摘要(yao)：結合 差壓(ya)式流量計(ji) 和 渦街流(liu)量計 的原(yuan)理，對節流(liu)裝置、巴類(lei)流量元件(jian)和渦街流(liú)量計測量(liàng)蒸🔞汽流量(liàng)的主要影(yǐng)響因素進(jin)行分析，并(bing)根據幾種(zhong)不同儀表(biao)的特點，分(fen)别就選型(xing)、安裝、經濟(ji)效益♉等方(fāng)面進行分(fèn)😍析，并總㊙️結(jié)幾種測量(liàng)儀表的優(you)點與不足(zu)。
蒸汽是使(shi)用最廣泛(fàn)的載熱工(gong)質，是重要(yào)的二次能(neng)源，蒸📱汽流(liú)♉量的測量(liàng)對加強管(guan)理、公平貿(mào)易、節約能(neng)源、提高經(jing)🌏濟效益等(děng)🚶‍♀️方面都有(you)重要意義(yi)。蒸汽流量(liàng)💯測量方法(fǎ)按工作原(yuán)理🐕，可分爲(wei)直接式和(he)推導式兩(liǎng)大類。現在(zai)廣泛使用(yòng)的蒸汽流(liú)🛀量計爲推(tuī)導式，包括(kuo)🌏節流裝置(zhì)、巴🛀類流量(liàng)元件及渦(wō)街流量計(jì)等，這些測(cè)💰量方法有(yǒu)各自的優(yōu)缺點，适用(yong)于不同場(chang)合。
1節流裝(zhuang)置
　　節流式(shi)差壓流量(liang)元件是一(yi)種曆史悠(yōu)久、用量最(zuì)大的流🌈量(liàng)計。節流式(shì)差壓流量(liang)計依據流(liu)體流過節(jiē)流裝置，使(shǐ)部分壓✏️力(li)能轉變😍爲(wèi)動能産生(sheng)差壓的原(yuán)理♊來工作(zuò)。節流裝🧑🏽‍🤝‍🧑🏻置(zhì)分爲标準(zhǔn)型和非标(biao)準型兩大(da)類。标準型(xing)節流元件(jian)按🔞照GB/T2624設計(ji)、制造、安裝(zhuang)和☀️使用，無(wu)需實流校(xiao)準。節流式(shi)差壓流量(liang)計可測量(liàng)所有單向(xiàng)流🌈，包括液(ye)、氣、蒸💛汽等(deng)。标準節流(liú)裝置世界(jiè)通用，并得(de)到國際計(ji)量組織的(de)認可。
　　節流(liu)裝置見圖(tu)1。當流體通(tong)過标準節(jiē)流裝置時(shi)，在1-I截面前(qián)，流體🈚未🚩受(shòu)節流件的(de)影響，管道(dao)内流速分(fèn)布均勻。管(guan)道軸心處(chu)和管壁處(chù)的靜壓相(xiang)等。I-I截面後(hòu)(約0.5D~2D)，流體開(kai)始受節流(liu)件影響，靠(kao)近管壁處(chu)的流體向(xiang)中心加速(su)，平均流速(su)逐漸升高(gāo)，直至II-II截面(miàn)，流束收縮(suō)到最小，平(píng)均流速達(dá)到最大值(zhi)。自II-II截面後(hòu)，流束開始(shi)膨脹，直至(zhi)川-I截面，又(yòu)📐恢複到I-I截(jié)面前的情(qing)況，此時平(píng)均流速逐(zhú)漸降低，與(yu)平均流速(su)相對應的(de)靜壓也由(yóu)低到高再(zai)恢複到低(di)值。流體在(zai)節流件前(qián)、後的管壁(bi)附近☔形成(cheng)渦流🔞，渦流(liu)即有橫向(xiàng)脈動，還有(you)逆向運動(dòng)，孔闆或噴(pen)嘴的壓力(li)損失高，就(jiù)是因爲渦(wō)流能量耗(hao)散造成的(de)。

　　式中，Z、p/ρ、Kv2/2分别(bie)表示單位(wei)質量流體(tǐ)在過流斷(duan)面上的位(wèi)能、壓力能(neng)和動能的(de)平均值。εv212表(biao)示單位質(zhì)量流體的(de)平均🌈能量(liàng)損失。
推導(dǎo)出不可壓(ya)縮流體的(de)流量方程(cheng)式:

