0 引言

      蒸汽是化工企業(yè)中重要的能源，包括飽和蒸汽和過熱蒸汽。由于蒸汽的溫度、壓力較高，使用量大，成本較高，長期以來，蒸汽計量中存在許多值得探討的問題。準確的蒸汽流量計量，對節(jié)能降耗，成本核算，貿(mào)易結(jié)算和生產(chǎn)管理有非常重要的現(xiàn)實意義。

      1 流量計的選用

      目前在工業(yè)蒸汽計量中應(yīng)用最為普遍的是傳統(tǒng)型的節(jié)流裝置流量計，由于眾所周知的優(yōu)點，節(jié)流裝置幾乎成為首選的流量測量裝置，特別是對于高溫、高壓過熱蒸汽。但是節(jié)流裝置的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，安裝工程量大，容易出現(xiàn)堵、漏、磨損等問題，需經(jīng)常維護。同時，節(jié)流裝置的流量測量范圍比較窄，常規(guī)應(yīng)用只能提供3：1的測量量程比。因此有效地解決節(jié)流裝置的結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)測量范圍已提到日程。以提高蒸汽計量的準確度和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

      一體化節(jié)流裝置是將傳統(tǒng)的節(jié)流裝置流量測量系統(tǒng)集成在一臺測量設(shè)備上，包括節(jié)流件本體、取壓裝置、冷凝散熱裝置、排污裝置、差壓（溫度、壓力）測量功能等，具有結(jié)構(gòu)簡單，省卻引壓管線、泄漏點少、維護方便、安裝施工量小等優(yōu)點。配合1932噴嘴，能夠有效減少磨損和壓力損失，可以滿足Ф50~Ф400管徑條件下的蒸汽流量測量要求。例如，本公司生產(chǎn)的一體化節(jié)流裝置，可以配用1932噴嘴和標準孔板，適用于4.0MPa以下的中低壓蒸汽流量計量。

      2 流量公式的確定

      蒸汽計量中采用節(jié)流裝置時，其流量公式為：

      q_m  質(zhì)量流量                                             單位kg/s；
      △P 差壓                                                    單位Pa；
      C   流出系數(shù)
      d   節(jié)流件在工況條件下的開孔直徑                 單位m；
      ε  可膨脹性系數(shù)
      ρ  被測流體工況條件下的密度                        單位kg/m³；
      β  節(jié)流件孔徑與直管段內(nèi)徑之比，β=d/D；

      從公式2-1中可以看出，參數(shù)△P、C、ε、d、β、ρ對流量計算的準確度影響較大。在傳統(tǒng)的蒸汽流量計算中，C、ε、d、β均使用節(jié)流件設(shè)計時的計算結(jié)果，然而在實際應(yīng)用中，計量系統(tǒng)的工作條件（如工作溫度、壓力）往往偏離了設(shè)計條件，這些參數(shù)也就發(fā)生了變化，而影響流量計量的準確度。因此，在節(jié)流件開孔徑不變的條件下，動態(tài)修正C、ε、d、β等參數(shù)，對提高蒸汽流量計量準確度非常重要。

      3 蒸汽計量的密度補償運算

      在蒸汽的計量中，密度是溫度、壓力的函數(shù)，但并不遵循理想氣體狀態(tài)方程，且在不同壓力、溫度區(qū)間，函數(shù)關(guān)系不同。飽和蒸汽、過熱蒸汽的密度與壓力，溫度的函數(shù)關(guān)系也不同。

      工程上應(yīng)用的水蒸氣大多處于剛剛脫離液態(tài)或離液態(tài)較近，它的性質(zhì)與理想氣體大不相同。水蒸氣的物理性質(zhì)較理想氣體要復(fù)雜的多，故不能用簡單的數(shù)學(xué)式加以描達；所以，在蒸汽流量的計算中，水蒸氣的狀態(tài)參數(shù)值，大都從水蒸氣表中查出。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，微處理器已廣泛應(yīng)用于流量計量顯示儀表，其存儲能力、快速計算能力為準確、快速的確定水蒸氣的密度提供了有力的技術(shù)手段。

      4 流量測量范圍

      傳統(tǒng)節(jié)流裝置蒸汽計量系統(tǒng)可以提供3：1的測量范圍，這遠遠不能滿足實際計量應(yīng)用的需要。影響測量范圍的主要因素有以下兩個方面：

      4.1差壓變送器的量程

      傳統(tǒng)的差壓變送器（DDZ-II，DDZ-Ⅲ）一般可以提供10：1的測量范圍。從公式2-1中可以看出，差壓值的平方根與流量成正比，在確保測量精度的前提下，10：1的差壓測量范圍所對應(yīng)的流量范圍約為3：1。因此，選用寬量程的差壓變送器和獲得準確的差壓測量值是擴展節(jié)流裝置測量范圍的基本條件。

      4.2 節(jié)流件設(shè)計參數(shù)

      節(jié)流件的主要設(shè)計參數(shù)包括C、ε、d₂₀、β、△Pmax等，這些參數(shù)均為設(shè)計條件下的計算結(jié)果。但是，畢竟節(jié)流件是按照某一種工況條件完成設(shè)計計算的，當工況波動較大、工藝過程不穩(wěn)定與設(shè)計值不符合時，繼續(xù)使用設(shè)計參數(shù)值進行流量計算就會產(chǎn)生較大的計量誤差。為了使節(jié)流裝置在實用的測量范圍內(nèi)（10：1~15：1）均保持較高的計量準確度，就必須對上述設(shè)計參數(shù)進行在線修正。

      4.3 實現(xiàn)寬量程蒸汽計量的條件

      采用低壓損耐磨損的廓型節(jié)流件（標準噴嘴、長徑噴嘴），配套寬量程智能差壓變送器以及具有現(xiàn)場總線通訊功能和節(jié)流裝置計算參數(shù)在線修正功能的流量顯示儀表或二次設(shè)備，在飽和蒸汽、過熱蒸汽計量應(yīng)用中均可實現(xiàn)寬量程流量計量。

      5 對計量儀表的要求

      5.1 差壓變送器

      選用量程范圍寬、精度高的差壓變送器對蒸汽流量計量至關(guān)重要，寬量程（100：1）智能型差壓變送器和多參量變送器均能實現(xiàn)高精度差壓測量。但在模擬方式下，信號的變送，傳輸，隔離以及二次設(shè)備對模擬信號的轉(zhuǎn)換處理均會產(chǎn)生一定的誤差。而智能變送器的現(xiàn)場總線通訊方式，可以最大限度地發(fā)揮其高精度測量的優(yōu)勢。在節(jié)流裝置寬量程蒸汽流量計量中，獲得準確的差壓參數(shù)值，是進行節(jié)流件設(shè)計參數(shù)在線修正的先決條件。但是，使用數(shù)據(jù)通訊方式讀取差壓測量值需要二次設(shè)備，特別是流量顯示儀表的配合。

      5.2 流量顯示儀表

      顯示儀表是蒸汽計量系統(tǒng)中完成各種復(fù)雜運算，實現(xiàn)流量累積的關(guān)鍵設(shè)備。本公司提供的節(jié)流裝置寬量程蒸汽流量計量系統(tǒng)，還承擔(dān)對節(jié)流件設(shè)計參數(shù)的修正運算工作。從公式2-1中可以看出，節(jié)流件的主要設(shè)計參數(shù)C、ε、d₂₀、β等在工況條件下均為變量，單純修正某一個參數(shù)很難解決實際問題。因此，要求顯示儀可以實現(xiàn)節(jié)流裝置設(shè)計計算標準GB/T2624-1993（ISO5167）中關(guān)于節(jié)流件設(shè)計的全部運算過程。包括蒸汽密度的溫度、壓力補償，流出系數(shù)，可膨脹系數(shù)計算和對節(jié)流件開孔徑以及β比的修正運算。同時，顯示儀表應(yīng)有較高的數(shù)據(jù)采集和轉(zhuǎn)換精度，才能保證計算結(jié)果的真實性。為了獲得準確的差壓、壓力、溫度測量數(shù)據(jù)，顯示儀表采用現(xiàn)場總線數(shù)據(jù)通訊的工作方式是非常必要的。

      6 關(guān)于節(jié)流件

      蒸汽計量中應(yīng)用最多的是節(jié)流孔板．孔板在運行過程中容易出現(xiàn)邊緣磨損、變形、密封面滲漏等問題，這將導(dǎo)致在相同工況條件下差壓下降，最終引起計量數(shù)據(jù)出現(xiàn)負偏差，降低檢測精度。

      廓形節(jié)流件，如標準噴嘴、長徑噴嘴的耐磨損性能都優(yōu)于孔板，在高溫高壓環(huán)境中的穩(wěn)定期較長，非常適合于蒸汽測量。采用標準噴嘴不僅可以有效降低磨損對計量準確度的影響，同時也可以大大降低節(jié)流件的壓力損失。

      定值節(jié)流件是指每種通徑的測量管道配以有限數(shù)量的節(jié)流件，節(jié)流件的直徑比（β值）按優(yōu)先數(shù)系選用，每種通徑配3~5種β值節(jié)流件。定值節(jié)流件有許多特點，如改變節(jié)流件對號入座便于快速采購和儲備維修備件。同時定值節(jié)流件可以大批量生產(chǎn)，降低生產(chǎn)成本，為擴大使用創(chuàng)造條件。

      7 總結(jié)

      節(jié)流裝置是一種歷史悠久、應(yīng)用極為廣泛的傳統(tǒng)蒸汽流量計量設(shè)備?？茖W(xué)地選用測量設(shè)備、計量方法和流量顯示儀表，可以有效地擴展蒸汽流量計量的測量范圍，提高系統(tǒng)計量準確度。智能化測量儀表、專業(yè)化流量顯示儀表和現(xiàn)場總線技術(shù)的應(yīng)用，是今后檢測與計量系統(tǒng)發(fā)展的必然方向，并將賦予經(jīng)典節(jié)流裝置更強的生命力。