱海浪疊(dié)加撞擊岸邊(biān)的峭壁一樣(yàng)，疊加撞擊并(bìng)損壞開關閥(fa)的閥内件。
4）如(ru)果蒸汽管線(xian)上的開關閥(fá)打開過快，則(zé)閥後的冷凝(níng)🌍水❄️有可🙇🏻能會(hui)被高速流動(dong)的蒸汽吹起(qi)，如子彈一般(ban)的，撞擊🐆下遊(you)的管件和🌈儀(yi)表，并造成相(xiàng)應的損壞。
5）如(rú)果蒸汽管線(xiàn)上的開關閥(fá)打開過快，蒸(zhēng)汽流速較快(kuai)，則蒸⭐汽會和(he)原積存在管(guan)線内的，低溫(wen)的冷凝水混(hùn)合在一起，并(bìng)在冷凝水内(nei)部形成由蒸(zheng)汽構成的氣(qi)泡，當這些蒸(zhēng)汽氣泡破裂(lie)時，周圍的冷(lěng)凝水在瞬間(jian)填補蒸汽氣(qi)泡破裂後形(xing)成的空間，形(xing)🌂成高壓強，并(bìng)破壞臨近的(de)管件、閥門和(he)儀表。這個過(guo)程有點類🤟似(sì)于氣蝕裏的(de)空化。
3.渦街流(liú)量計和孔闆(pǎn)流量計分别(bie)應用于蒸汽(qi)管線📱
　　渦街流(liu)量計通常是(shi)利用差動電(diàn)容，測量漩渦(wō)發生體後産(chǎn)生的卡門渦(wo)街的漩渦頻(pin)率，從而推算(suàn)出被測流體(ti)的流量☎️。其量(liàng)程比大緻爲(wèi)10∶1。孔闆流量計(ji)則是🆚通過測(ce)❤️量孔闆前後(hòu)的壓差，由伯(bo)努利方程（孔(kong)闆兩✂️側的壓(yā)差的開方值(zhí)，與流經孔闆(pan)的流體♋的流(liú)量成正比），推(tui)算出流體的(de)流量。其量程(chéng)比比渦街流(liu)量計狹窄，大(da)緻爲📐3∶1。當渦街(jie)流量計和孔(kong)闆流量計分(fèn)别應用在蒸(zhēng)汽管線上時(shi)：
1）渦街流量計(ji)測量漩渦的(de)差動電容是(shi)完全處于蒸(zhēng)汽管線内部(bù)的。因此，差動(dòng)電容幾乎時(shí)刻處于高溫(wēn)之中，其使用(yòng)壽命較短。孔(kǒng)❄️闆流量計分(fèn)兩種：一體化(huà)孔闆流🏃‍♂️量計(ji)和帶冷凝罐(guàn)的孔闆流量(liang)計。一體化孔(kǒng)闆流量計的(de)差壓測量元(yuán)件，在管道上(shang)方，并不在管(guǎn)道内。而帶冷(leng)凝罐的孔闆(pǎn)流量計，其差(cha)壓測量元件(jiàn)，隻接觸冷凝(ning)罐内的冷凝(ning)水，與蒸汽是(shi)完全隔絕的(de)。因此，孔闆流(liu)量計差壓測(ce)量元件的使(shi)用壽命較長(zhǎng)。
　　渦街流量計(jì)通過可動部(bu)件（通常爲機(jī)械件極小的(de)位移），去檢測(ce)卡門渦街的(de)漩渦，并通過(guò)機械傳動，将(jiāng)💁這一物理位(wèi)移❓傳遞給差(cha)動電容。當蒸(zhēng)汽管線内發(fā)生汽錘時，該(gai)可動部件将(jiāng)受到較大的(de)☁️沖擊力，有可(ke)能發生永久(jiu)形變。同😄時，差(chà)動電容本身(shēn)也可能被該(gāi)可動部件傳(chuan)來的力直接(jie)🌂破壞，從而導(dao)緻渦街流量(liàng)🤩計傳感器損(sǔn)壞。而孔闆流(liu)量計則沒有(yǒu)任何可動部(bu)件。且安裝在(zài)管道内，作爲(wèi)孔闆流量計(jì)一次測量部(bu)件的孔闆，機(jī)構簡單❄️，非常(chang)堅固。因此，孔(kǒng)闆流量計很(hen)難被汽錘打(dǎ)壞。