按照GB/T2624，流(liú)出系數C的(de)定義式爲(wei):

　　在一定的(de)安裝條件(jian)下給定的(de)節流裝置(zhì)，該C值僅與(yǔ)雷諾數有(yǒu)關，即C=f(ReD，節流(liú)件類型，D，β)。由(yóu)此，可以算(suàn)出流出系(xi)數，進☁️而得(dé)到節流裝(zhuāng)🈲置的選型(xing)計算。
　　流出(chu)系數與雷(léi)諾數的關(guan)系見圖2。低(di)雷諾數區(qū)域屬于層(ceng)⛱️流區，流體(tǐ)繞過限流(liu)孔後不會(hui)形成噴射(shè)現象，流出(chū)系數💘随雷(léi)諾數增高(gāo)而增大;中(zhong)雷諾數區(qu)域内❤️流動(dong)從層流發(fa)展到紊流(liu)，流出‼️系數(shu)随雷諾數(shu)增高而增(zēng)大的🌈速度(du)緩慢🌏。對于(yu)孔闆👅，由于(yú)慣性🔅作用(yong)加強💚，孔口(kou)處開始形(xing)成噴射，流(liu)束在孔口(kou)外産生縮(suo)流，因此C值(zhi)下降;在高(gāo)雷諾數區(qū)域，C值都趨(qū)于穩定，對(duì)于孔🏃🏻闆，β值(zhí)越高，趨于(yu)穩定時的(de)雷諾數就(jiu)越高。

2巴類(lei)流量元件(jian)
　　巴類流量(liàng)元件是一(yi)-種新型的(de)差壓式流(liú)量元件，采(cai)用差壓式(shi)的工作原(yuan)理，插入式(shi)的安裝方(fang)法。其通過(guò)一-根直徑(jìng)爲十幾毫(hao)米的探頭(tóu)取壓，探頭(tóu)前後有二(èr)排不均勻(yun)分布🐆的、若(ruò)幹個幾毫(hao)米的引壓(yā)孔。通過這(zhè)兩排孔将(jiang)管道從上(shang)到下的不(bú)🙇‍♀️同壓力在(zai)孔内取平(ping)⛷️均以構成(cheng)差壓。巴類(lèi)流量元件(jiàn)精度高💜，壓(yā)損小，對探(tàn)頭磨損小(xiǎo)，在🥰安裝合(hé)适的情況(kuàng)下，可以長(zhang)期保🚶持精(jīng)🐅度。
巴類流(liú)量元件質(zhì)量流量的(de)計算公式(shì):

　　阻斷系數(shu)ζ隻與探頭(tou)結構有關(guan)。對于不可(kě)壓縮.介質(zhì)，由于壓損(sun)☂️不會影響(xiang)密度的變(bian)化，膨脹系(xi)數ε爲1。對于(yú)🐕可壓🔅縮的(de)介質🌐，随着(zhe)管道内壓(ya)力損失增(zēng).加和管道(dao)内靜壓的(de)減小，膨脹(zhang)系數ε從1開(kāi)始，按照比(bi)例下降。

　　式(shi)中，Pp爲設計(ji)壓力，pg爲工(gōng)況壓力，εg爲(wèi)設計膨脹(zhàng)系數，dp,爲設(shè)計差壓㊙️，當(dang)前工況密(mi)度爲ρg。若介(jie)質的實際(jì)工作狀态(tài)與設計狀(zhuàng)态相近，使(shǐ)用理想氣(qì)體方程可(kě)以得到足(zú)夠精度的(de)結🔞果:

3渦街(jiē)流量計
　　 渦(wo)街流量計(jì)根據卡門(men)(Karman)渦街原理(lǐ)研究生産(chǎn)，渦街流💜量(liang)計🌈壓損小(xiao)❌，量程範圍(wei)大，精度高(gāo)，在測量工(gōng)況體積❤️流(liú)量時幾乎(hū)不受流體(ti)密度、壓力(lì)、溫度、粘度(dù)等參數的(de)影響，無可(ke)動機械零(líng)件，維護量(liàng)小。渦街流(liú)量計在流(liu)體中設🙇🏻置(zhi)三角柱型(xíng)旋渦發💚生(shēng)體，流體在(zai)管道中經(jīng)過渦街流(liú)量計時，在(zai)三角柱的(de)旋渦發生(shēng)體後，上下(xià)交替産生(sheng)正⚽比于流(liu)速的兩列(lie)旋渦，旋渦(wō)的釋放頻(pin)率與流過(guò)旋渦發生(shēng)體的流體(ti)平均速度(dù)及旋渦發(fa)生體特征(zheng)寬度有🔅關(guān):

