蒸汽嚴重帶水對渦街流量計的影響
更新時間：2010-09-30 點擊次數(shù)：3060次
1 概述
渦街流量計在蒸汽流量測量中扮演著重要角色，尤其是在管徑不是特別大
，溫度不是特別高的中低壓蒸汽的流量測量中
，更是有“半壁江山”之譽
。
干蒸汽在長距離輸送過程中
，會因熱量損失而出現(xiàn)部分凝結
，導致蒸汽干度降低
，變成濕蒸汽
。
目前使用的流量計都是在單相流動狀態(tài)下評定其測量性能
，現(xiàn)在還沒有以單相流標定的流量計用來測量兩相流時系統(tǒng)變化的評定標準
。但是，兩相流是客觀存在的
，它對流量測量的影響也是無法避免的
，盡管困難較多，人們還是在想方設法研究其對流量測量影響的機理
，并采取相應的對策
，提高流量測量精度。
2 蒸汽嚴重帶水對渦街流量計測量結果的影響
人們用干度X來描述濕蒸汽中氣相與濕蒸汽總量的質量比
，也用濕度Y來定義濕蒸汽中水滴與濕蒸汽總量的質量比
。
當x=時，y=0
，這時的蒸汽為干蒸汽
。當x
<時，y
>0
，這時的蒸汽為濕蒸汽
。濕蒸汽中的水滴是液相，而濕蒸汽的干部分是氣相
，顯然
，濕蒸汽屬兩相流體。
2.1 X≥95%時的情況研究人員的研究結果認為
，蒸汽干度較高（X≥95%）時
，流體表現(xiàn)為均相流動，蒸汽中的小水滴懸浮在氣相中
，這時
，渦街流量計能正常工作。
2.2 X<95%時蒸汽的干度在小于95%后若進一步降低
，除了懸浮在氣相中的約5%（質量比）的水滴外
，過量的水滴，在蒸汽中的分布將失去均勻性
，它們在圓形截面管道中的流動狀況更加復雜
。
2.1.1 在水平管道中的流動：水平管中氣液兩相流動結構同氣液兩相體積比及流動速度有關
，在蒸汽管道中，由于凝結水在濕蒸汽中的體積比畢竟很小
，所以常表現(xiàn)為分層流動結構如圖1（a）所示
，這使得從水平管道底部引出的疏水管，能收到很好的疏水效果
。
當流速特別高的時候
，也會表現(xiàn)為環(huán)狀流動，即管壁上有液膜
，管道中心部分為帶液滴的氣核
，由于水平流動時重力的影響作用，下部液膜要比上部管壁的厚
，如圖1（b）所示
。
2.2.2 在垂直上升管道中的流動：實驗研究證明（2），在垂直上升管道中
，氣液兩相流動的基本結構有細泡狀流動結構
、彈狀流動結構、塊狀流動結構
、帶纖維的環(huán)狀流動結構和環(huán)狀流動結構
。但是由于凝結水在濕蒸汽中的體積比較小，所以過量的水在上升管道中的流動常表現(xiàn)為環(huán)狀流結構
，如圖2（b）所示
，但當帶水量特別大的情況下
，也會表現(xiàn)為帶纖維的環(huán)狀流動結構
，如圖2（a）所示。其中
，纖維狀流體其實是連成條的凝結水
。
（a）帶纖維的環(huán)狀流動結構（b）環(huán)狀流動結構
2.2.3 在垂直下降管道中的流動：在垂直下降管道中，氣液兩相流動的結構與作垂直上升流動時的結構很相似
，但有不同
，不僅流動方向相反，而且在平均流速相同的情況下
，垂直下降管道中液體的流速比垂直上升管道中液體的流速快得多
。
這種環(huán)狀流動結構，人們在凝結水疏水現(xiàn)場很容易得到證實
。
凝結水疏水器一般均并聯(lián)安裝一只旁通閥
，疏水器的出口往往配有一段垂直向下的短管，如果將疏水器關閉
，改用走旁通疏水
，則會觀察到氣液混合物從垂直管道口中流出的表現(xiàn)
，液體有明顯的附壁現(xiàn)象，但同時
，氣體從管*噴出時
，也夾帶有一些液滴。
2.2.4 流動結構分析的復雜性：上面只是粗略地分析帶水的蒸汽在管道中流動時的表象
，而且知道不同的流動結構同流體的流速和帶水量有關
。而要進一步弄清楚這方面的數(shù)量關系卻是困難的。因為到目前為止
，人們在這方面做的實驗研究還很少
，而它們之間的關系又是極其復雜。
但是
，這些粗略的分析對渦街流量計的一個*的現(xiàn)象——漏脈沖
，能提供一定的幫助。
（a）帶纖維的環(huán)狀流動結構（b）環(huán)狀流動結構
3 渦街流量計的“漏脈沖”現(xiàn)象
人們很早就發(fā)現(xiàn)蒸汽帶水較多時
，渦街流量計會出現(xiàn)“漏脈沖”現(xiàn)象
，即在蒸汽流速平穩(wěn)的情況下，渦街流量計應有與流速成正比的穩(wěn)定的脈沖輸出
。但是有時卻發(fā)現(xiàn)儀表的輸出脈沖卻莫明其妙地少了
，從記錄到的輸出脈沖在二維坐標上的分布情況也能清楚看出，應當近似均勻分布的脈沖卻在某一處少一個脈沖
，嚴重的時候
，是少了很多脈沖，zui嚴重的時候是*沒有脈沖
。這可能同分布不均勻的體積較大的液滴撞擊在旋渦發(fā)生體上
，抑制了渦列的形成有關。
有關這方面的實驗研究
，尚未見到文獻報道
，但是人們在使用現(xiàn)場已碰到不少，而且
，處理這一問題的方法
，人們也早已在應用。
3.1 關于“漏脈沖”現(xiàn)象的實例之一
上海的一家藥業(yè)公司組建全廠蒸汽計量網(wǎng)的項目中
，碰到了一個令人費解的故障
，這個故障發(fā)生在一個測量過熱蒸汽流量的系統(tǒng)中，這個系統(tǒng)的管道連接如圖4所示
。
該工廠的鍋爐房除了向全廠供應中壓過熱蒸汽外
，還經(jīng)減溫減壓系統(tǒng)向全廠供應0.4MPa（g）、160℃低壓過熱蒸汽。FIQ303就是對這路蒸汽進行計量的儀表
。
該套儀表與其他多臺分表組成的低壓蒸汽計量網(wǎng)
，在投運后的半年內，一直運行正常
，總表示值與各分表之和也基本相符
。這一情況在年度停車大檢修之后發(fā)生了變化，原來進出平衡的計量數(shù)據(jù)出現(xiàn)了負的管損
，該廠能源科根據(jù)低壓蒸汽網(wǎng)的數(shù)據(jù)平衡關系和鍋爐的能量平衡關系作出了FIQ303指示偏低的判斷
。
在檢查了各臺儀表之后，發(fā)現(xiàn)各臺儀表均正常
。于是請渦街流量計制造廠上門服務
，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)這臺DN350的渦街流量計有“漏脈沖”現(xiàn)象存在，在正常的流量范圍內
，記錄到數(shù)次如圖5所示的輸出波形
。
根據(jù)制造廠的經(jīng)驗，這種情況的存在可能是蒸汽帶水引起
。
能源科工程師否定渦街流量計安裝處蒸汽帶水的可能性
，理由是減溫減壓系統(tǒng)都有自動調節(jié)來保證其運行參數(shù)，于是一時沒有結論
。又過一個星期
，事態(tài)有了進一步的發(fā)展。從FC6000型流量演算器中的海量存儲器查閱到的歷史數(shù)據(jù)表明
，該路流量示值逐漸減小
