智能探针式蒸汽流量计的研制

　　1　引言

　　蒸汽流量的准确测量是国内外工程界面临的一个难题。虽然测量流量的设备和仪器很多,例如涡轮流量计、电磁流量计、孔板流量计,以及近年新开发的涡街流量计等,但都因使用温度的限制或精度不够而难以用于高温过热蒸汽流量的精确测量。以目前国内最常见的孔板流量计为例,准确测量范围较窄,在流量为额定值的30%以下时,测量值偏小而引起较大误差,当流量小于10%额定值时,已经感测不到压差。而且孔板使用一段时间后因磨损将引起很大的附加误差;同时孔板会造成约0.3kg/cm²的压力损失,热网中通常存在多级流量测量系统,由孔板压损造成的能量损失是巨大的;另外孔板安装需断开蒸汽管道,初装和更换工作都非常复杂。针对以上情况,我们研制了一种适用性强、性能先进的流量计——智能探针式蒸汽流量计,用于热电厂和化工厂的蒸汽流量的测量。本系统经中国计量科学研究院空气测试,在全量程范围内误差小于0.9%。

　　2　系统结构与原理

　　测试系统由一次仪表和二次仪表构成。

　　一次仪表包括速度探针、温度传感器、压力传感器及压差传感器;

　　二次仪表有温度变送器、压力变送器、压差变送器与自行研制的智能流量积算仪。

　　2.1　智能探针式蒸汽流量计系统结构图(图2—1)

　　2.2　系统测试原理[1]

　　2.2.1　速度探针测速原理

　　气动速度探针是一种小尺寸的小金属管形探针。置于气流中可以测得气流静压及总压与静压之差。当气流速度比较低时气流速度与总压——静压差之间有以下的关系:

　　其中:g——重力加速度,m/s²

　　γ——流体密度,kg/m³,决定于蒸汽的压力、温度

　　V——流体速度,m/s

　　P*——流体总压;P——流体静压;单位均为kgf/m²

　　由于制造上的误差,探针所测得压力可能与真实的压力有一定的偏差,可以通过校正系数进行修正:

　　其中:ΔP为真实压差;ΔPce为探针的输出压差,单位kgf/m²。

　　于是可以得到由探针的实测压差计算速度的公式:

　　2.2.2　管道蒸汽流量测量

　　管道蒸汽流量与流速关系为:

　　G=FγV-=FγKV_max(2—4)

　　其中:G——蒸汽质量流量,kg/s;

　　F——管道截面积(可由内径算出),m²

　　γ——气流密度,kg/m³

　　V——平均速度,m/s

　　Vmax——最大速度,m/s

　　K——比例系数

　　再与式2—3结合起来,可得: