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蒸 汽计计量及计费应考虑的若干问题

  蒸汽是一种二次能源,分 为过热蒸汽和饱和蒸汽,前 者多作为动力工质用于发电,后 者作为供热工质常用于干燥、保温、采暖。过 热蒸汽是一种单相介质,它 的计量问题已基本解决。饱 和蒸汽是汽水混合的两相介质,实 际中有的流量计生产厂家将其作为单相介质(干饱和蒸汽)处理,而 用户往往并不清楚这点。

   一、蒸 汽流量计量应考虑的问题
    1.蒸汽密度补偿
    蒸 汽流量计量一般以质量为单位,其 密度对流量测量准确度的影响与差压(节流装置)或频率(涡街)测 量具有同等重要的地位,要认真对待。
    (1)过热蒸汽
    过热蒸汽是单相流,其 密度可由蒸汽压力及温度确定,只 要在智能蒸汽流量计中置入水蒸气的密度表或计算式,计 算机就能根据测得的压力、温度求得即时密度值。
    (2)饱和蒸汽
    饱 和蒸汽是汽水混合的两相流,影 响其流动的因素有质量流量、干度、液体密度、气体密度、液体黏度、气体黏度、表面张力、表 面粗糙度及管道倾斜度等9个变量,要准确计算太复杂。从实用出发,可 采用均相流动模型来处理。
    设 在管道某一截面上取一微段ΔL,则 此截面上两相介质的密度应为此微段中两相介质的质量与容积之比,即
    ρm=〔ρGoΨoAoΔL+ρLo(1-Ψ)AoΔL〕/(AoΔL)    (1)
    式中:ρm——混合物密度;ρG——气相密度;ρL——液相密度;Ψ=AG/A,即空隙率(其中AG——气相所占流通面积);A——流通面积。
    即ρm=ΨρG+(1-Ψ)ρL    (2)
    而空隙率Ψ与干度x的关系为
    Ψ=(x/ρG)/〔x/ρG+K(1-x)/ρL〕  (3)
    式中:K=VG/VL,即速度比;VG——气相平均流速;VL——液相平均流速;x=MG/M,即干度;MG——干蒸汽质量;M——总质量。
    将式(3)代入式(2),化简为
    ρm=〔x+K(1-x)〕/〔x/ρG+K(1-x)/ρL〕  (4)
    因 均相时两相速度相等,即K=1,则有
    ρH=1/〔x/ρG+(1-x)/ρL〕  (5)
    式中:ρH——均相密度。
    其函数关系:ρH=f(ρG,ρL,x),而ρG(干饱和蒸汽密度)及ρL(饱和水密度)可由压力(温度)通过图表或公式求取。又因ρL远大于ρG,x一般不会小于0.8,估算时式(5)还可简化为ρH=ρG/x,可见干度影响之大。
    2.干度处理
    (1)采用在线干度仪
    对 于贸易结算量大且干度变化较大的饱和蒸汽应采用在线干度仪补偿。目前,饱 和蒸汽在线干度仪有凝结式、电导式、节流式等,前者具有稳定可靠、准确度高、造价低等特点,后两者安装简单、使用方便,可依情况选取。
    (2)采用化验方法
    化 验方法是一种实验室方法,通过对饱和蒸汽采样,化 验水中含盐量来确定饱和蒸汽的干度,它 适合于内部能源结算及量小的情况。可 用这种方法测一个常用干度值,然 后置入流量计进行固定补偿。
    3.节流装置的流量系数α
    节 流装置存在一个流量系数α补偿问题。在 选定节流件并确定取压方式后,可 认为流量系数只随雷诺数Red而变动,即α=f(Red)。
    在 一定型式的节流装置和一定截面比的情况下,当流体雷诺数Red较低时,流 量系数是随雷诺数变化的,但 当雷诺数值大于某一界限值后,流量系数不再随Red变化,而趋向平稳。也 只有在所要测量的范围内及流量系数α保持常数的情况下,压 差与流量之间才有恒定的对应关系。这 也是节流装置量程比不大的原因之一。
    流量系数α对 流量的影响虽不及密度,但在Red较 低时应考虑用迭代法加以补偿。对一定的节流装置,由直径比β、管 壁粗糙度及国家标准中给出的数据可算出一组α=f(Red)值,列出表格,计 算机采用迭代法即可求取α之值。这 样还可提高节流装置的量程比。
    4.蒸 汽流量仪表的选型及安装
    目 前用于蒸汽计量的仪表多为节流装置或涡街流量计,选 型时宜选智能型且带温压补偿的仪表,并应根据使用要求、安装条件、流体特性、维护性、仪 表质量及价格综合考虑。
    蒸 汽流量仪表首选是标准节流装置,其可靠性高、稳定性好,如直管段不够,量程要宽点的,可考虑采用多孔孔板(前3D后1D)。对于饱和蒸汽,当温度小于250℃,直管段满足前10D后5D且振动较小时,可选用涡街流量计。
    仪 表安装时每个环节都要按要求认真执行,尤 其不能把仪表夹在管道上直接焊接。
    二、蒸汽计费问题
    蒸汽压力越大、温度越高,品质就越高,做功能力就越强。但 目前蒸汽计费不少单位仍按蒸汽量乘以单价计算,这 种算法无法反映蒸汽品质对价格的影响。拿过热蒸汽来说,压力一定时,过热度越大,蒸汽密度越小,流量反而跟着小。高低品质一个价,不合理。
    北 方居民取暖常用热能表来度量,其热能积算式为
   
    式中:Q——累积热能值;qm——瞬时质量流量;Δh——热 交换系统入口和出口温度的焓值差;dt——单位时间。
    这 样不管流体品质高低都化为热能来度量,相对合理。如同电,不管电压高低、电流大小,最 终都要转化为电能一样。
    因此,对蒸汽计费,在计量蒸汽流量时,不 妨在仪表中增加一个蒸汽热能积算,以便用户计费时选用。实现这点很容易,对环路系统,就像热能表一样处理,对开环系统,可 取流量表安装点和大气温度的焓值差计算。

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