　　式中，f爲旋(xuan)渦的釋放(fang)頻率;v爲流(liú)過旋渦發(fa)生體的流(liu)體平均速(sù)度;d爲旋渦(wō)發生體特(tè)征寬度;St爲(wei)斯特勞哈(ha)爾數，範圍(wéi)爲0.14～0.27，是雷諾(nuo)數的函數(shu)。

　　當雷諾數(shu)Re在102~10時範圍(wei)内，St值約爲(wèi)0.2。在測量中(zhōng)，需滿足流(liú)體🌈的♍雷👉諾(nuo)🥰數在102~105,此時(shí)旋渦頻率(lü):

　　由此，通過(guo)測量旋渦(wo)頻率就可(kě)以計算出(chū)流過旋渦(wo)發生🌐體的(de)流體平均(jun)速度v，再由(yóu)式q=vA，可以求(qiu)出流量q，其(qi)中A爲🈲流體(tǐ)流過⭐旋渦(wo)發生體的(de)截面積。
4三(sān)種流量計(jì)比較
4.1選型(xíng)比較
　　标準(zhun)節流裝置(zhì)隻有在滿(man)足以下條(tiáo)件下，流量(liang)系數才與(yu)規🌐範中提(ti)供的數據(jù)相符:①被測(ce)介質應充(chōng)滿全部管(guan)道截面連(lián)續地⭕流動(dong);②管道内的(de)流速(流動(dong)狀态)應是(shi)穩定的;③被(bèi)🐉測介質在(zai)通過節流(liú)裝置時，應(ying)不發🌈生相(xiàng)變;④節流裝(zhuāng)置前後有(you)足夠長度(dù)的直管段(duàn)。
　　巴類流量(liàng)元件運用(yong)廣泛，可以(yǐ)測量幹燥(zao)氣體、潮濕(shi)氣體、液體(ti)或蒸汽的(de)介質，不受(shou)介電常數(shù)的影響，适(shì)用通🏃‍♂️徑廣(guang)。一-般用于(yú)大口徑管(guǎn)道上蒸汽(qì)流量測量(liàng)📧。
　　渦街流量(liàng)計可以在(zai)測量介質(zhi)流速0.5~12m/s範圍(wéi)内選用。渦(wo)📧街流量計(jì)的口徑不(bú)一定與工(gōng)藝管道相(xiang)同，選型時(shi)考慮測量(liàng)流量🍓範圍(wei)🔞是否在流(liu)速範圍内(nei)，當管道流(liú)✏️速偏低，需(xu)縮小儀表(biao)口徑，提高(gāo)流速，從而(ér)得到滿意(yì)的測量結(jie)果。
4.2安裝比(bi)較
　　節流裝(zhuāng)置和巴類(lei)流量元件(jian)都需要與(yu)差壓 顯示(shì)儀 表連接(jie)，測量蒸汽(qì)時都采用(yòng)伴熱保溫(wēn)來應對蒸(zheng)汽冬季凝(níng)❓結的情況(kuàng)，見圖3、圖4。節(jie)流裝置的(de)現場安裝(zhuang)條件要求(qiu)較高，需較(jiao)長的直管(guǎn)段，一般爲(wèi)前20D,後15D。巴類(lèi)流量元件(jian)的前後直(zhi)管段要求(qiu)相對短一(yī)些，一般爲(wei)前7D，後3D。節流(liu)裝置或巴(bā)類流量元(yuan)件與差壓(yā)顯示儀表(biao)之間引壓(ya)管線亦爲(wèi)薄弱環㊙️節(jie)，易産生洩(xiè)漏、堵塞及(jí)凍結、信号(hao)失真等故(gù)障。

