3.1.8  涡街流量计与节流式差压流量计性能比较

(1)涡街流量计的优点   与节流式差压流量计相比，涡街流量计有如下优点。

①     结构简单、牢固、安装维护方便。无需导压管和三阀组等，减少泄露、堵塞和冻结等。

②     精确度较高，一般为±（1～1.5）％R。

③     测量范围宽，合理确定口径，范围度可达20:1。

④     压损小，约为节流式差压流量计的1/4～1/2。

⑤     输出与流量成正比的脉冲信号，无零点漂移。

⑥     在一定雷诺数范围内，输出频率不受流体物性（密度、粘度）和组成的影响，即仪表系数仅与旋涡发生体及管道的形状、尺寸有关。

（2）涡街流量计的局限性

①     对管道机械振动较敏感，不宜用于强振动场所。

②     口径越大，分辨率越低，一般满管时流量计用于DN400以下。

③     流体温度太高时，传感器还有困难，一般流体温度≤420℃。

④     当流体有压力脉动或流量脉动时，示值大幅度偏高，影响较大，因此不适用于脉动流。

（3）节流式差压流量计优点

①     节流式差压流量计中的标准孔板结构易于复制，简单牢固，性能稳定可靠，价格低廉。无需实流校准就可使用，这在流量计中是少有的。

②     适用范围广泛。既适用于全部单相流体，也可测量部分混相流，如气固、汽液、固液等。

③     高温高压大口径和小流量均适用。

④     对振动不敏感，抗干扰能力特别优越。

（4）节流式差压流量计局限性

①     测量精确度在流量计中属中等水平。由于众多因素的影响错综复杂，精确度难以提高。

②     范围度窄，由于仪表信号（差压）与流量为平方关系，一般范围度仅3:1～4:1。

③     现场安装条件要求较高，如需较长的直管段（指孔板、喷嘴），一般难以满足。

④     节流装置与差压显示仪表之间引压管线为薄弱环节，易产生泄露、堵塞及冻结、信号失真等故障。

最近几年发展起来的一体型节流式差压流量计，虽然仍有引压管线，但长度不足1m，因而减小了这方面的缺陷。

⑤     压损大（指孔板、喷嘴）。

3.1.9  蒸汽相变对流量测量的影响  

水蒸气顾名思义是气相，但在一定条件下会变成液相；饱和水蒸气中的水滴本是液相，但在一定条件会被蒸发变成气相。这是蒸汽质量流量测量中常常碰到的汽水相变。

在推导式质量流量计中，关键环节是蒸汽密度的求取，蒸汽相变发生后，就使得通常由蒸汽温度压力求取其密度的关系发生变化，因此必须认真对待。

（1）气相变液相    过热蒸汽在经过长距离输送后，往往会因为热量损失、温度降低，使其从过热状态进入饱和状态，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

          X＝                         （3.22）

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

                      q_vl=qml/ρ₁                             (3.23)

                      q_vs=qms/ρ₂                              (3.24)

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

                 Rv=              (3.25)

因为                              （3.26）

所以              Rv=                             (3.27)

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。

①                  选用涡街流量计时湿度对测量结果的影响。涡街流量计的输出仅与流过测量管的流体流速成正比，在测量湿饱和蒸汽时，水滴对涡街流量计输出的影响可忽略,故可认为，涡街流量计的输出完全是由湿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，都可较精确地查出。

  蒸汽计量地结果往往作为供需双方经济结算地依据。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值为1－X。

②                  选用孔板流量计时湿度对测量结果的影响。从GB/T2624-1993标准知^[1]，孔板流量计测量蒸汽质量流量时有式（3.1）。

当过热蒸汽热量损失而脱离过热状态后，只可能出现两种情况。一种是进入临界饱和状态,另一种是进入过饱和状态。如果进入临界饱和状态，从理论上讲，流量计不会因此而增大误差，因为在式（3.1）中，根据蒸汽压力查出的р1与实际密度是相符的。如果进入过饱和状态，情况就复杂了。

  一般认为，蒸汽干度较高（X≥95％）时流体表现为均相流动。温压补偿可按通常方法进行；但出现一定误差。在式（3.1）中，р1是实际流体湿饱和蒸汽的密度，其值比临界饱和状态的大，而且干度越低密度越大。而人们根据压力查出的是临界饱和状态的密度，比实际密度小，所以质量流量计结果出现负误差。在湿度不进行测量的情况下，X是未知数，因此，测量结果偏低多少是个未知数。

  在蒸汽干度较低（X≤95％）时，管道中的流体出现分层流动，产生误差更大。

（2）湿饱和蒸汽变成过热蒸汽      湿饱和蒸汽变成过热蒸汽，一般发生在湿饱和蒸汽突然较大幅度减压，流体出现绝热膨胀时。

①     相变过程。湿饱和蒸汽中的蒸汽和水滴，处于汽液相平衡状态，在压力突然降低而低于平衡压力时，水滴部分蒸汽，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，就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。这时蒸汽仍为湿饱和蒸汽。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得饱和温度，则蒸汽变为过热状态^[5]。

②     蒸发对流量测量的影响

a.     上述蒸发发生后得到的两种结果，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。

b.       如果蒸发发生后，蒸汽变为过热状态，而流量计又恰巧安装在减压之后的管道上。这时对流量计的影响分以下三种情况。

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。

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。

设计时按饱和蒸汽考虑，但采用温度补偿，则将过热蒸汽温度当作饱和温度去查密度表。一般会引起较大的误差。

③     举例。有一化工厂^[5]，锅炉房供饱和蒸汽，并根据各用户中蒸汽压力妖气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。先从图3.12所示的一个实例着手进行分析。

  图3.12蒸汽减压和流量测量示意

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汽温仍高于饱和温度，呈过热状态，现场采集到的数据如图所示。这是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р2＝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р2′＝2.6897kg/m3,所以质量流量计算结果出现28.37％的误差,即

   δmt =

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р″2＝2.7761kg/m3，则补偿误差为

δmp=

⑤     解决办法

a.     将总蒸汽流量计安装在减压阀之前。由于上述蒸汽未经减压时，确属饱和蒸汽，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，可保证测量精确度。

b.       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。

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