　　當汽錘發(fa)生時，蒸汽管(guan)線内的蒸汽(qi)受到壓力波(bō)的幹擾，流場(chang)發生紊亂，管(guan)線本身也強(qiang)烈震動。這會(huì)嚴重幹擾卡(kǎ)🌏門渦街的穩(wen)定生成，從而(ér)影響渦街流(liu)量計的正常(cháng)測量。當然，對(duì)渦街流量計(ji)兩🙇‍♀️側的管道(dào)，進行額外的(de)加固支撐❤️，可(ke)以在一🏃🏻‍♂️定程(cheng)度上減輕渦(wō)街🤟流量計的(de)震👄動。但卻無(wú)法消除，臨近(jin)管道内所發(fā)生的汽錘所(suo)帶來的管道(dào)内蒸汽🔱流場(chang)本身的紊亂(luàn)和✊波動。而對(dui)🌐孔闆流量計(ji)來說，汽錘所(suo)産生的管道(dào)震動和流場(chǎng)紊亂，并不會(hui)影響孔闆前(qián)後✊的壓差，也(yě)就不會影響(xiǎng)孔闆流量計(jì)進行準确可(kě)靠的流量測(cè)量。
4.蒸汽流量(liang)測量的溫壓(ya)補償
　　蒸汽管(guǎn)線流量計設(she)計選型的另(lìng)一個要點是(shì)溫壓補償。蒸(zhēng)汽在化工生(sheng)産中的主要(yao)作用是對工(gōng)藝介質進行(háng)加熱，工藝設(she)計師和生産(chǎn)操作員所關(guān)心的是蒸汽(qi)的質量流量(liang)，而不是體積(jī)流量。但渦街(jiē)流量計和孔(kǒng)闆流量計都(dōu)是體積流量(liang)計，無法直接(jiē)測量質量流(liu)量。因此，必須(xū)對渦街流量(liàng)計和孔闆流(liú)量計的測量(liang)結果進行溫(wēn)壓補償。過🔴熱(rè)蒸汽的溫度(du)和壓力沒有(you)對應關系，需(xu)對過熱蒸汽(qi)的體積流量(liàng)同時進行溫(wēn)度補償和壓(yā)⁉️力補償。飽和(hé)蒸汽💘的溫度(dù)和壓力是一(yī)一㊙️對應的，隻(zhī)需對飽和蒸(zhēng)汽的體積流(liú)量進🌈行單一(yi)的溫度補償(chang)或壓力補償(cháng)即可。
　　溫壓補(bu)償有兩種方(fāng)案。第一種是(shi)在流量計内(nei)集成溫度測(cè)量和壓力測(ce)量元件，并在(zài)變送器内進(jìn)行溫♻️壓補償(chang)計算，然後将(jiang)補償後的質(zhi)量流量信号(hao)傳給集散控(kòng)制系統（DCS）。第二(er)種方案是在(zài)管線上加裝(zhuang)溫度變送器(qì)和壓力變送(sòng)🌂器，然後将測(cè)得的壓力信(xìn)号，和蒸汽流(liu)量計測得的(de)補償前的體(ti)積流量信号(hao)，一起上傳DCS，并(bìng)在DCS内根據公(gōng)式進行溫壓(ya)補償計算。
　　對(dui)過熱蒸汽來(lái)說，僅有個别(bié)品牌的渦街(jiē)流量計和孔(kong)闆流量計，同(tong)時集成了溫(wēn)度測量和壓(yā)力測量的功(gong)能，而這些型(xíng)号的流量☀️計(jì)價格也較貴(guì)。當溫度或壓(ya)力測量元件(jian)損壞後，需更(gèng)換整個流⛷️量(liang)計，則更換👌成(cheng)本和備品備(bei)件成本都非(fēi)常昂貴。而采(cǎi)用第二種設(she)計方案，不但(dàn)采購和更換(huan)成本低，同時(shi)，也可将過熱(rè)蒸汽管線内(nei)的溫度和壓(ya)力信号一起(qi)上傳至DCS。有利(li)于生産操作(zuo)人員更好的(de)掌握蒸汽管(guan)線内的實際(ji)👣工況。
　　對飽和(hé)蒸汽來說，可(ke)提供單一溫(wēn)度補償的渦(wō)街流♊量計或(huo)孔闆流量計(jì)都較爲常見(jian)，采購和更換(huàn)成本都相對(dui)較低。且采用(yong)第一🐪種方案(àn)可以簡化設(shè)計，減少施工(gōng)🚶現場的施工(gong)量和未來運(yùn)行階段的維(wei)護工作量，因(yin)此相對較爲(wèi)合理。
5.球閥切(qie)斷閥和單座(zuo)切斷閥分别(bie)應用于蒸汽(qi)管線
　　與管道(dao)專業不同，儀(yí)表專業通常(cháng)不會選擇單(dān)座閥作爲❗氣(qi)動🔴切🈲斷閥。這(zhè)不僅僅是因(yin)爲單座閥所(suo)占用的安裝(zhuāng)空間較大，也(ye)是因爲單座(zuo)閥的開關速(sù)度比🔴球閥更(geng)慢。但在蒸汽(qi)管線上，和氣(qì)動球閥相比(bi)，氣動💯單座切(qie)斷閥卻有若(ruo)幹優勢：