　　巴類流(liú)量元件安(an)裝工作量(liàng)小。該探頭(tou)采用的是(shi)插入式的(de)工作方式(shi)，安裝方便(bian)、簡單。安裝(zhuang)的時候隻(zhī)要在現⛷️場(chǎng)直接開孔(kǒng)焊接即可(kě)，見圖5。


　　渦街(jiē)流量計結(jie)構簡單、安(an)裝維護方(fāng)便、無需導(dao)壓管和 三(san)閥組 ，減少(shǎo)了洩漏、堵(du)塞和凍結(jié)等。但是，渦(wō)街流量計(ji)對管道機(jī)械振動敏(mǐn)感，不宜用(yong)于強振動(dong).的場所。渦(wō)街流量計(jì)的前✊後直(zhí)管段要求(qiu)前15D，後10D，通常(chang)用于管徑(jing)在300mm以下的(de)工況，見圖(tú)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼6。

4.3經濟性比(bi)較
　　節流式(shi)差壓流量(liàng)計中的标(biāo)準孔闆結(jié)構易于複(fú)制，性🔴能可(ke)靠✌️，價格低(dī)，無需實流(liú)校準就能(néng)夠使用;其(qí)測量精度(dù)在流量計(ji)中屬于中(zhōng)等水平。由(yóu)于很多因(yin)素✊影響錯(cuo)👣綜複雜🐪，精(jīng)度難以提(tí)高;測量範(fàn)圍窄，差壓(yā)信㊙️号與流(liú)量爲平方(fang)關系，量程(cheng)比僅爲3:1~4:1;孔(kǒng)闆或噴嘴(zuǐ)的壓損較(jiào)大，能耗高(gāo)。
　　巴類流量(liàng)元件壓損(sun)較孔闆大(dà)幅減少，隻(zhi)有孔闆的(de)5%~10%，減🛀小了系(xì)㊙️統的運營(ying)成本。由于(yu)壓差小，則(ze)對應的差(chà)壓變送器(qì)選擇🔅要求(qiu)提高，相應(yīng)增大了差(cha)壓變送器(qì)的采購成(chéng)本。
　　渦街流(liu)量計壓損(sun)小，約爲節(jiē)流式元件(jiàn)的1/4，其儀表(biǎo)購置🧡費用(yòng)高，安裝費(fèi)用和運行(háng)費用較低(di)。
4.4精度與小(xiao)流量切除(chú)性能比較(jiào)
　　滿足規範(fàn)GB/T2426生産的節(jie)流式差壓(ya)流量計的(de)精度在+0.55%左(zuǒ)右;巴類流(liu)量元件的(de)精度與前(qian)後直管段(duàn)有關，當前(qian)直管段長(zhang)🌍度爲14D，後直(zhí)管段長度(du)爲3D時，精度(du)可以達到(dào)+0.5%，當前直管(guǎn)段爲7D，後直(zhi)管段爲3D時(shí)，精度可以(yǐ)達到+1%;而渦(wō)街流量計(ji)的精度在(zài)土1.0%，對于内(nèi)縮徑型的(de)⭐渦街流量(liàng)⚽計，其精度(du)在士1.35%左右(you)。
　　當某測點(dian)由開車工(gong)況變化至(zhì)正常工況(kuàng)時，其測點(diǎn)往往❓流量(liang)值逐步由(yóu)小流量遞(dì)增至正常(chang)流量。當工(gong)況流量低(di)于三🤞種儀(yi)表可以測(ce)量的範圍(wéi)内，會出現(xian)⛱️測量不準(zhǔn)确的現象(xiàng)。對于節流(liu)裝置，當🌐雷(léi)諾數小于(yu)5000時，精度就(jiù)會遠超0.55%;巴(ba)類流量元(yuán)件對雷諾(nuo)數的要求(qiu)不高，在保(bao)證滿管的(de)情況⁉️下，若(ruò)雷諾數低(dī)，巴類流量(liang)🎯元件的輸(shu)出💃差壓會(huì)偏小，影響(xiǎng)差壓變送(sòng)器的測量(liàng)精度;渦街(jiē)流量計的(de)最小📱雷諾(nuo)數極限爲(wei)10000。
4.5案例比較(jiào)
　　針對某精(jing)餾工段換(huàn)熱器的蒸(zhēng)汽流量測(ce)量，做了計(ji)算👅對比:
