核能海水淡化源蒸汽质量流量的测量与新的密度补偿式

　　1　引　言

　　利用核能进行海水淡化,是人们为了解决当今所面临的全球性淡水缺乏难题所做出的又一新的努力。核能海水淡化,简而言之,就是利用近几年开发成功的低温核供热反应堆所产生的低压饱和蒸汽作为热源,利用多效蒸发法工艺来生产淡化水。同化工、电力等行业一样,饱和蒸汽作为一种重要的二次能源,它在今后的核能海水淡化行业中的计量工作,必将受到极大重视。通过对蒸汽流量的准确测量,以便考核生产中所耗用的能量,进行成本核算,促进所产淡水经济效益的提高和节能工作的进行。

　　在化工、电力、冶金等行业中,蒸汽流量测量中应用较为广泛的是孔板式差压流量计。但是,在今后的核能海水淡化行业中,由于热源采用的是低压饱和蒸汽,对工艺流程不允许流量检测元件有较大的压力损失,从而限制了孔板式差压流量计的使用。而且,饱和蒸汽不同于过热蒸汽,它是一种汽液混合物的双相流体,目前尚无成熟的、定型的仪表可以用于这种流体的工业测量。在这种情况下,近些年才发展起来的涡街流量计(VSF),由于其独有的特点,即:漩涡产生的频率仅与被测流体的流速有关,在一定雷诺数范围内,几乎不受流体性质(压力、温度、粘度和密度等)变化的影响;压损小;量程比宽;测量精度高,在饱和蒸汽流量测量中得到了越来越多的应用。本文仅就用VSF测量饱和蒸汽质量流量的适用范围和相应的测量精度以及相关的密度补偿问题进行讨论。

　　2　VSF测量低压饱和蒸汽质量流量的适用性

　　饱和蒸汽与过热蒸汽不同,它是一种汽液混合物的两相流体,不能如同过热蒸汽一样简单地按单相流体处理它的质量流量测量问题。人们在研究汽液两相流体的质量流量测量时,通常都要用到两个概念,一个是截面含汽率αA,一个是干度(质量含汽率)X,而这两个相关概念的关系,在汽液两相间无相对运动时如下式所示[1]:

　　ρ=ρ″·αA+ρ′·(1-αA)被定义为两相流的混合密度。ρ′和ρ″分别是液相密度和汽相密度。

　　一般认为,在汽液两相流αA≥0.7时,液相成离散液滴分布在汽相中[1],或当汽液两相流干度X≥0.5时,其流型为雾状流[3]。低温核供热堆在海水淡化工况正常运行时所产饱和蒸汽干度大于0.95,可以认为这种饱和蒸汽的流型是更为充分的雾状流。可以把雾状流的饱和蒸汽用两相流均相流动模型进行分析,即认为汽液两相混合得很充分,并假定这时的汽液两相的流速相同,且流体经过阻流元件时不发生相变,并忽略其重力和摩擦力的影响。这时的饱和蒸汽就是一种具有均匀混合密度ρ的“单相流体”,当用VSF对其进行测量时,具有一定产生频率的漩涡就是这种“单相流体”以一定的流速V经过VSF的漩涡发生体时产生的。只有在符合上述条件的情况下,VSF测量饱和蒸汽流量的结果表达式才与其测量单相流体时的结果表达式有相似的形式,即: