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蒸汽是比较特殊的介质，随着工况（如温度、压力）的变化，过热蒸汽经常会转变成为饱和蒸汽，形成汽液两相流介质。对于相流的经常变化的蒸汽，至今为止，工业用流量仪表种类多达60余种，之所以这样，因为史上还没有一种对任何流体、任何量程、任何流动状态以及任何使用条件都使用的流量仪表，流量仪表都有它特定的适用性，也有其局限性。如果流量仪表选择不当，流量肯定测量不准。 |
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蒸汽可分为饱和蒸汽和过热蒸汽。饱和蒸气又可分为干饱和蒸气和湿饱和蒸气。在流量测量过程中，蒸气的性质有时会产生变易。也就是说，它们之间可能会相互转换。这对蒸气流量的准确计量带来一定的困难。 |
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1 、蒸气的密度 |
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准确确定蒸气的在线密度是确保蒸气流量测量精度的最重要的条件之一 |
| A.饱和蒸气的密度水经过加热蒸发变成蒸汽，这就是饱和蒸汽。饱和蒸汽的温度与压力之间有着严格的一一对应关系。饱和蒸汽的密度可以是其温度或者是其压力的单一函数。根据饱和蒸汽的温度值或者是压力值的大小，将其代入饱和蒸汽密度计算公式就可以计算出准确的饱和蒸气的密度值。 |
| B.过热蒸气的密度 |
| 过热蒸汽是将饱和蒸汽进行再加热后获得的一种具有特殊品质的蒸气。它打破了饱和蒸汽所固有的温度与压力严格一一对应的关系。也就是说，在固定的蒸汽压力条件下，凡是温度超过对应压力条件下饱和温度的蒸汽都被称为过热蒸汽。由于过热蒸汽具有过热度，因此在输送和流量测量过程中一般不容易发生性质变异（不容易产生冷凝水析出），在流量测量过程中可以将过热蒸汽作为单一介质看待。 |
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过热蒸汽的密度是其温度和压力的综合函数，密度值可以根据过热蒸汽的温度值和压力值通过过热蒸汽密度计算公式准确计算获得。天辰蒸汽流量计采用在线温度、压力密度补偿的方法可以获得准确的过热蒸汽密度，可以保证在过热蒸汽流量测量过程中不会因为密度的问题带来额外的测量误差，保证测量的精度。 |
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2 、蒸气的流速对流量测量的影响 |
| 管道中蒸汽的实际流速一般都比较大。在正常条件下，蒸气在管道中的经济流速在 40 ～ 70m /s 之间。有时蒸气的流速高达 100m /s 以上也不鲜见。高速的蒸汽对于流量测量元件的影响主要表现为：磨损和冲击。 |
| 天辰蒸汽流量计传感器实际上是一个90度标准弯头，无任何附加节流件或插入件（见图一），流道通畅，不容易产生磨损，对于微量磨损不敏感，因此，对于管道中可能存在的冲击影响不大。 |
L 型 |
Z 型 |
图一 弯管传感器剖面图 |
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弯管流量计的以上特点与孔板流量计有较大的区别。孔板对磨损特别敏感（入口锐角）；孔板由于是节流件，对于管道中可能产生的水锤冲击影响巨大。 很多实际使用的蒸气孔板， 往往都会或多或少地产生变形（成为碗形）就是由于管道中水锤冲击造成的。所有这些都会直接影响孔板流量计的测量精度。 |
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在采用弯管流量计测量蒸气流量的系统中，由于蒸气的流速相当高，使弯管传感器能够产生足够大的差压信号值。这对于差压变送器的选择十分有利，对于提高弯管流量计的测量精度十分有利。 |
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3 、高温、高压的蒸汽对流量测量的影响 |
| 高温、高压的蒸气在流量测量过程中对于测量装置的要求是非常高的。主要表现在：传感器材质的选择；安装的可靠性和安全性；防止发生跑冒滴漏；防止高温蒸气对于测量元件的影响和损坏等等。 |
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弯管传感器具有各种材质的品种可供选择。在高温、高压的蒸气管道上安装使用的弯管传感器完全可以选用与工艺管道相同材质的弯管(传感器)。这样的选择就很好地解决了传感器的材质问题。 |
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弯管传感器具有良好的耐磨性能，可以长周期、高精度、高稳定地工作。因此，弯管传感器可以采用直接焊接的方式进行安装(见图二)。具体的方法就是将弯管传感器直接和工艺管道焊接在一起。这样的安装方法完全可以解决蒸气流量测量过程中可能出现的跑冒滴漏的问题。 |
图二 现场传感器采用焊接连接安装方式 |
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孔板流量计为了解决跑冒滴漏的问题， 在市场上曾经出现过一种焊接式孔板。但是，由于孔板不具备耐磨的特性，它的检修周期最长只有一年。 焊接式孔板它是以损失测量精度为代价来解决蒸气流量测量中的跑冒滴漏问题的，这当然不是一个好办法。因此，焊接式孔板最终不能够被人们广泛接受。 |
