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减少蒸汽计量输差及存在问题的探讨

时间:2017/11/03来源:未知

    我企业蒸汽一级计量由两部分组成:即动力厂锅炉在定压下加热产生的过热蒸汽和炼钢厂转炉、型钢厂加热炉所产生的余热蒸汽。过热蒸汽都采用标准喷嘴作节流元件,它具有压损小(与孔板比较)、耐磨损、流出系数稳定、使用寿命长、结构已标准化、已有丰富使用经验等优点,缺点是加工制作较孔板难度大,成本比用孔板高。余热蒸汽大多用标准孔板作节流件,与标准喷嘴相比,它压损较大,但其加工容易,成本相对低一些。采用标准喷嘴作节流元件的一级计量情况较好,二级计量绝大多数采用标准孔板计量,问题较多。由于各种原因,以前二级量与总量间输差较大,经常在10%以上。供方与用户均有意见。为了减少计量输差,针对蒸汽计量的特点,企业计量部门加强了设计计算及计量系统的维护工作,使总量与分量间输差大幅下降,近几年来达到(5--8)%(未经平衡修正),收到较好效果。但由于湿蒸汽计量的特点,无法在线测量干度,要使计量准确进一步提高仍然存在一定难度。

减少蒸汽计量输差及存在问题的探讨
    一、节流件的设计计算:
   1.测量基本原理:

     目前我企业测量蒸汽质量流量90%左右仍然采用标准节流装置及数据采集系统、记录仪等。差压式流量计是基于节流原理工作的,其基本方程式为:

  式中:qa质量流量,kg/s;C流出系数a一一节流件的直径比;二—流束膨胀系数刘2一一工作温度下节流件的孔径,m;匆—差压,>P—上游被测流体密度,kg/m3 0    式中P}和二可分别代入上游流体密度和可膨胀系数。    对于在一定型式的节流装置和一定的截面比值条件下,当雷诺数R!值大于某一界限值RrRA时,流出系数C将不再随雷诺数变化而是趋向固定值。在应用标准节流装置测量流量时,只有C值在所需测量的范围内(lq nun"q n.n)均保持常数的条件下,差压和流量之间才有恒定的对应关系。由于实际工况的变化有可能使C值在所需测量的范围之外,压差和流量之间也就可能有不恒定的对应关系。出现这种情况的可能性是在qnun附近,解决方法是在设计时***小雷诺数R}rlnun必须大于Rk。
 
  从测量准确度来看,对蒸汽压损无过高要求时,同样工况状态下选取大差压孔板,由于差压大、准确度高。但阻损大,反之亦然。在设计过热蒸汽节流装置时,当P=3.5 MPa , t=430℃时,工作压力每变化0.1 MPa,过热蒸汽密度约变化3%;工作温度每变化100C,密度约变化1.8%,因此必须在硬件上对温度、压力进行补正。    由于标准节流装置测量范围窄,一般范围仅3:1--4:1;而超范围测量也是引起误差的主要原因。要求用户必须尽可能将流量测量范围提供准确,并规定凡因用户原因造成量程过大或过小无法计量或计量不准的,由用户承担一定的计量输损。
 
  2.管道直径应进行实测:
       企业计量部门在设计节流装置时,基本上都采用工艺提供的公称名义管径值,其实公称名义管径值与实际管径值还是有误差的,特别是卷管,公称名义管径值与实际值有时差值还较大,造成计量误差增大,测量的准确度就难以达到设计要求。所以GB/T2624-1993国标规定:用来计算节流件直径比的管道直径U值应为上游取压口的上游0.5 D长度范围内的内径平均值。该内径平均值应是至少在垂直轴线的三个横截面内所测得内径的平均值。内径的数值(用于设计的管道内径)应达到10.3%,设计前,***好实测管径,以减少计算误差。
 
  3.必须对密度进行补正:
        据有关资料先容,在1.3MPa以下的工业及生活用汽段,影响蒸汽质量流量的***大因素依次是:蒸汽密度、可膨胀性系数、节流件内径和流量系数;在(230150)0C , (0.7510.35)MPa , (4--40)kPa范围内,不作任何修正时误差高达一22. %一+43.9 %,作P修正后误差降为0.8 --2.5)%;作P、二修正后降为(-0.27--0.19)% ,作P、二、d修正后为卜0.10--0.03)%;只有在设计工况下,实际流量与指示流量完全相符,如果实际工况偏离设计工况,由于其蒸汽密度随压力、温度变化而变化,因而测量误差也随温、压而变化。当P上兄小于P rt a时,指示值大于实际值,反之P r大于P rt a时,指示值小于实际值。从我企业实际情况来看,新区蒸汽流量(地区总量)与炼铁厂等单位几套蒸汽流量之和差值较大,达一20%左右。经查设计资料发现,由于各套孔板设计时间差别较大,工艺所提参数不同,设计时采用的密度也不一致,与总量参数有较大出入。经过各套节流装置采用总量密度进行补正,并按新计算的差压重新校准仪表,差值降至-5%左右,收到较好效果。
减少蒸汽计量输差及存在问题的探讨
  二、仪表的安装和运行:
 
  1.节流装置的安装:
 
  节流装置(标准喷嘴、标准孔板)的安装可按GB2624-1981要求。仪表以装在节流装置的下方为宜,若由于使用现场的空间位置等因素,仪表必须装在节流装置上方时,冷凝器亦须处于同一水平上,冷凝器前的导压管必需采取保温措施,避免蒸汽冷凝。两个冷凝器的作用是使导压管中被测蒸汽冷凝并使正、负导压管中冷凝液面有相等高度及保持长期稳定。为不使冷凝液面波动对测量产生误差,冷凝器的有效容积应大于所使用的差压变送器工作空间的***大容积变化的3倍,在水平方向的横截面积不得小于差压变送器的工作面积,系统确保密封良好,严禁泄漏。要充分考虑维护、拆换、吹扫便利。导压管长度***好在16米内,我企业一般不超过30米,内径按国标规定选用,***好选用10mm以防堵塞为好。导压管全程保温并确保正、负管处于同等温度以免密度变化引起误差。装测温元件地方***好在节流件下游侧10D以外处,在管道或正压管上取压时,如压力变送器装在节流装置下方,必须对压力变送器的管路液柱值进行修正,以提高计量准确度。
 
  由于成套节流装置在节流件和取压装置(环室)处的安装要求容易保证,同心度或垂直度超出规定的可能性较少,所以我企业在DN250以下的管道安装蒸汽节流装置时均与前10D、后5D管道同时安装好后再与主管道连接,以减少测量的附加误差。
 
  2.仪表投运:
 
  投运操作时,首先关闭差压变送器的正、负阀,稍开一次阀,检查各阀门、导压管等有无泄露,如无泄露将一次阀全开。打开排污阀排污并让蒸汽排出后关闭排污阀,等一段时间让冷凝器及导压管内充满冷凝水后才能开始正常投运。步骤如下:①开启平衡阀;②缓慢开启负压阀门;③随即开启正压阀门;④稍停片刻后同时关闭正、负阀门;差压变送器调整静压误差在第④步后进行,同时必须待冷凝器内液面一致平衡时才可进行,否则将带来液柱静压误差;⑤再开启正、负阀门;⑥关闭平衡阀,仪表启动。在向差压变送器的正、负容室充灌液体时,应先旋开容器上的排气螺钉,使气体排出后再进行充灌。
 
  3.仪表的运行:
 
  标准规定的工件条件是所谓参考工作条件,它包括环境条件、动力源条件和流体条件。由于流量计装在环境条件相对恶劣的工业现场,在现场要满足设计要求的流体条件是比较困难的,可以讲偏离标准规定是难免的。在长期运行后,无论管道还是节流装置都会发生变化,如结垢、磨损、腐蚀等。节流件是依靠结构形状及尺寸保持信号的准确度,因此,任何几何形状尺寸的变化都会给测量带来误差。而测量误差的变化并不能从信号中觉察到,因此对节流件定期检查是必须的。由于企业的连续生产性质,一般是与检修同步进行。如果几何尺寸变化不大仍可继续使用,但应根据实测数据对设计数据进行修正,以保证测量的准确。同时还要配合有关部门加强对蒸汽管道保温措施的维修和检查,以尽可能保证蒸汽干度的较高值。    节流式差压流量计是一种从设计、制造、安装、使用都要求很严格的仪表,任何一个环节的失误都会带来很大的误差,如果严格按照标准规定,那么它的准确测量是可保证的。
减少蒸汽计量输差及存在问题的探讨
  三、目前计量存在的主要问题:
 
