蒸汽相變對(duì)流量測(cè)量的影響
水蒸氣顧名思義是氣相,但在一定條件下會(huì)變成液相;飽和水蒸氣中的水滴本是液相,但在一定條件會(huì)被蒸發(fā)變成氣相。這是蒸汽質(zhì)量流量測(cè)則量中常常碰到的汽水相變。
在推導(dǎo)式質(zhì)量流量計(jì)中,關(guān)鍵環(huán)節(jié)是蒸汽密度的求取,蒸汽相變發(fā)生后,就使得通常由蒸汽溫度壓力求取其密度的關(guān)系發(fā)生變化,因此必須認(rèn)真對(duì)待。
(1)氣相變液相
過熱蒸汽在經(jīng)過長(zhǎng)距離輸送后,往往會(huì)因?yàn)闊崃繐p失、溫度降低,使其從過熱狀態(tài)進(jìn)入飽和狀態(tài),甚至部分蒸汽冷凝出現(xiàn)相變而變成水滴。這些水滴對(duì)流量測(cè)量結(jié)果究竟有多大影響,下面舉例說明。
①選用渦街流量計(jì)時(shí)濕度對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響
渦街流量計(jì)的輸出僅與流過測(cè)量管的流體流速成正比,在測(cè)量濕飽和蒸汽時(shí),水滴對(duì)渦街流量計(jì)輸出的影響可忽略,故可認(rèn)為渦街流量計(jì)的輸出完全是由濕蒸汽的干部分所引起。而干部分的密度,無論是壓力補(bǔ)償或溫度補(bǔ)償,都可較精確地查出。
蒸汽計(jì)量的結(jié)果往往作為供需雙方經(jīng)濟(jì)結(jié)算的依據(jù),如果雙方約定按蒸汽干部分結(jié)算費(fèi)用,冷凝水不收費(fèi),則在本例中相變對(duì)測(cè)量的影響微不足道,可以忽略。如果冷凝水也按照蒸汽一樣收費(fèi),則渦街流量計(jì)的計(jì)量結(jié)果偏低值為1-X。
②選用孔板流量計(jì)時(shí)濕度對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響
從GB/T2624-2006標(biāo)準(zhǔn)知,孔板流量計(jì)測(cè)量蒸汽質(zhì)量流量時(shí)有式(3.1)。
當(dāng)過熱蒸汽熱量損失而脫離過熱狀態(tài)后,只可能出現(xiàn)兩種情況。一種是進(jìn)入臨界飽和狀態(tài),另一種是進(jìn)入過飽和狀態(tài)。如果進(jìn)入臨界飽和狀態(tài),從理論上講,流量計(jì)不會(huì)因此而增大誤差,因?yàn)樵谑?3.1)中,根據(jù)蒸汽壓力查出的ρ1與實(shí)際密度是相符的。如果進(jìn)入過飽和狀態(tài),情況就復(fù)雜了。
一般認(rèn)為,蒸汽干度較高(X≥95%)時(shí)流體表現(xiàn)為均相流動(dòng)。溫壓補(bǔ)償可按通常方法進(jìn)行;但出現(xiàn)一定誤差。在式(3.1) 中,ρ1是實(shí)際流體濕飽和蒸汽的密度,其值比臨界飽和狀態(tài)的大,而且干度越低密度越大。而人們根據(jù)壓力查出的是臨界飽和狀態(tài)的密度,比實(shí)際密度小,所以質(zhì)量流量計(jì)算結(jié)果出現(xiàn)負(fù)誤差。在濕度不進(jìn)行測(cè)量的情況下,X是未知數(shù),因此,測(cè)量結(jié)果偏低多少是個(gè)未知數(shù)。
在蒸汽干度較低(X≤95%)時(shí),管道中的流體出現(xiàn)分層流動(dòng),產(chǎn)生誤差更大。
(2)濕飽和蒸汽變成過熱蒸汽
濕飽和蒸汽變成過熱蒸汽,一般發(fā)生在濕飽和蒸汽突然較大幅度減壓,流體出現(xiàn)絕熱膨脹時(shí)。
①相變過程
濕飽和蒸汽中的蒸汽和水滴,處于氣液相平衡狀態(tài),在壓力突然降低而低于平衡壓力時(shí),水滴部分蒸發(fā),同時(shí)從液相和氣相中吸收汽化熱,使氣液相溫度降低。如果溫度降低得不多或蒸發(fā)前濕度較高,都會(huì)使溫度迅速降低到與新的壓力所對(duì)應(yīng)的飽和溫度,建立新的平衡。這時(shí)蒸汽仍為濕飽和蒸汽。如果壓力降低得很多或蒸發(fā)前濕度較低,則因水滴蒸發(fā)而使溫度降低后仍高于新的壓力所對(duì)應(yīng)的飽和溫度,則蒸汽變?yōu)檫^熱狀態(tài)。
② 蒸發(fā)對(duì)流量測(cè)量的影響
a.上述蒸發(fā)發(fā)生后得到的兩種結(jié)果,前一種對(duì)補(bǔ)償無影響,僅僅是蒸汽中的干部分增加,干度相應(yīng)增大。
b.如果蒸發(fā)發(fā)生后,蒸汽變?yōu)檫^熱狀態(tài),而流量計(jì)又恰巧安裝在減壓之后的管道上。這時(shí)對(duì)流量計(jì)的影響分以下三種情況。
設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)考慮到蒸汽變?yōu)檫^熱狀態(tài),或處于何種狀態(tài)難以確定,或有時(shí)是過熱狀態(tài)有時(shí)是飽和狀態(tài),所以采用溫壓補(bǔ)償,則上述相變對(duì)測(cè)量結(jié)果無影響。
設(shè)計(jì)時(shí)按飽和蒸汽考慮,而且采用壓力補(bǔ)償,則上述相變將帶來較小的誤差,即過熱蒸汽溫度同飽和溫度之差所對(duì)應(yīng)的密度差造成的補(bǔ)償誤差。
設(shè)計(jì)時(shí)按飽和蒸汽考慮,但采用溫度補(bǔ)償,則將過熱蒸汽溫度當(dāng)作飽和溫度去查密度表。一般會(huì)引起較大的誤差。
③ 舉例。有一化工廠,鍋爐房供飽和蒸汽,并根據(jù)各用戶中蒸汽壓力要求值最高的一個(gè)決定鍋爐供汽壓力為1.0MPa,多數(shù)用戶在蒸汽總管進(jìn)裝置時(shí)先經(jīng)減壓閥減壓?,F(xiàn)從圖3.13 所示的一個(gè)實(shí)例著手進(jìn)行分析。
用作進(jìn)入裝置蒸汽計(jì)量的渦街流量計(jì)安裝在減壓(穩(wěn)壓)閥之后。原設(shè)計(jì)按飽和蒸汽考慮,采用溫度補(bǔ)償。經(jīng)減壓,蒸汽總管帶入的水滴蒸發(fā)完后汽溫仍高于飽和溫度,呈過熱狀態(tài),現(xiàn)場(chǎng)采集到的數(shù)據(jù)如圖所示。