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1、计最校;锌 www jcqstyq com蒸汽流量计量现状及存在问题毕 英，许传军2,许文达张文伟'，辛龙海'(1.烟台市计就所山东烟台2640()3; 2.东营市供热管理处.山东东营257000;3.国家蒸汽流虽计就站.山东烟台264003 )摘要：介绍了国内外蒸汽流ttif-a的现状.分析了口前蒸汽流曲计虽存在的三个问题：一是蒸汽汁St密度补偿 混乱.二是蒸汽度测就特度低.三是用空气和水作为替代介质进行蒸汽仪表的试值溯源会便仪表系数備大。 已通过实验数据验证了这一判断。关键词：蒸汽流呆；密度补偿；度；呆值溯源计量校准 www jcqstyq jccm计量校准 www jcq
2、styq jccm水蒸气是煤、天然气、石油、核能等转化能 量的一种媒介，是一种帀:要的二次清洁能源，主 耍是利用其所载之热能或梵做功能力。由于水蒸 气具有清洁环保、能效高等特点，因而被广泛应 用于电厂、石油化、食品、机械加等匚业牛 产和人民的口常生活中。据统计，我国毎年产蒸 汽20亿I休含电厂发电用汽)，产值达4000多 亿尤；在美国45%燃料用于制造业中加热产生蒸 汽，用于生产。UlitjUt界能源口益枯竭，节能降耗已成为能 源利用的一致诉求。对在能源领域占冇朿大比币: 的水蒸气的准确计就对于促进节能降耗、提高产 品质城和企业能源管理水平起右关键的作用。然 而蒸汽性质比较复杂.蒸汽流h在计a
3、的过程中 受蒸汽性质状态以及蒸汽流量计的设计、安装和 使用等务种因素的影响.导致其计量精度相对于 液体和其他气体流就的计就特度耍低。本文结合 国家蒸汽流量计量站多年的匚作经验,对目前的 蒸汽流MilM现状及在的问题进行川纳梳理。1蒸汽计量现状从国内外的研究报道来看，蒸汽流就计就现 存在着诸多问题。英国国家匚程研究所(NEL) 在一份“蒸汽流量测量技术现状”的报告中指出 蒸汽流就计就由于受蒸汽状态多变影响.所以特 度晋遍不髙.冇的计就偏差其至在白分之十儿以 ±2，报告述指出人们普遍将楙力投放在如何提 高蕉汽的利用率,而忽视了蒸汽流B的准确计量° 长期以来,蒸汽在匚业生产、输送
4、、使用和损耗 上以质量流量作为结算单位.这样对主要以热能 为利用冃的的蒸汽在计最方案、检测于段和收费 政策等方面造成了诸多不便。在国内，研究者和 匚程技术人员对蒸汽流MilM现状反映的问题也 比较多.王云红"指出公司内部蒸汽的计量管网 偏差达到了 16%认为蒸汽的性质、仪表的选型 安装、仪表的检定是出现计加问题的主耍因素。 虽然通过改进仪衣的选型安装，蒸汽的管网计就 偏差会降低，但受蒸汽性质及采用气体介质进行 仪表检定方式的影响.还会疗在大约5%的计量偏 差.王京安"指出蒸汽计量存在的问题较多认 为我国在蒸汽计廿上存在无统一的标准，蒸汽的 计量无F度的修正、缺于仪表的选网与
5、安装规范 等问题,导致蒸汽计量精度比较低。郑灿亭指 出.H前在我国石油石化系统是蒸汽的使用大户. 苴内部蒸汽计就问题比较多。蒸汽计就精度低. 供需仅方偏差最高町达45%,偏差在20%以上是 经常的事。2蒸汽流量计量存在问题的分析2.1密度补偿混乱蒸汽应用是利用其所载之热能或做功能力. 因此蒸汽流量的计量采用热能计量最为合理,但 受限于计量水平和传统的以质量为结算甲位的习 惯.H前在实际操作中仍然采用质就进行计就。 涉及到质量计量就需耍面对密度补偿的问题.到 目前为止,ISO国际标准委员会和我国计量机构没 冇确定统一标准的密度补偿模型.导致实际使用 中各种密度补偿方式并存。由此导致的第1个计 量
6、问题就是蒸汽密度补偿混乱。参照其他气体介质，水蒸气的各热力学参数 之间应疗冇简单、规律性的相互联系的关系，这 样在具有部分测量参数的条件下,可通过简单的 参数关系求解出其他参数。但在实际测量研究中 发现，水蒸气的各个热力学参数之间的关系非常 复杂，很难用简单的线性关系式来表达.苴关系 式是非线性的，且计算就非常大“ °针对不同温 度范闱和使用要求，研究者开发出了众多的密度 补偿模型。国际公式化委员会（IFC）于1967年， 在第6届水蒸气性质国际会议上.研究公布了水 蒸气的国际标准公式IFC -67。后来为了解决1FC -67公式在菜些状态临界区域粘度比较低和状态 临界区域边界上按照
7、不同方式求解存在不一致性 的问题，1997年国际水和水蒸气协会提出用IAP- WS - IF97水蒸气数学模型取代IFC-67o与IFC - 67相比,这一模型具有精确度高、计算速度快等 优点。此外准丁状态方程法的密度补偿公式有 巧卡诺维奇方程和莫里尔方程.巧尺诺维奇方程 是程热力学中若名的公式之一，其在250七以内 的过热義汽与数衣仃很好的符合程度，然Ifii M线 性化处理后作饱和蒸汽汁算时存在较大的原理渓 差.需采用最小二乘法进行修正。而英里尔状态 方程公式简单同时在斥力不很高的时候具冇相 当的准确度。2.2蒸汽计量干度补偿精度低蒸汽流量计就的第2个问题是H前蒸汽仪表 计就时的蒸汽状态只