  我企业3.5 MPa , 400℃左右的过热蒸汽采用标准喷嘴计量,计量准确度相对较高;但经降温、减压后的过热蒸汽压力均在1.3MPa以下,送至各用户。由于输送距离及管道保温情况等因素,部分过热蒸汽变成了饱和蒸汽,或者湿饱和蒸汽。形成汽液两相流介质,对相流经常变化的蒸汽来说,其流量的准确计量是一个比较困难的问题,在测量技术上还有很多问题需要解决。由于湿蒸汽除了含有干蒸汽外,还含有不同数量的液态水,这种汽液二相共存的测量介质随温度、压力状况的改变,它们之间的比例也会随时改变,因此用目前的蒸汽流量计来测量是不能得到满意结果的。在计算饱和蒸汽流量时所用的设计压力下的蒸汽密度值都采用其干度X=1时的数值,也就是干蒸汽的数值。由于实际工况的饱和蒸汽都是含有水分的湿蒸汽,其平均密度值视X值的大小而具有不同数值。如工况压力为0.6MPa的干蒸汽密度是3.169kg/m3,而干度值X =0.8的湿蒸汽,其平均密度为3.958kg/m3,两者密度值相差约25 %,用干汽密度算出的质量流量比实际值约偏小12%;又比如,当蒸汽压力为2.SMPa,干度为85%时,如不考虑干度影响,以干蒸汽密度代替湿蒸汽密度,将带来14.5%左右的质量流量测量误差。同时,湿蒸汽因含有密度比干蒸汽大数百倍的液体水粒,在管道中流动时其速度要比干汽小,这样所测得的差压值就低了,反映在仪表读数、记录上就存在着密度和流速受干度影响所带来的叠加性的双重误差。在蒸汽含水量较大时,不考虑干度这个量值时会有百分之几十的误差。因而在蒸汽管道中,实际通过的湿蒸汽的质量比设计X=1时干蒸汽流量偏高,而比孔板流量计所显示的蒸汽量更高;这就是说表计显示出来的蒸汽量大大低于实际量。这就是造成蒸汽总量与分量输差较大的主要原因。
 
  从以上情况来看,干度的测量是非常重要的,有了干度值就可以对测量出来的蒸汽流量进行补正,计量准确度可大为提高。目前测量锅炉出口附近蒸汽干度时常用化学滴定法,其测量原理是:因为水中含有氯离子,如蒸汽X=1则含水量为0时其氯离子含量也为0,因而可在锅炉中采水样和在蒸汽管道中采汽样,待其冷凝成水后化验各自所带的氯离子数,两数之比即为干度。此法所需操作时间长,以化学物反应滴定后生成的颜色凭经验观察后判定。由于干度与锅炉水位高低、用汽量大小等因素有关,且随着工况在改变;此外管道蒸汽在输送过程中情况更复杂,随输送过程管道距离的远近,所装的各种阀门接头等阻流件以及敷设的隔热材料效果的不同,在管道各个地段处所冷凝出来的液体水珠量也不同,此时这种液体水都不含有氯离子,用化学法是无法测得的;另一种干度测量法为节流测量法,它是利用节流过程的特点来测蒸汽的干度,让湿蒸汽先通过节流阀,使压力降低,蒸汽变为过热蒸汽,此时压力与温度成为两个独立的参数,就可以通过它们确定出节流后的状态,因节流前后的烩值是不变的,通过温压就能从烩墒图上或计算得到干度值。
 
  以上两种测干度方法企业计量部门实际上很难操作。因此,一种在线、连续并能稳定测量干度的仪表就很受现场欢迎。大家盼望随着《蒸汽流量测量方法》标准的出台,可靠、实用的干度计也能尽快研制并投放市场,使饱和蒸汽计量难题能尽快力口以解决。

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