蒸汽测量

      蒸汽流量测量方法按工作原理细分，可分为直接式质量流量计和推导式（也称间接式）质量流量计两大类。前者直接检测与质量流量成函数关系的变量求得质量流量；后者用体积流量计和其它变量测量仪表，或两种不同测量原理的流量计组合成的仪表，经计算求得质量流量。

     现在广泛使用的蒸汽质量流量计绝大多数仍为推导式，其中，涡街流量计就是推导式质量流量计。

     涡街流量计测量质量流量的表达式为：

                 （1）

      式中：qm——质量流量，kg/h；
               f  —— 涡街流量计输出频率，P/s；
               Kt—— 工作状态下的流量系数，P/L；
               ρf ——流体密度，kg/m3。

      由表达式可见，工程上普遍使用的推导式蒸汽质量流量测量系统，关键是求取蒸汽密度，而该值可根据温度、压力通过查密度表求取。

      由于蒸汽分为饱和蒸汽和过热蒸汽，对于过热蒸汽要进行温度压力补偿，对于真正意义上的饱和蒸汽只需进行温度或压力补偿既可，下面进行讨论。

   过热蒸汽

      在实际测量时，由于工况变化，饱和蒸汽和过热蒸汽都有可能偏离原来的设计状态，就使得通常由蒸汽温度、压力求取其密度的关系发生变化，对计量准确性造成影响，当过热蒸汽在经过长距离输送后，或由于管道保温措施不当，往往会因为热量损失温度降低使其从过热状态进入临界饱和状态，甚至部分蒸汽冷凝出现相变而变成水滴。这些水滴对流量测量结果究竟有多大影响，下面举例说明。

      有一常用压力为1.0MPa 的过热蒸汽，其流量为qm，假设经长距离输送后有10% qm冷凝成水滴，令其为qm1而保持气态的部分为qms，从定义知，此时湿蒸汽的干度为：

                     （2）
      由于采用温压补偿，故依临界饱和状态查表，得到此时的蒸汽（干部分）密度ρs=5.6808kg/m3，查水密度表知此时水滴的密度ρL=882.47kg/m3，显然水滴与蒸汽干部分的体积流量为：
     qv1=qm1/ρ1                                             （3）

      qvs=qms/ρ                                               （4）

      式中：qv1—— 水滴的体积流量，m3/s；
               qvs—— 蒸汽干部分的体积流量，m3/s。

      由定义知，蒸汽干部分体积流量占湿蒸汽总体积流量qv之比Rv为：

                           （      因为

                                      （6）

      所以

                                                       （7）    在该例中，Rv=99.93% ，由此可见，在湿蒸汽中，水滴所占的体积比可忽略不计。

      涡街流量计的输出仅与流过测量管的流体流速成正比，在测湿饱和蒸汽时，水滴对涡街流量计输出的影响可忽略，故可以认为，涡街流量计的输出完全是由湿饱和蒸汽的干部分所引起，而干部分的密度，无论是压力补偿或温度补偿，都可较精确查出。

      蒸汽计量时如果双方约定按蒸汽干部分结算费用，冷凝水不收费，则在本例中相变对测量的影响微不足道，可以忽略；如果冷凝水也按照蒸汽一样收费，则涡街流量计的计量结果偏低1-X。

饱和蒸汽

      当涡街流量计安装在减压阀后，饱和蒸汽突然较大幅度减压，流体出现绝热膨胀，水滴部分蒸发，同时从液相和气相中吸收汽化热，使汽液相温度降低。如果温度降低得不多或蒸发前湿度较高，会使温度迅速降低到与新的压力所对应的饱和温度，建立新的平衡。这时蒸汽仍为饱和蒸汽，如果压力降低得很多或蒸发前湿度较低，则因水滴蒸发而使温度降低后仍高于新的压力所对应的饱和温度，则蒸汽变为过热蒸汽。

      上述蒸发发生后，前一种对补偿无影响，仅仅是蒸汽中的干部分增加，干度相应增大，后一种情况即饱和蒸汽变为过热蒸汽，这时对流量计的影响分以下三种情况：

     （1）设计时已经考虑到蒸汽变为过热状态，或处于何种状态难以确定，或有时是过热状态有时是饱和状态，所以采用温压补偿，则上述相变对测量结果无影响。
     （2）设计时按饱和蒸汽考虑，而且采用压力补偿，则上述相变将带来较小的误差，即过热蒸汽温度同饱和温度之差所对应的密度差造成的补偿误差。
     （3）设计时按饱和蒸汽考虑，但采用温度补偿，即将过热蒸汽温度当作饱和温度去查密度表，一般会引起较大误差。

      如某化工厂锅炉房供饱和蒸汽，并根据各用户中蒸汽压力要求值最高的一个决定锅炉供汽压力为1.0MPa，多数用户在蒸汽总管进装置时先经减压阀减压。现从图1所示的一个实例着手进行分析。
     用作进入装置蒸汽计量的涡街流量计安装在减压（稳压）阀之后。原设计按饱和蒸汽考虑，采用温度补偿。经减压，蒸汽总管带入的水滴蒸发完后气温仍高于饱和温度，呈过热状态，现场采集到的数据如图1所示。这时流量二次表按照所测量到的温度t2=162.4℃查饱和蒸汽密度表，得ρ2=3.4528kg/m3，而按照t2和P2两个测量值查过热蒸汽密度表，得密度ρ′2=2.6897kg/m3，所以质量流量计结果出现28.37% 的误差，即：

                 （8）
     在本例中，如果采用压力补偿，则根据P2=0.42MPa的信号查饱和蒸汽密度表，应得到ρ''2=2.7761kg/m3，则补偿误差为：

                   （9）

      解决以上问题有以下3种方法。

     （1）将总蒸汽流量计安装在减压阀前，由于上述蒸汽未经减压，不存在相变问题，所以将流量计安装在减压阀之前，按饱和蒸汽补偿方法处理，可保证测量精度。
     （2）如果流量计只能安装在减压阀后面，则可增装一台压力变送器，进行温压补偿。
     （3）如果减压阀的稳定性能较好，可将流量计上游压力值作为一个恒定值设置到二次表内，进行温度压力补偿。