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供热系统中蒸汽流量测量涡街流量计的改进策略

本文概述
自从人类的工业革命开始,蒸汽的使用就与工业生产与科技进步建立了最紧密的联系,虽然现在社会的能源动力提供的方式多样化,但是蒸汽作为能源供给的中间媒介仍然起着重要作用,无论是热电厂,核电厂,还是生活中的供热与供暖,都离不开蒸汽的生产与使用。可以毫不夸张地说,当今社会最广泛的载热工质就是蒸汽,如今用热电公司与热企业之间的贸易结算活动相当紧密。随着技术条件的改善,对于供热系统的要求也不断提高,于此同时,与供系统密切相关,同时也是供热链条中重要一环的蒸汽流量的测量技术受到重视程度也不断提高。本文即是通过对于涡街、孔板等蒸汽流量计的伴热方式和测量误方面情况予以介绍,针对具体的使用提出相应的改进方法,以资行业内的朋友参考。

一、关于蒸汽流量计产品的选型
直到目前,在工业生产中使用的流量计仪表约有60多种,但对于任意量程,流动状态等条件都适用的仪表还未研制出来,每种测量仪表都有它的优势和局限。目前的蒸汽流量计的仪表主要有涡街流量计、差压式流量计(包括孔板、V锥、均速管、弯管)、浮子式流量计等。涡街流量计是基于卡门涡街原理而研制成功的一种流量计,现在诸多发达国家的使用比例大幅度上升,并广泛用于各个领域,是孔板流量计的理想替代产品。孔板流量计有国际标准,理论精度高,应用十分普遍,但也有安装不便、需配差压变送器使用、易发生蒸汽泄漏、由于诸多因素导致测量误差比例大等诸多缺点。弯管流量计结构简单,价格低廉,随着机械加工业的发展和行业标准化规范化,弯管传感器质量越来越好,价格也低廉许多,且传感器耐磨损,量程范围宽,只要是可以用孔板、涡街、均速管流量计来测量的管道内流体流量都可以用弯管流量计进行测量,适应性强。V型锥流量计的优点是标准化、结构简单强度大、价格低廉、通用性强、易于被加工制造。但也有线性差、流出系数不稳定、重复性不高等缺陷。
二、供热系统中蒸汽流量测量仪表的问题
2.1 蒸汽流量测量仪表伴热方式问题
在工业生产中,作为热能传递的介质,蒸汽被广泛地应用,因此保证对蒸汽的流量、压力进行无故障测量与控制是热工仪表方面要完成的重要工作。一般蒸汽流量的测量工作用孔板与压差变送器进行。为保障测量仪正常工作,在仪器的设置上:变送器安装在距离管道垂直约4到十几米的下方,一次阀后装有冷凝器。其正常工作状态是:两个冷凝器进口管的水平高度一样,两冷凝器内的气液分界面高度一致,蒸汽可以不费力地进入冷凝器,冷凝器中多余的水分应可以无阻的通过阀流进蒸汽管道内部,气泡不能在正负压室里面,启动伴热后正负压管在相同的垂直和倾斜部位中水的温度要保持一致。为维护以上条件,仪器在实际工作中产生了一些问题:第一,伴热蒸汽的外泄会导致能源流失,如测量信号导压管较长或仪表保温箱大于正常体积,疏水器的性能不够,都会导致伴热回路的蒸汽损失和能源损耗。第二,导压管较长且垂直高度高的原因,使得管内空气排不净,会造成附加压差。第三,易导致欠伴热冻坏设备,由于蒸汽压力不稳定、疏水器调整问题、气温突变和维护不当等因素,可能发生管路冻裂,造成设备的损失。第四,过伴热会损伤设备。第五,箱体容易腐蚀等问题且保温箱内空间限制,安装与维护不便。
2.2 蒸汽流量测量误差问题
目前我国主要测量蒸汽流量的仪表主要有:差压式流量计、涡街流量计、旋翼式蒸汽流量计等各式流量计。在使用过程中,有些流量计没有实测温差补偿,有的测量装置实际运行的流量、工作温度、压力设计方面提供的参数相差较大,使得测量结果不准。
三、针对供热系统中蒸汽流量测量仪表的改进策略
3.1 蒸汽流量测量仪表伴热方式改进对策
在蒸汽流量测量仪表的改善方面,如果将变送器和冷凝器安装在同一个保温箱中,利用冷凝器自身的热量可解决问题。