　　該(gāi)位置點管(guǎn)道壓力等(děng)級爲150#，管徑(jìng)250mm，蒸汽操作(zuo)壓力爲0.4MPa，操(cāo)作溫度爲(wèi)🌈151℃，蒸汽流量(liang)爲4000kg/h,允許壓(yā)損爲20kPao
　　節流(liú)裝置經過(guo)選型計算(suàn)，采用滿刻(ke)度壓差10kPa，正(zhèng)常差壓爲(wèi)5kPa，開孔直📐徑(jing)比爲0.44，最大(da)壓損爲7.9kPa。一(yi)整套節流(liu)裝置的采(cai)購安裝費(fèi)用大緻在(zài)2.5萬元左右(yòu)。
　　巴類流量(liàng)元件經計(jì)算，其滿刻(ke)度差壓爲(wei)0.3kPa，正常差壓(yā)爲0.18kPa，最大壓(yā)損爲0.02kPa。其采(cai)購安裝費(fei)用大緻在(zài)4.2萬元左右(yòu)。該處非振(zhen)動管道，因(yin)此可以采(cǎi)用渦街流(liú)量計。渦街(jiē)流量計經(jīng)過計算，選(xuan)用縮徑爲(wèi)🐆150mm管徑的法(fa)蘭式流量(liàng)計，其最大(da)壓損爲2.9kPa。其(qi)采購安裝(zhuang)費用大緻(zhi)在5萬元左(zuo)右。
　　通過比(bi)較，可得結(jie)論:①節流裝(zhuang)置壓損最(zui)大，巴類流(liu)量元件🌈壓(ya)🏒損🏃‍♂️最🍉小。考(kǎo)慮長期運(yun)行能耗，巴(bā)類流量元(yuán)件經濟性(xìng)最💋好，渦街(jiē)次之;②節流(liú)裝置選用(yòng) 差壓變送(song)器 可采用(yòng)普通量程(cheng)範圍型，巴(bā)類流量元(yuan)件選用差(cha)壓變送器(qi)需采用微(wēi)小差壓測(cè)量型變送(song)器，③當該測(ce)點由開車(chē)工況變化(huà)至正常工(gong)況時，流量(liang)高于51.57kg/h，節流(liú)式🐅差壓流(liú)量元件才(cai)能确保應(ying)有的精度(du)🥵;流量高于(yu)802kg/h，渦街流量(liang)計可以達(dá)到應有的(de)精度;流量(liang)高于1500kg/h，巴類(lei)流⛱️量元件(jiàn)輸出能達(dá)到差壓㊙️變(biàn)送器的精(jing)度下限值(zhí);④若✌️考慮總(zǒng)承包采購(gòu)成本的限(xian)制🔞，可選用(yong)節流裝置(zhì)測量蒸汽(qì)流量。若考(kao)慮綜合🌍采(cǎi)購及運🍓行(hang)成本，包括(kuò)長期運行(háng)蒸汽壓力(lì)損失成本(ben)和冬季保(bao)溫伴熱蒸(zheng)汽成本，可(kě)選👅用渦街(jiē)流量計。若(ruo)遇✉️到蒸汽(qi)管線口徑(jìng)增🏒大至300mm以(yi)上，可考慮(lǜ)采用巴類(lèi)流量元件(jian)，此時巴類(lei)流👌量元件(jian)的采☀️購成(cheng)本将比其(qi)餘兩種流(liu)量計低得(de)多。
5結語
　　蒸(zhēng)汽流量儀(yí)表的選用(yong)非常重要(yào)，準确測量(liàng)蒸汽流量(liang)是生産部(bu)門的需要(yào)。随着經濟(jì)的發展，提(ti)高測量水(shuǐ)平的呼聲(shēng)越來越🌐高(gāo)。在實際選(xuan)用中，設計(jì)人員需根(gen)據蒸汽的(de)性💋質和工(gōng)況精度⭐的(de)要求、成本(běn)核算等條(tiáo)件來選擇(ze)适合的蒸(zheng)汽儀表。節(jie)流裝置、巴(ba)類流量元(yuan)件和渦街(jie)流量計各(ge)有利弊，需(xu)要充分考(kǎo)慮工藝、環(huán)境要求，合(hé)理地選擇(zé)流量計♌，才(cái)能保證蒸(zheng)汽計量的(de)準确性。

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