摘要:闡述了蒸汽(qì)計量現狀以及标(biāo)準節流裝置的誤(wù)差來源🏃🏻‍♂️，分🛀析了常(cháng)用蒸汽流量計 存(cún)在的檢定或校準(zhun)問題。在此基礎上(shàng)提出了一種鍋爐(lú)主🐕蒸汽流量計的(de)在線校核方法，通(tōng)過對工業典型燃(rán)氣鍋爐系統🙇‍♀️的分(fen)析建立了水汽質(zhi)量平衡方程，探❤️讨(tao)了在線校核方法(fa)的🤟理論可💋行性。然(ran)後給出了校核時(shí)的鍋爐運行需滿(mǎn)足的穩定工況條(tiáo)件以及在線校核(he)的步驟，分析了不(bú)确定度分量的來(lai)💜源。該方法實現了(le)以精度等級的水(shui)流量爲标準參考(kǎo)量，在鍋爐運行🏃🏻中(zhōng)在線❗校準主蒸汽(qì)流量計示值☎️，提高(gāo)飽和蒸汽流量💃計(jì)測量精度。與實驗(yan)室檢定或校準相(xiang)比，鍋爐主蒸汽在(zài)線校核方法具有(yǒu)方便快捷、動态校(xiào)準的優點，在保證(zheng)儀器性能、提高經(jīng)濟效益方面可以(yi)🈲發揮重要的作用(yòng)。
0引言
　　蒸汽作爲一(yī)種重要的二次能(néng)源，是熱能的重要(yao)載體，不僅可直接(jiē)參與生産過程的(de)化學反應，還可以(yǐ)🏒利用其熱能産❌生(shēng)能量或做功，具有(you)清潔環保、能效高(gāo)、可傳輸等特點，被(bèi)廣泛用于當今的(de)工業生産當中。蒸(zheng)汽計㊙️量的準确可(ke)靠不僅能準确反(fǎn)映用戶能🔞耗、監控(kòng)熱能系統的運行(hang)狀況，且能爲實現(xian)熱能的合理分配(pei)，熱力系統的最佳(jiā)運行，以及用汽設(shè)施的🔞節能降耗改(gǎi)造提供可靠的技(jì)術依據，而且也是(shì)保✊證蒸汽貿易結(jie)算公📧平公正的基(jī)礎。因🌈此💞，如何确保(bǎo)蒸汽流量的準确(que)計量越來越受到(dào)用能單位的重視(shi)，對蒸汽計量技術(shù)提出了更高的要(yào)求。流量儀表一直(zhi)以來就是能源計(ji)量的🏃🏻‍♂️重要基礎工(gōng)具，其使用狀況直(zhi)接影響着能源計(jì)量的有效性，如何(he)對使用中的流量(liang)儀表進行計量性(xìng)能評⭐價，是當前能(néng)源計量工作中亟(ji)待解決的重要課(kè)題［1］。近幾年，在線校(xiao)核的方法經過不(bú)斷的研究和推廣(guǎng)，已經🧑🏽‍🤝‍🧑🏻獲得了越來(lai)越多的企業和計(ji)量機構認可［2－4］。而由(yóu)于蒸🔴汽狀态複雜(zá)和其獨特的物理(lǐ)特性❤️使得蒸汽流(liú)量計現階段很難(nan)開展在線檢定和(he)校準的工作，國内(nei)外普遍沒✊有可行(hang)的解決辦法。因此(ci)，如何提高蒸汽計(ji)量的精🌂度，快速獲(huò)取準确可靠的測(cè)量數據💯，有效加強(qiang)❓蒸汽計量管理，需(xū)要計量行業給予(yu)更多的關注。
1蒸汽(qi)計量的現狀
　　目前(qián)，蒸汽計量普遍使(shǐ)用标準節流裝置(zhi)，如 孔闆流量計 或(huo) 渦街流量計 ，基本(běn)都能滿足蒸汽計(ji)量和檢測的要求(qiu)［5－7］。雖然蒸汽🐅計量儀(yí)🔱表㊙️都經過出廠檢(jiǎn)驗合格，但安裝到(dao)管道上使用一定(ding)時間後，其📧計量準(zhǔn)确性往往發生偏(pian)離。主要原因是蒸(zhēng)汽流量計測量介(jie)質與校準介質的(de)物理性質不一緻(zhì)，且因部件磨損、電(diàn)磁信号🐆幹擾或安(ān)裝偏差、蒸汽密度(du)補償等因素影響(xiang)，導緻運行工況條(tiáo)件下的儀表系數(shù)與校準給出的儀(yí)表系數不匹配，使(shi)得蒸汽流量計在(zai)現場測量出現一(yī)定的誤差［8－11］。