8、能为过热蒸汽或者饱和蒸汽. 一旦蒸汽转换为气液两相流就束手无策。在实际 的蒸汽传送中,经过长距离的输送,由于热量的 散失，饱和蒸汽不可避免地会转换为湿蒸汽。对 于湿蒸汽的计就也冇不少学者进行了研究.西安 交通大学的李炎峰研制了基于加热法的双层套管 结构用于测量蒸汽干度81 ;英国GEC研制了基于 凝结法的凝结式量热计9 ；韩中合、张淑娥等研 究了一种第于微波谐撮腔微扰的快速无接触蒸汽 F度测量方法10 ,但是这些方法的测量精度和适 用范丽都冇较大同限性，U前还没冇较为实用的 两相流蒸汽计量仪表。在蒸汽干度测量技术成熟 之丽为保证蒸汽流就计械梢度需妥对蒸汽品质 实施动态监控，确保蒸汽仪衣测就介质
9、处于过热 或者饱和状态。2.3蒸汽流量仪表量值溯源难目前，用于蒸汽流屋计皐值溯源和检定测试 的实流标准装置按照介质分类主要冇3类，第1类 是以蒸汽为检测介质的蒸汽实流计量标准装谊. 这种装置的检测条件虽然与使用况条件最为相 近，但由于装置设计要求高、实现堆度大、检测 成本高等特点,所以很少使用。目前国内仅国家 蒸汽流量计就站冇一套在用。第2类是以水为介 质的液体流就计就标准装置.此类装罟精度高. 但是与蒸汽的匚况条件相差甚远。第3类是以空 气为介质的气体流fiil-M标准装置山于蒸汽介 质装进难以实现忖前国内外允许用水流量和空 气流就标准装遗替代蒸汽实流装置对蒸汽流就仪 表进行检测。为了验证用
10、空气和水作为替代介质 进行检定是否可行,由此引人的计量谋差到底有 多大.国家蒸汽流量计量站利用本站的蒸汽流量 标准我敢和空气标准装置以及水流量标准装置进 行了大就的对比实验，通过实验发现以空气或水 代替蒸汽进行溯源存在网大问题：一是无法 检验蒸汽仪农测量部件的耐高温高压特性；多年 的蒸汽计就作中发现大就蒸汽仪表特别是国产 仪表的耐高温高斥特性较差，在离温高压卜失去 仪农特性降至室温后朿新放置到空气装置上乂 恢复了良好的计量精度二是在蒸汽、空气和水 介质中祁能保持良好计就特性的蒸汽仪表检测出 来的仪农系数存在较大趙异。具体差异以卜述一 个实验事例说明：将l）N50 nun【1径涡街流就计分 别住
11、水、空气、蒸汽三种流量标准装程上逬行标 定实验保证前血管段20（P为管道直径）、后 直管段10/A依次选取授小流就 勺叭）到最大流 量 匕皿）的 20%、40%、60%、80% 和 100% 共 计6个流量点，每个流量点重复检定3次，分别计 算其仪农系数、币复性等相关数据。水、空气、 蒸汽三种介质的实验况条件如表1所示。实验 得到的水、空气、蒸汽三种介质下的仪农系数对 比图如图1所示。表1实验工况条件介底压力/ MPa滅速范嗣/（m/s）雷话«范FH (xiO4 )温度范附/ r水0.405722.3-32.515-17空气0. 1705801916118 20蒸汽0.37.0-58
12、.03.9-32.8146 148计量校准 www jcqstyq jccm计呈校准 www jcq styq jccm计量校准 www jcqstyq jccm计量校准 www jcqstyq jccm9 4009 3509 3009 2509 2009 1509 1009 0509 000图1 D5O mm 口径空气、水、蒸汽介质下的仪表系数比较结合图1数据并综合国家蒸汽流量汁量站儿 年来积累的不同规格型号的涡街流旅计的实验数 据看，以空气为介质检定得到的仪表系数人值比 以水为介质检定得到的仪衣系数人值偏大0-3% 0. 7%，比以蒸汽为介质检定得到的仪表系数K值 偏大1.5% 3%,仪表
13、系数人伉偏差的大小因仪 表厂家和规格型号的不同而略冇变化.但从定性 分析上看，偏差的正负基本趋势相同。由此町见, 蒸汽仪表用空气和水作为替代介质进行量值溯源 对蒸汽流就计带来的谋差不容忽视。3结束语随着科7技术的快速发展.蒸汽流量计量面 临的密度补偿混乱的局而必将山国家制定统一规 范的密度补偿方法来打破；蒸汽|:度测就方面也 将会随着氯根法、热力学法、光学法、微波法以 及超声波法等技术的不断完善而实现快速准确的 计量；蒸汽仪衣溯源方面一是积极推广蒸 汽实流标定提高测伙特度.另一方面国家蒸汽流就 计量站也将利用门乃的冇利条件继续进行深入实 验研究.以期建立一套用空气和水作为替代介质 检定时的仪表
14、系数数学补偿模型，来提高低检定 成本时的计量精度.卷考文献：1石书喜.蕪汽流屋测量的现状及发WD1.中国仪器仪 表.2002. 22 Q )： 152 . N Bitrton. A review of steam flowmrtering tec-hnology M L>n<ion： NEL, 20043 壬泾红.蒸汽流呆测吊存在的问题及改进J.传感器与仪器仪表.2007, 11(5 )： 54-58.4 王京安.蒸汽流St测就若下问題的讨论J. 丁业计 址.2002, 10 6 )： 3972.5 郑灿亭蒸汽计量存在的问题及对策U仪器仪衷标 准化与计呆.2(X)6. 12 (1
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