一、引言
蒸汽作為一種十分特殊的介質(zhì)，在流量計量過程中會表現(xiàn)出特殊的現(xiàn)象和問題。其中***關(guān)鍵的問題是蒸汽密度值偏離設(shè)計值過多，給測量結(jié)果帶來的顯著的測量誤差，而目前階段技術(shù)成熟的密度檢測儀表尚未成功應(yīng)用，給蒸汽流量測量帶來一定的困難。蒸汽在電力、鋼鐵、石化、紡織、城市供熱等生產(chǎn)、生活領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，準(zhǔn)確地測量蒸汽流量對生產(chǎn)過程的自動控制、計劃管理、商務(wù)結(jié)算以及節(jié)約能源、提高經(jīng)濟(jì)效益等方面都有重要意義。蒸汽是汽輪機的工質(zhì)，在能量轉(zhuǎn)換過程中準(zhǔn)確測量計算出實際蒸汽的消耗量是分析評價工業(yè)汽輪機裝置效率的重要前提。目前蒸汽流量的測量通常采用渦街作為一次元件，其制造、安裝方便，成本低廉。在設(shè)計蒸汽參數(shù)條件下，蒸汽通過渦街傳感器后產(chǎn)生的旋窩頻率與蒸汽流量之間有準(zhǔn)確的對應(yīng)關(guān)系。
但在實際測量過程中，由于蒸汽溫度、壓力等參數(shù)是處于變化和波動中的，甚至遠(yuǎn)離渦街的設(shè)計工況參數(shù)。在正常參數(shù)波動范圍內(nèi)，工業(yè)汽輪機是按照無運行限制要求設(shè)計的，但對蒸汽流量測量，如果不對這種參數(shù)波動加以補償修正，根據(jù)測量計算得出的結(jié)果會與實際流量有很大的差異。由于對這種補償修正計算并沒有統(tǒng)一的方法和標(biāo)準(zhǔn)，實踐中常為采用何種補償方法所困擾。而提出一種合適的蒸汽參數(shù)波動補償計算方法，并在后續(xù)的編程系統(tǒng)中實現(xiàn)其補償計算，對實現(xiàn)蒸汽流量的正確測量又是至關(guān)重要的。
二、在線密度補償實現(xiàn)方法
隨著微電子技術(shù)在儀表中的廣泛應(yīng)用。儀表的計算功能、補償修正功能、累計功能、歷史數(shù)據(jù)存儲功能、數(shù)字濾波功能、輸出功能、數(shù)字通訊功能等等都能夠容易地實現(xiàn)。因此，在線密度補償己經(jīng)成為蒸汽計量儀表一種必不可少的基本功能而被廣泛的使用。
1、飽和蒸汽在線密度補償。
飽和蒸汽的溫度與壓力之間有著嚴(yán)格的一一對應(yīng)關(guān)系。飽和蒸汽的密度可以是其溫度或者是其壓力的單一函數(shù)。根據(jù)飽和蒸汽的溫度值或者是壓力值的大小，通過查表法或公式計算法（IFC1967或IAPW-1997）可得到實時密度值。
在流量測量中，可選擇溫度補償或壓力補償型渦街流量計實現(xiàn)。至選擇帶有溫度補償功能的渦街流量計即可。開啟流量計溫度傳感器，實時檢測所測蒸汽溫度，從而得到對應(yīng)密度值。
2、過熱蒸汽在線密度補償
過熱蒸汽是將飽和蒸汽進(jìn)行再加熱后獲得的一種具有特殊品質(zhì)的蒸汽。它打破了飽和蒸汽所固有的溫度與壓力嚴(yán)格一一對應(yīng)的關(guān)系。在流量測量過程中可以將過熱蒸汽作為單一介質(zhì)看待。過熱蒸汽的密度是其溫度和壓力的綜合函數(shù)。在渦街流量計訂購時要選擇溫度、壓力補償型。在實際使用時，同時開啟溫度、壓力傳感器實時測量蒸汽溫度、壓力值，密度值可以根據(jù)過熱蒸汽密度表或密度計算公式準(zhǔn)確計算獲得。
三、一次性補償實現(xiàn)方法