雖㊙️然對(duì)于部分測量誤差(cha)能夠進行修正或(huò)估算，但偏離狀況(kuang)并不是容易掌握(wo)的。而渦街流量計(jì)，由于🥵其儀表系數(shu)與旋渦發生體及(ji)管道的形㊙️狀尺寸(cun)有🐕關，設計及标定(dìng)時的管道條件與(yǔ)現場管道往往不(bú)📧完全❗吻合，對儀表(biǎo)系數的影響較大(da)［12］。
　　目前我國已在煙(yān)台建立有國家蒸(zhēng)汽流量計量站，主(zhu)要☁️從✉️附近電站引(yǐn)入蒸汽對蒸汽流(liu)量計進行校準，使(shǐ)用的方法爲冷🥰凝(ning)稱重法，但是這種(zhong)直接測量法也存(cun)🔅在一定偏差。其使(shǐ)用的蒸汽與實際(ji)測量的蒸汽介質(zhì)溫度、壓力都有一(yī)定🍓的差異，譬如校(xiao)準介❓質壓力較低(di)，一般僅達0.3MPa，與大多(duō)數蒸汽流量計的(de)實💰際工作壓力存(cún)在差異;蒸汽流量(liàng)計需要拆卸送檢(jian)，運輸路途較遠，一(yi)方面影響企業的(de)正常生産，另一方(fang)面經過長途運輸(shu)的颠簸後很難保(bǎo)☔證校準後的儀表(biao)性能不發生漂移(yi)🌐。因此蒸汽直接校(xiào)準法不具🧑🏾‍🤝‍🧑🏼有很強(qiáng)的實際可操作性(xing)。
　　基于上述現狀，對(dui)蒸汽流量計進行(hang)在線校核成爲一(yi)種可行👄的選項，特(tè)别是使用時間較(jiao)長，或者使用👉者一(yi)直對計量🈲值存疑(yí)的流量計更是如(rú)此。校核的🌍目的在(zài)🌈于用某種可行的(de)方式在線檢測實(shi)際流量，提供一種(zhǒng)參考，從而可以對(dui)在用流量計的測(ce)量值💋進行對比分(fen)析。介紹了超🈲聲波(bo)流量計在線校核(hé)蒸✉️汽流量計的方(fang)法，并對一服裝洗(xi)染公司的威👈爾巴(bā)蒸汽流量計進行(hang)🐅校核，其結果表明(míng)校核的示值誤差(chà)在儀表标明的精(jing)🌈度(1.5%)範圍之内，不存(cun)在計量超差的問(wen)題。超聲波流量計(jì)✂️在線校核的方法(fǎ)多用于液體流量(liang)，而對于物理性質(zhi)✏️特殊的蒸汽而🌈言(yan)僅對過熱蒸汽較(jiào)爲有效，對飽和蒸(zheng)汽或濕度較大蒸(zhēng)汽時🌈，便會📧因聲能(néng)在不同介質傳遞(di)中的衰減而受到(dào)嚴重影響，甚至不(bu)能有效讀取數據(jù)。因此這種方法應(ying)用範圍有限，且👈需(xu)要滿足足夠長穩(wen)流段條件。
　　鑒于國(guó)内暫時沒有成熟(shú)的在線檢定或校(xiao)準蒸汽流量計的(de)方🔞法，探索在線校(xiao)核蒸汽流量計的(de)方法💘顯得尤爲必(bi)要⁉️。
2水汽質量平衡(heng)方程
　　一種鍋爐主(zhu)蒸汽流量計的在(zài)線校核方法，基本(běn)思路是❌采用水✂️汽(qì)質量平衡法，提出(chū)以更高精度等級(jí)的水流量🙇🏻爲标準(zhǔn)參考量，在鍋爐運(yun)行中在線校準主(zhǔ)蒸汽流量計示值(zhí)，提高飽和☔蒸汽流(liu)♊量計測量精度。
　　圖(tu)1爲工業常見的燃(ran)氣鍋爐水汽系統(tong)示意圖，所有蒸汽(qì)✍️鍋爐🔞的給水均來(lai)自一個給水水箱(xiang)，使用電磁流量計(jì)計量。鍋✊爐排污水(shuǐ)通過彙集後由一(yi)電磁流量計計量(liàng)，鍋爐蒸汽彙集後(hòu)由主蒸汽流量計(ji)計量😍。