，甚至有時減小到零，而這時
，全廠生產照常進行
，蒸汽一點不少用。
進一步的檢查焦點主要集中在蒸汽是否帶水方面
。能源科主要強調減溫減壓系統(tǒng)出口處的溫度壓力參數(shù)
。經(jīng)查
，減溫器出口溫度壓力顯示正確
。但是根據(jù)FC6000型儀表顯示的溫度壓力數(shù)據(jù)分析，渦街流量計安裝處的蒸汽的確已進入飽和狀態(tài)
，于是要求打開疏水器驗證
。能源科人員堅持認為疏水器不可能排出水，但為了說服儀表人員
，還是同意打開疏水器的切斷閥（圖4中的V
2）試一試
。
疏水閥打開后，大量凝結水噴出，二十分鐘也未排光
，于是真相大白
。
至于大量凝結水是從哪里來的，我們隨即進行了調查
。經(jīng)查在減溫器出口到流量計之間只有一根裝有閥V
1的管道與外界相通
，能源科人員解釋，這根管道里有水
，大檢修之后
，V
1閥可能有泄漏，導致冷水入侵
。
這一事情的zui后處理方法是在穿越馬路前的管道zui低處
，增設一個疏水器，從而使流量計恢復正常測量
。
3.2 關于“漏脈沖”現(xiàn)象的實例之二
上海某熱力公司新增一個熱源廠
，該廠生產的是飽和蒸汽，鍋爐投運后對一個遠在2公里處的用戶供汽
。其管網(wǎng)如圖6所示
。
熱力公司懷疑流量計不準，因為鍋爐房出口的流量計FIQ01穩(wěn)定顯示2.5t/h左右的流量
，而用戶端流量計FIQ02顯示時有時無
，流量zui大時也只有0.75t/h。
據(jù)了解
，熱力公司為了減少熱量損失
，將沿途的31只疏水器全部關掉，顯然流經(jīng)FIQ02儀表處的蒸汽中含有大量凝結水
。后將靠近用戶表計處的幾只疏水器打開
，排掉管道中的凝結水，這樣做了之后
，流量計1t/h
，至于該示值同F(xiàn)IQ01顯示的2。5t/h之間的差值
，應該是2公里長的管道熱損耗引起的
，熱力公司接受了這一結論。
4 對策
4.1 X≤95%情況下的對策
上面所述X>95%情況下的補償
，如果不做
，僅僅是懸浮在蒸汽中的均勻分布的小水滴計不出，但是
，在X
<95%的情況下
，如果不采取任何措施
，測量結果就有可能大幅度偏低，甚至沒有輸出
。
在X<95%的情況下
，采取措施的目的是使流量計實現(xiàn)正常測量。采取的措施是在流量計前充分疏水
。
疏水是否充分的標志是蒸汽管中是否排得出凝結水
。如圖7所示的配置中，疏水器如果只有極少有水排出
，則表明流經(jīng)渦街流量計的蒸汽中已經(jīng)不存在或基本不存在分層流動的水
。
4.2 疏水點的合理布置
疏水點的合理布置對充分疏水有關鍵性的作用。在圖8（a）所示的實例中
，凝結水的捕捉口太細
，與蒸汽一起高速流動的凝結水，可能會有一部分不被捕捉口所收集
，而流到下游
。
5 結束語
（1）濕蒸汽就屬性而言是兩相流體，但在濕度不高的情況下
，可將其當作單相流體并用一般的流量計進行測量
。
（2）蒸汽嚴重帶水，將使渦街流量計出現(xiàn)“漏脈沖”現(xiàn)象
，更嚴重時
，渦街流量計會*沒有脈沖輸出。
（3）對于蒸汽嚴重帶水影響渦街流量計正常測量的情況
，常用的處理方法是在渦街流量計上游的適當位置充分疏水
。
合理布置疏水器，使?jié)裾羝母啥缺M量提高
，能保證渦街流量計正常測量
。
15601403949
15601403949
在線客服