蒸汽焓流量计量标准实验研究

　　1　引　言

　　水蒸汽(以下简称蒸汽)是重要的二次能源,在工业和人民生活中应用量大面广。蒸汽应用是利用其所载之热能或其做功能力,而工业蒸汽应用主要是利用蒸汽热能。长期以来,我国在工业蒸汽的生产、输送、使用和损耗上以质量流量作结算单位。对主要以热能为利用目的的蒸汽利用在计量方案、检测手段和收费政策等方面不够合理。这些间接影响了供方提高产品质量和用方节能降耗的积极性,是我国蒸汽热能供应品质不高和单位耗能居高不下的重要原因之一。

　　由于生产和输送环节的原因,在我国的工业蒸汽应用中湿蒸汽占很大的比例。在以过热蒸汽质量流量计量系统为依据的贸易结算中,引发了大量矛盾和纠纷。

　　蒸汽(含湿饱和蒸汽)热能计量涉及质量流量计量、干度测量。过热蒸汽的质量流量计量相对比较成熟。国内外对湿蒸汽的热能计量、干度测量、两相流计量与特性均做过相关研究[1~4]。叶强等人对水蒸汽两相流干度计量[2]以及流量计量[3]进行了研究。此外,李海青对两相流的检测和应用做过研究[4],林宗虎对管路内的两相流特性做过深入的探讨[5]。Chisholm则对管束换热器内的两相流动做过研究[6]。Murdock则对两相流流经孔板节流件提出了基于分相流的半经验公式[7],Chisholm提出了C系数法[6],他们认为流速不高的两相流流经孔板时会有明显的相间滑动,因而更趋近于分相流模型。

　　对于干度测量,常见的方法有阻抗法、光纤探针、电导探针、热线、孔板差压噪声法[8,9]、差压法[10]和孔板压力损失法[5]等。也有学者提出,可以避开流量和干度的计量而直接测量蒸汽的热能[1~11]。汽-液两相流动现象广泛存在于能源动力工业的许多领域。由于汽-液两相流动固有的复杂性,其计量手段还很不成熟。通常采用的方法有:

　　(1)常规流量计与干度仪(或密度计)组合。

　　(2)两个常规流量计组合。比较有代表性的有:双孔板法[9]、文丘利管和孔板组合法[12]、节流元件与笛型管组合法[5]、涡轮流量计与差压组合法[13]、孔板与临界流量计组合法[14,15]等。

　　(3)直接测量蒸汽的流量、干度和载热功率[1~11]。

　　蒸汽热能与干度测量的溯源和相应计量标准是上述研究与测量的重要技术基础,这方面的研究鲜见报道。

　　2005年起,在过热蒸汽流量标准装置[16]的基础上,中国计量科学研究院、博思达公司和中国石化天津分公司联合对可调干度蒸汽源计量标准进行了实验研究[17~19]。在本文中,以蒸汽焓流量表示蒸汽流携带的热能;阐述了蒸汽焓流量的计量方法、蒸汽源焓流量与干度等参数量值建立的理论模型;介绍了焓流量计量标准实验装置的组成、主要部分的结构与原理、实验装置的性能实验结果与焓流量的不确定度,并对实验装置和实验结果进行了讨论。