　　該類型燃氣(qì)鍋爐爲貫流式，無(wú)汽包，給水從下集(ji)箱💔進🍓入💰，在上升管(guǎn)中受熱蒸發後蒸(zheng)汽從上集箱流出(chū)，其蒸發示意圖如(ru)圖2所示❤️。

　　将水冷壁(bi)上升管中水位線(xian)與管壁圍成的介(jie)質區域🌂作🌂爲控制(zhì)體!，控制體的進口(kou)介質爲上升管給(gěi)水Mj，出口介質爲産(chan)🔴生的蒸汽❤️Mq。并作如(rú)下穩定工況假設(shè):在t時間内，鍋爐運(yun)行中、汽水系統各(gè)管✊道中流體介質(zhi)連續流動;鍋爐水(shui)位線保持穩定不(bu)變;鍋爐上集🔴箱内(nei)壓力恒定;下集箱(xiang)的給水壓力、給🔞水(shui)溫度恒定♊。則根據(ju)控制體汽水質量(liang)變化😄可得如下關(guan)聯式:

　　式中:Mj爲給水(shuǐ)質量流量，kg/s;爲控制(zhì)體!内流體質量在(zài)t時間内的變化量(liàng)，kg/s;Mq爲進入到水位線(xian)上♊方，蒸汽出口管(guǎn)引出的帶有濕度(dù)的飽和蒸汽質☁️量(liàng)流量，kg/s。
　　分析産汽過(guo)程可知，鍋爐運行(háng)中，汽水系統流體(tǐ)介質連續流動中(zhōng)，屬定壓飽和蒸汽(qi)過程，飽和蒸汽溫(wēn)度與飽和💞水的溫(wēn)度均不變。則t時間(jiān)内，控制體!内生産(chǎn)的蒸汽汽泡體積(ji)和汽泡密❓度不變(bian)，即汽泡質量不變(bian)。水位線不變時，控(kòng)制體下的總體積(jī)恒定，且控制體!内(nei)的汽泡體積不變(biàn)🤞，則控制體!内液态(tai)水體積不變。又因(yīn)給水壓力、給水溫(wen)度、蒸汽壓力恒定(ding)時，控制體!内液态(tài)水的密度是不變(biàn)的，則控制體!内的(de)液态水質量恒定(dìng)。即t時間内控制體(tǐ)!内的液态水質量(liang)、汽泡質量均不變(bian)，即=0。則式(1)可變換爲(wèi):
　　式(2)反應出鍋爐在(zài)某一穩定不變的(de)給水壓力、給水溫(wēn)度下，在水♊位線位(wei)置不變、蒸汽壓力(lì)恒定的鍋爐運行(háng)工況控制✊體内，給(gei)水質量流量與産(chǎn)生的蒸汽質量流(liú)量相等。同理可🌍推(tuī)斷，若控制體擴展(zhǎn)爲包括下集箱、上(shang)升管和上集箱的(de)控制體後，由式(2)可(ke)得:
V=G0－G1(3)
　　式中:G0爲給定時(shí)間t内通過給水流(liú)量計的累計質量(liang)流量，kg;G1爲通過鍋爐(lu)排污水流量計的(de)累計質量流量✏️，kg;V爲(wei)鍋🌍爐主蒸汽的累(lei)❗計質量流量，kg。
　　式(3)表(biǎo)示在穩定工況控(kong)制條件下，相同時(shi)間裏，一個以👄下集(jí)箱給水質量流量(liang)爲進口，以上集箱(xiāng)蒸汽質量流量和(hé)排污㊙️水量爲出口(kǒu)的閉式連續流動(dong)貫流式鍋爐汽水(shuǐ)系統，系統輸送出(chu)的蒸汽質量流量(liang)等于進入該系統(tong)的給水質量流量(liàng)扣除流出該系統(tong)的排污水質量流(liu)量，這就🈲是穩定工(gong)況控制條件下🔞的(de)鍋爐水汽質量平(píng)衡方程。
3蒸汽在線(xian)校核方法
3.1在線校(xiào)核可行性
　　液态的(de)水進入鍋爐後經(jing)過受熱蒸發變成(cheng)汽态的蒸汽🈲，僅是(shì)水的兩種不同形(xing)态及不同狀态參(can)數的轉變，這爲利(lì)用水汽質量⭐平衡(heng)方程測量鍋爐主(zhǔ)蒸汽流量計的質(zhì)量流量提供了⛷️物(wu)質條件。因此，探讨(tǎo)利用較高精度等(deng)級的給水流量和(hé)排污🔞流量在工業(ye)現場在線校準蒸(zheng)汽流量計示值的(de)方法，在理論上是(shì)可行的✏️。水流量測(cè)量技術成熟、操作(zuò)方便、測量精度有(you)保證，可作爲校核(hé)蒸汽的标準參考(kao)。按照校準原則，鍋(guō)爐給水流量計和(he)排污流量計的精(jing)度等級需要選擇(ze)較高等級🌈的流量(liàng)計。結合鍋爐現場(chang)，推👉薦0.5級的 電磁流(liú)量計 作爲在線校(xiao)核标準表使用，即(jí)可滿足校核的需(xu)求。
3.2在線校核條件(jian)
　　工業現場校核時(shí)，爲了确保校核的(de)準确性，鍋爐運行(hang)需要滿足以下條(tiao)件［13］:
1)确保鍋爐汽水(shui)系統是獨立系統(tong)，停止化學取樣水(shuǐ)、加藥水等操作。鍋(guo)爐各閥門嚴密無(wu)洩漏;
2)鍋爐工況參(cān)數基本穩定，避免(miǎn)較大的波動，如燃(ran)氣供應穩✂️定🚶‍♀️，以減(jian)少燃燒調整的影(ying)響。不允許出現幹(gàn)擾鍋爐工況的任(ren)何✔️操作，如安全閥(fá)啓跳、鍋爐負荷㊙️調(diào)整等操作。通過控(kòng)制系統聯動，當有(you)排污水流出變化(hua)時，相應提高給水(shui)流量，确保上升管(guǎn)⛷️中汽液界面維持(chi)穩定。鍋爐主要熱(rè)力參數波動值不(bu)超過表1推薦的允(yǔn)許值。