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弯管流量计属于差压式流量测量装置，它是通过差压变送器将差压信号转换成为电信号进行流量测量的。而差压变送器又是通过导压管与弯管传感器连接的。由于导压管的存在，高温、高压蒸汽并不直接与信号转换器（在这里就是差压变送器）直接接触。因此，不存在转换器受高温、高压蒸汽影响的问题。 |
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这一点与涡街流量计不同。涡街流量计的旋涡检测元件是直接与蒸汽接触的，因此，它的耐温性能就受到限制。 |
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4 、蒸气的冷凝对于流量测量的影响 |
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蒸汽是由水加热蒸发生成的。对于差压式流量测量装置而言，差压式传感器（包括：孔板、弯管传感器、均速管、威力巴测量管等等）必须通过导压管与差压变送器连接，将传感器产生的差压信号送入差压变送器进行信号转换。那么处于导压管中的蒸汽会因为与环境换热而冷凝成为冷凝水。 |
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在蒸汽流量测量过程中，如何妥善解决由于冷凝水的生成而带来的一系列问题。这是需要我们特别的注意问题。如何保证正负导压管中冷凝水液面的平衡和稳定保证两根导压管中冷凝液液面处于同一高度是保证蒸气流量测量装置准确测量的前提条件。如果两根导压管中的冷凝液液面高度不相等，那么，冷凝液液柱的高度差会使差压变送器接受一个附加的差压值，这个差压值将使蒸气流量测量的精度大受影响。 |
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（ 1 ） 盘式冷凝器 |
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我们假设与弯管传感器连接的导压管具有一段相当长的水平管段，用来代替冷凝罐的工作， 达到保持冷凝水液面的稳定和平衡。所谓相当长的水平管是指即使管道内的蒸气是过热度很高的过热蒸汽，通过相当长管段的导压管换热之后保证在相当长的水平管段尾部之前一定有冷凝水产生。其结果是：处于水平管近端（与弯管传感器连接）导压管中的介质必然是蒸汽；处于导压管远端中的介质必然是冷凝水。蒸汽和冷凝水的交界面必然处于水平导压管中间的某一点上，具体位置对于冷凝水液柱的高度无关。管道中蒸汽压力、温度的变化或者是周围换热条件的变化使水平导压管中的部分冷凝水闪发或者是部分蒸汽冷凝，只会使水汽交界面在水平导压管中来回移动，它不会造成冷凝水液柱高度的变化。这是因为这根导压管处于水平状态下工作的缘故。这样就保证了导压管中冷凝液液面的平衡和稳定。 |
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足够长的水平导压管安装、使用都不方便。如果能够将足够长的水平导压管给它盘起来，加工成为一个水平盘管使用就十分方便、合理。这就是水平盘管产生的原因。弯管流量计配置了专用的水平盘管就解决了冷凝水液面平衡和稳定的问题（见图三）。 |
图三 蒸汽安装示意图 |
| （ 2 ）保温和伴热 |
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处于寒冷地区的蒸汽流量测量装置，差压变送器测量室和导压管中的冷凝水容易结冰，造成系统无法正常工作。保温和伴热就是蒸气流量测量必须要考虑的技术措施。 |
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蒸气流量测量系统采用保温和伴热是一件十分麻烦的事。在可能的条件下将流量测量装置安装在环境温度较高的室内是寒冷地区最佳的选择。 |
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在采取伴热、保温方案时，要特别注意处于垂直状态条件下的正负导压管所处温度的一致性。这是因为导压管中（冷凝）水的密度是温度的函数。如果处于垂直状态下的两根导压管工作在不同的温度条件下，管内的冷凝水密度是不一样的。工作温度差异越大，产生的附加差压值就越大；垂直距离越高，产生的附加差压值就越大。这个问题必须引起我们的高度重视。 |
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解决这个问题的方法是：将处于垂直状态的正负压两根导压管和伴热管组合在一起，并保持它们之间有相同的间隔距离，使两根导压管中的冷凝水处于同样的温度状态下工作，保证不会因为管道内水的密度不同引起测量偏差。 之所以强调处于垂直状态下的导压管而不重视水平导压管的温度差，是因为水平导压管中液体的温度变化引起的密度变化不会造成差压值的变化，不会造成测量的附加误差。 |
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（ 3 ）蒸汽冷凝对于处于停用状态流量计的影响 |
| 测量蒸汽流量的弯管流量计在实际停止使用蒸汽的状态下，流量计仍然会有指示这个问题给用户造成很大的困惑。其实，这也是蒸汽冷凝惹的祸。我们知道，弯管传感器是安装在蒸汽管道上进行流量测量的。当用户停止用汽时，会将蒸汽阀门关闭。但是，弯管传感器本身仍然处于蒸汽管道中。这时管道中的蒸汽虽然不再正常流动了，但是，随着管道的冷却，管道中不断有部分蒸汽变成为冷凝水，客观上仍然有蒸汽在管道中无序的流动着。弯管传感器属于双向式流量传感器，无论蒸汽流动的方向如何改变，它都能够产生正向的差压信号。于是，弯管流量计在这样的状态下仍然有 “ 相当的流量值 ” ，引起人们的猜疑。如果弯管传感器安装在蒸汽截止阀的前面，无论蒸汽截止阀关闭与否，它始终处于蒸汽管道中，蒸汽的冷凝和新蒸汽的补充没有尽头，这样的现象就会更加严重一些。但是，这种现象对于蒸汽正常流动时的工作并不产生任何影响。解决停止用汽后依然有流量显示的方法是二次表设置小信号切除，即当差压信号低于一定数值后流量计按没有流量处理。 |
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5 、弯管传感器结构形式的选择 |
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A. 水平安装是 “L” 型 90° 弯管传感器安装模式的首选 |
| 如果现场安装的是 90° 弯管传感器，那么弯管传感器的安装状态是必须注意的一个问题。 |
| 水平安装的 90° 弯管传感器，它的两个取压孔同样可以处于水平的状态下工作。同样可以保证两根导压管中冷凝液液面的平衡和稳定。这样的安装方式也可以不考虑对于差压变送器的迁移和补偿。所以，水平安装是采用 90° 弯管传感器首选的安装模式（见图四）。 |
图四 “L” 型 90° 水平转水平安装 |
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B. “Z” 型弯管传感器是蒸气流量测量系统的次首选 |
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弯管传感器有多种结构形式，安装在九十度折弯处的 “L” 型 90° 弯管传感器和安装在直管上的 “Z” 型弯管传感器是其中的两种。由于蒸气介质的特殊性，在蒸气流量测量系统中，选择那一种弯管传感器对于保证流量测量结果是有一定的影响的。 |
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“Z” 型弯管传感器可以安装在任意空间状态的直管上工作，且能够保证两个取压孔一定可以处于同一水平位置上。这样的安装模式可以保证蒸气冷凝液液位始终处于相同的水平面上，这时不需要对差压变送器进行任何的迁移或补偿。使系统的工作简单、方便、准确。因此， “Z” 型弯管传感器是蒸气流量测量中次首选的弯管传感器（见图五）。 |
图五 “Z” 型水平直管段安装示意图 |
垂直直管段安装示意图 | |
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C. 处于垂直安装状态下工作的 “L” 型 90° 弯管传感器 |
| 垂直安装的 “L” 型 90° 弯管传感器，它的两个取压孔不处在同一水平面上。两个取压孔之间存在一个高度差。取压孔位置高度差的存在使两根导压管中冷凝液液面存在一个相同数量的冷凝液液位的高度差。这样的安装方式必须考虑对于差压变送器进行相应的迁移和补偿才能够保证系统的正常工作（见图六）。 |
图六 “L” 型 90° 垂直安装示意图 |
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迁移的数值当然是两个取压孔位置高度差与冷凝液密度的函数。问题是冷凝液（水）的密度是环境温度的函数，而环境温度并不是一个固定值。于是，这样的测量方法必然会带来附加的偏差。当环境温度差异很大时，需要对差压变送器的迁移值进行实测校准，尽可能减小误差的产生。 |
| 在条件允许的情况下，我们应该尽可能的避免使用垂直安装的 “L” 型 90° 弯管传感器。 |
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现场图片： |
“Z” 型水平直管段安装方式 |
“L” 型垂直安装方式 |
“Z” 型垂直直管段安装方式 |
“L” 型水平安装方式 | |
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我们蒸汽弯管流量计分别与涡街流量计运行 72 小时结果进行对比实验，实验周期30天，从2005年8月1日至2005年9月1日。实验过程中每天记录 9 ： 00 ， 11 ： 00 ， 13 ： 00 ， 15 ： 00 四个时间点的数据进行对比，记录数据包括瞬时流量、累积流量、温度、压力等参数。我们随机选取其中 20 个数据进行分析，数据对比表格如下： |
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2005 年 8 月 15 日 ~ 8 月 19 日 采集数据对比表 |
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序
号 |
时
间 |
1# 锅炉 |
3# 锅炉 |
|
1# 涡街流量计 |
弯管流量计 |
示值
误差 % |
3# 涡街流量计 |
孔板 |
示值
误差 % |
|
压力
(Mpa) |
流量
(T/h) |
压力
(Mpa) |
流量
(T/h ） |
压力
(Mpa) |
流量
(T/h) |
压力
(Mpa) |
流量
(T/h) |
|
1 |
9:00 |
5.45 |
15.28 |
3.29 |
15.51 |
-1.51 |
5.45 |
14.44 |
1.57 |
14.91 |
-3.25 |
|
2 |
11:00 |
5.54 |
14.98 |
3.31 |
15.34 |
-2.40 |
5.54 |
13.82 |
1.69 |
14.07 |
-1.81 |
|
3 |
13:00 |
5.53 |
15.16 |
3.28 |
15.3 |
-0.92 |
5.53 |
12.92 |
1.56 |
13.44 |
-4.02 |
|
4 |
15:00 |
5.45 |
15.27 |
3.34 |
14.83 |
2.88 |
5.45 |
12.03 |
1.55 |
12.55 |
-4.32 |
|
5 |
9:00 |
5.37 |
14.37 |
3.29 |
14.61 |
-1.67 |
5.37 |
13.16 |
1.58 |
13.07 |
0.68 |
|
6 |
11:00 |
5.48 |
14.17 |
3.26 |
13.75 |
2.96 |
5.48 |
13.36 |
1.56 |
12.85 |
3.82 |
|
7 |
13:00 |
5.38 |
14.3 |
3.30 |
14.23 |
0.49 |
5.38 |
14.38 |
1.59 |
14.01 |
2.57 |
|
8 |
15:00 |
5.43 |
15.16 |
3.25 |
14.75 |
2.70 |
5.43 |
14.46 |
1.65 |
13.94 |
3.60 |
|
9 |
9:00 |
5.42 |
14.18 |
3.01 |
13.91 |
1.90 |
5.42 |
14.58 |
1.66 |
14.09 |
3.36 |
|
10 |
11:00 |
5.47 |
14.3 |
3.28 |
14.12 |
1.26 |
5.47 |
11.93 |
1.66 |
12.25 |
-2.68 |
|
11 |
13:00 |
5.48 |
14.15 |
3.30 |
14.34 |
-1.34 |
5.48 |
12.44 |
1.61 |
12 |
3.54 |
|
12 |
15:00 |
5.49 |
14.01 |
3.30 |
14.32 |
-2.21 |
5.49 |
13.65 |
1.69 |
14.21 |
-4.10 |
|
13 |
9:00 |
5.48 |
13.78 |
3.19 |
14.01 |
-1.67 |
5.48 |
12.45 |
1.64 |
12.95 |
-4.02 |
|
14 |
11:00 |
5.46 |
14.56 |
3.33 |
14.22 |
-2.34 |
5.46 |
13.04 |
1.57 |
12.78 |
1.99 |
|
15 |
13:00 |
5.52 |
14.65 |
3.32 |
14.23 |
2.87 |
5.52 |
13.14 |
1.60 |
13.78 |
-4.87 |
|
16 |
15:00 |
5.46 |
15.04 |
3.27 |
14.78 |
1.73 |
5.46 |
13.52 |
1.66 |
13.98 |
-3.40 |
|
17 |
9:00 |
5.43 |
14.12 |
3.31 |
14.34 |
-1.56 |
5.43 |
14.48 |
1.69 |
13.95 |
3.66 |
|
18 |
11:00 |
5.44 |
16.51 |
3.23 |
16.02 |
2.97 |
5.44 |
12.55 |
1.66 |
13.11 |
-4.46 |
|
19 |
13:00 |
5.49 |
14.52 |
3.26 |
14.21 |
2.13 |
5.49 |
13.06 |
1.79 |
13.56 |
-3.83 |
|
20 |
15:00 |
5.41 |
14.64 |
3.29 |
14.24 |
2.73 |
5.41 |
12.26 |
1.61 |
12.88 |
-5.06 |
|
合计 |
|
|
293.15 |
|
291.06 |
0.71 |
|
265.67 |
|
268.38 |
-1.02 | |
|
由表中可以看出，在弯管流量计和涡街流量计的对比中，最大示值误差为 2.97% ，所有 20 组数据对比误差都在± 3% 以内；在孔板和涡街的对比中，最大示值误差为 -5.06% ，在 20 组数据对比中，大部分超过± 3% 。因此可以看出弯管流量计精度明显高于孔板，计量数据更为准确。 |
| 综上所述，蒸汽流量仪表的选用是非常重要的，准确测量蒸汽流量是生产部门都需要和普遍关心的问题。随着经济的发展，提高测量水平的呼声越来越高。因此，应针对生产实际情况，做一些细致的技术工作，切实探索出一条蒸汽流量测量的成功之路。天辰蒸汽流量计凭借自己独特的优势逐渐替代其他流量计被广大用户所接受，愿天辰仪表成为您最佳选择。 |