蒸汽(qi)汽錘的破壞(huai)力驚人，實際(ji)工業生産中(zhong)，不止一📞次發(fā)🥵生過‼️閥✨門被(bèi)汽錘打壞的(de)案例。球閥的(de)閥體和閥芯(xin)比較單薄，所(suo)用鋼材較少(shǎo)，結構相對脆(cui)弱。而單座閥(fá)的👨‍❤️‍👨閥體和閥(fa)芯用🆚料厚實(shí)，結構堅固。當(dāng)汽錘發生在(zài)切斷閥附近(jìn)時，閥體和閥(fa)🏃🏻‍♂️内件會承受(shòu)較大的🔞沖擊(ji)力。此時🌈，單座(zuò)閥會比球閥(fá)更加堅固可(ke)靠，不容易被(bèi)汽錘打壞。
　　閥(fa)芯和閥座間(jiān)密封的可靠(kao)性和密封面(mian)上的密封壓(yā)力有很大的(de)關系。球閥分(fèn)浮動球球閥(fa)和固定球球(qiu)閥兩種。浮動(dong)球球閥關閉(bi)時，依靠上下(xià)遊的壓差來(lái)實現閥芯和(hé)閥座間的密(mì)封❓，固定球球(qiú)閥關閉時，依(yī)靠閥座内的(de)彈簧來實現(xian)密封，這兩種(zhǒng)密封力相對(dui)都較小。而單(dān)座閥則依靠(kào)執行機構的(de)輸出力，将閥(fa)芯壓在閥🔞座(zuo)上。因此，隻要(yao)選擇合适的(de)執行機構，就(jiù)能在單🐕座閥(fa)閥芯閥座處(chu)獲得較大的(de)密封壓力，從(cong)而改善閥座(zuo)處的密封性(xìng)。當蒸汽管線(xiàn)停用時，單🌈座(zuò)閥的密❓封性(xìng)更好，洩漏到(dào)下遊管道的(de)蒸汽量就較(jiào)少，管道内的(de)凝結水也會(hui)随之減少。當(dang)蒸汽管線再(zài)次啓用時，汽(qi)錘的發生概(gai)率也會更低(dī)。
　　當蒸汽通過(guò)球閥時，閥内(nèi)溫度上升，球(qiú)閥的閥球和(he)閥座會發生(sheng)熱膨脹，但由(you)于鋼材用料(liào)量的不同，閥(fa)💞球和閥座的(de)膨脹程度也(yě)📧會有所不同(tong)。這樣一來，閥(fa)球就有可能(neng)被閥座抱死(sǐ)無法動作。而(ér)直行程的單(dan)座閥，其打開(kai)時，閥芯直接(jiē)提升，離開閥(fa)座。閥芯和閥(fá)✉️座之間不存(cún)在靜摩擦力(lì)，不會被抱死(si)，因此不存在(zai)球閥那樣的(de)問題。
6.結束語(yǔ)
　　發生在蒸汽(qì)管線内的汽(qi)錘有5種主要(yào)的物理形态(tai)🌈，并且會⁉️對安(ān)裝在蒸汽管(guǎn)線上的儀表(biǎo)和閥門造成(cheng)破壞。孔闆流(liú)量計在管道(dào)🍉内沒有測量(liàng)元件和可動(dòng)部件，其測量(liàng)也不受管道(dào)震動和流體(ti)紊亂的影響(xiǎng)，因此，在量程(cheng)比允許的情(qíng)況下，比渦街(jiē)流量計更适(shì)✉️合應用于蒸(zheng)汽流量測量(liang)。蒸汽流量的(de)❓測量需進行(hang)溫壓補償，對(dui)✏️過熱蒸汽而(er)言，應⭐在管道(dào)上安裝獨立(lì)的溫度變送(sòng)器和壓力變(biàn)送器，然後☂️在(zai)DCS上進行補償(chang)🔴計算。而對飽(bao)和蒸汽🐅來說(shuo)，可在渦街流(liu)量計或孔闆(pǎn)流量計内部(bu)集成溫度傳(chuán)感器👈，并在流(liu)量變送器内(nei)部進行溫度(dù)補償計算。氣(qì)動單座閥的(de)閥内件堅固(gu)🔞可靠，關閉時(shi)的密封壓力(li)較大，洩漏量(liang)小，且可選擇(ze)線性或等百(bai)分比的流量(liang)特性✂️，能較好(hao)的限制蒸汽(qi)流量的快速(su)增加，其閥芯(xīn)也不會♋因爲(wèi)熱膨脹而被(bèi)閥座抱死。因(yin)此，氣動單座(zuo)閥比氣動球(qiu)閥更适合應(yīng)📱用于蒸汽管(guǎn)線的切斷。

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