在具体实施方面,解决方法可分为三步:第一,保温箱由带保温层的底板、活动隔板、箱体构成,把冷凝器、导压管、变送器集中安装在底板上,在夏冬季节变换时,可改变活动隔板的位置,箱体可分成两个部分,分别是冷凝器箱与变送器箱,为防止变送器箱的温度上升过快,变送器箱的侧壁要设置百叶窗、以便通风散热。冬季到来时,活动隔板放到百叶窗侧的插槽里面,将百叶窗堵起,用冷凝器的热量对变送器进行保温伴热。由于蒸汽的温度随不同监测点的变化而变化,保温箱内的温度问题可采用将冷凝器包裹一部分的办法进行调整。第二,为防止冷凝器的热量从导压管传到变送器上使得变送器的温度升的过高,导压管应尽量采用细管径且使用不易腐蚀的管材(如:6mm的紫铜管)以降低热传导的面积。至于管径细容易堵塞的问题则不用考虑,因为只有干净的蒸馏水留在管路内,只要导压管本身无生锈、堵塞现象就不会有问题。第三,箱体与底板用扣箱式分体结构,这样有利于变送器的安装和维护,又因箱体体积减小,罩住变送器和冷凝器更加方便,因此热量损失减少的同时,也大大降低了成本。以上的安装方式满足各项技术要求,且由于质量与性能的提升,使得维护工作较少,且从根本上解决了伴热蒸汽外泄及由于保温伴热方面的因素造成的能源和设备损失的问题,效果明显。
3.2 测量误差的应用对策及排除故障方法
为使测量结果更准确,工作人员首先在仪表选型上下工夫,蒸汽流量计量不正常,是量程不正确的原因。由于用气旺季、淡季的用气差量过于悬殊,普通蒸汽计量仪表范围难以适应,因此,工作人员在选择计量仪器时需要明确流量范围。在选型时,管道直径问题也要考虑,由于在设计节流装置的时候,一般都以公称名义管径值为标准,但公称名义管径值与实际管径值还是有误差,因此工作人员在设计前最好进行管径的实测,以减少计算误差。其次,仪表长期处在高温、高压环境中,表件很容易损坏、阻塞、锈蚀。如:分流旋翼式蒸汽流量计在使用过程中,石墨轴承被磨损会造成转轴上跳;如不注意防冻,表件也会被冻坏;孔板差压式蒸汽流量计应检查孔板开口的圆面是否锈蚀,有没有附着脏物,对孔板也要时常更换。最后,在长时间的使用以后,蒸汽流量测量仪表的管道和节流装置会发生变化,节流件主要依靠结构形状及尺寸保持信号的准确性,几何形状的变化会给测量带来误差,测量误差的变化由于无法从信号中得到察觉,因此要对节流件做定期检查。如果幾何尺寸变化不大,则可继续使用,但也要在实测数据对设计数据进行规范,以保证测量的准确性。
从排除故障方法上看,即使如优势众多的漩涡流量计在测量时也会出现安全阀动作,超上限流速使用、脉动流导致的误差。如:上海浦东某热力公司向业内一家企业提供的蒸汽测量表,在投入运行几年后突然增加70%,引起了用户对计量数据的异议,并提出只能按照往常的最大值付费的解决方案。通过检查,工作人员未发现异常,只观察到瞬时流量大(1.6t/h)且分配器上蒸汽压力高(0.46MPa)的现象。因此供需双方找到中间人对仪表问题进行深入调查,检查人员先对仪表的状况进行全面检查,当时蒸汽质量流量显示数量为865kg/h,因此检查员认为仪表正常。由于供方表示流量的显示数值升高与压力升高一定存在因果关系,因此检察员将分配器上蒸汽压力升高到0.46MPa,然后再观察流量值是否有明显升高的问题。虽然压力升高可能造成安全阀排气管发烫,但影响不大。检查员又查看了口径为DN32的安全阀,整定值是0.38MPa,且排气口径DN50的管引入下水道,因此可知分配器压力为0.46MPa时,安全阀就已经打开,在此时,从安全阀中每小时排掉700千克左右的蒸汽是非常可能的。关于减压阀的整定值是0.35MPa,时压力却有0.46MPa的问题,需方表示,此减压阀可能有卡滞现象,导致仪器失控,已通知供应商。从以上分析可得此蒸汽测量流量仪器,减压阀故障导致压力升高,导致安全阀动作,因此进场流量相应提高,造成故障。
四、本文结语
综上所述,改善涡街流量计等蒸汽流量测量仪表伴热方式和测量准确性问题是提高蒸汽测量仪表使用效能的重要方法。由分析可得,涡街流量计等蒸汽流量测量仪表伴热方式的提高和合理使用蒸汽流量测量仪表可以解决了伴热蒸汽外泄及由于保温伴热方面的因素造成的能源和设备损失,提高测量的准确性。因此,我们应从以上两个方面完善供热系统中关于蒸汽流量测量仪表的技术。
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