3.3在線校核步(bu)驟
　　鍋爐穩定運行(háng)一段時間後，同時(shí)測量給水流量、排(pai)污水流量🐉和蒸汽(qì)流量，得到一定參(can)數下的給水流量(liang)與排污水流量之(zhī)🐅差(G0－G1)與蒸汽流量V之(zhi)間的比例系數f，以(yi)獲🍓得蒸汽💞流量計(ji)的修正值V'。如此😍通(tong)過較高精🔞度等級(jí)的給水流量傳遞(di)到蒸汽流量計示(shì)值，達到在線校核(hé)目的，校核量值🈲傳(chuan)遞示意圖見圖3。

鍋(guo)爐主蒸汽流量計(ji)在線校核可分爲(wèi)以下三個步驟完(wan)成:
1)根據主蒸汽流(liu)量計的量程或常(chang)用計量範圍，選取(qu)多個流量校核點(dian)i。每個流量點讀取(qǔ)數據不少于3次，取(qǔ)平均值得到每個(gè)流量點的(G0－G1)和V;
2)計算(suan)各流量點i的比例(lì)系數fi:
fi=(G0i－G1i)/Vi(4)
3)修正蒸汽流(liú)量示值。用流量比(bǐ)例系數fi拟合修正(zheng)蒸汽🤩流量計👨‍❤️‍👨示🏃🏻‍♂️值(zhi)。若各流量點的比(bǐ)例系數fi接近線性(xing)㊙️時可按權重求一(yi)個共同的流量比(bi)例系數f，修正蒸汽(qi)流量🈲計示值。
3.4不确(què)定度來源分析
　　考(kao)慮到工況參數壓(ya)力、溫度的波動引(yǐn)起介質密度、流❗速(sù)的變化💰帶來的不(bú)确定度分量，已包(bao)含在介質質量流(liu)量的重🌂複性條件(jian)🌈下所得測量列中(zhōng)，則主要不确定度(du)分量來源如下:
1)标(biāo)準表本身精度等(deng)級帶來的不确定(ding)度分量ubzb;
2)鍋爐汽水(shui)系統不明洩漏帶(dai)來的不确定度分(fèn)量uxl;
3)儀表的測量重(zhòng)複性帶來的不确(què)定度分量ucfx;
4)上升管(guǎn)中水位計讀數帶(dài)來的不确定度分(fèn)量uswj;
5)水位波動引起(qi)的液态水與蒸汽(qì)之間變化的不确(què)定度分量🚩uswb。
　　示值誤(wu)差的各項不确定(ding)分量通過查資料(liào)或計算可得，各不(bu)确✂️定度分量彼此(cǐ)不相關，則可得相(xiàng)對合成标準不确(que)定度爲📐:

擴展因子(zi)k=2時的相對擴展不(bú)确定度:
Ur=2ur(5)
4結論
　　針對(dui)工業燃氣鍋爐主(zhu)蒸汽流量計現場(chǎng)無成熟的檢定或(huo)校準方法，而實驗(yan)室校準需要停産(chǎn)拆卸送檢，企業普(pu)遍對蒸汽流量♈計(ji)計量準确性存疑(yí)的現象，提出了一(yi)種針對鍋爐主蒸(zhēng)☎️汽流量🌈計在線校(xiào)核的方法。此方法(fa)是基于穩定工況(kuàng)控制條件下鍋爐(lú)水汽質量平衡方(fāng)程，采用精度等級(jí)較高的給水流量(liàng)和排污水流量動(dong)态在線校♈準主蒸(zhēng)汽流量計示值。鍋(guō)爐主蒸汽流量計(jì)示值的在線校核(he)可以快速判斷工(gong)業現場蒸汽🐆計量(liàng)的正确率，免去🌍了(le)拆卸送檢的麻煩(fán)，在保證儀器性能(néng)、提高經濟效益方(fāng)面可以發揮重要(yao)的作💋用。

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