首先確定蒸汽的工作參數(shù)—溫度和壓力，根據(jù)工作參數(shù)確定蒸汽工作狀態(tài)下的密度，將該密度作為將來流量測量過程中蒸汽的***一密度進(jìn)行孔板計算。在工作中不再對蒸汽的實際變化進(jìn)行補償或修正，這就是所謂的一次性計算補償法。
如果在運行中，蒸汽的工作參數(shù)與設(shè)計時的設(shè)定值保持一致，蒸汽流量測量的準(zhǔn)確性是可以得到保證的。如果實際工作條件下參數(shù)有所偏離，甚至偏離很大，則測量結(jié)果的偏差就可能很大。
一次性補償方法，在自動檢測技術(shù)發(fā)展初期所采用的計量方式，測量結(jié)果誤差大，可作為粗略計量使用。這樣的設(shè)計手段在目前廣泛流行的流量節(jié)流裝置設(shè)計手冊中仍然在使用。
四、渦街流量計實際應(yīng)用的中的密度補償
1、渦街流量計測量原理
渦街流量計是應(yīng)用流體振蕩原理來測量流量的，流體在管道中經(jīng)過渦街流量傳感器時，在三角柱的漩渦發(fā)生體后上下交替產(chǎn)生正比于流速的兩列旋渦，旋渦的釋放頻率與流過漩渦發(fā)生體的流體平均速度及漩渦發(fā)生體特征寬度有關(guān)，可用下式表示：f=St?v/d
式中：f—旋渦釋放頻率，??????
ν—流過漩渦發(fā)生體的流體平均速度，m/s；
d—旋渦發(fā)生體特征寬度，m
St—為斯特羅哈數(shù)，無量綱。
St的數(shù)值范圍為0.14-0.27。St是雷諾數(shù)的函數(shù)，St=f（1/Re）。當(dāng)雷諾數(shù)Re在20000一7000000范圍內(nèi)，St值約為0.2，因此，在測量中，要盡量滿足流體的雷諾數(shù)在20000-7000000，旋渦頻率f=0.2v/d。
由此可知，通過測量旋渦頻率就可以計算出流過漩渦發(fā)生體的流體平均速度v，再由公式QV=vA可以求得流量QV，其中，A為流體流過漩渦發(fā)生體的截面積，***終得到體積流量公式：
QV=πD2df/4Sr
當(dāng)旋渦在發(fā)生體兩側(cè)產(chǎn)生時，利用壓電傳感器測處于流體流向垂直的交變升力變化，將升力的變化轉(zhuǎn)換為電的頻率信號，再將頻率信號進(jìn)行放大和整形，輸出體積流量值到二次儀表，進(jìn)行累積并顯示。
2、渦街流量計密度補償方法。
渦街流量計要實現(xiàn)在線密度補償，有兩種方式可實現(xiàn)。
一種是通過分別安裝溫度、壓力儀表和智能積算儀與渦街流量計組合實現(xiàn)流量在線溫壓補償，第二種是通過溫壓補償型渦街流量計來實現(xiàn)。
（1）渦街流量計集成溫度、壓力、頻率傳感器，以實現(xiàn)溫度、壓力、頻率實時檢測。溫度、壓力、頻率信號通過自身轉(zhuǎn)換器進(jìn)行信號處理、補償運算，來減小測量誤差。在孔板流量計測量蒸汽流量時，通常采用分別安裝溫度、和壓力儀表來進(jìn)行溫度壓力補償可解決上述問題。但在渦街流量計應(yīng)用于蒸汽計量中，不必那么麻煩，可通過選購集溫度、壓力補償功能于一體的渦街流量計完成溫壓補償要求，輸出的流量便是準(zhǔn)確度更高的補償后的質(zhì)量流量值。
（2）軟件功能修正。渦街流量計一旦出廠后，體積流量只與測量頻率有關(guān)，但實際蒸汽計量中要求記錄質(zhì)量流量，根據(jù)公式QM=QV?ρOP
可知，實際測量應(yīng)用中，須***知道實時密度方可實現(xiàn)質(zhì)量測量。可見，實時密度檢測是關(guān)鍵。渦街流量計軟件中做有兩種模型密度修正辦法：
飽和蒸汽：溫度查密度表；
過熱蒸汽：溫度、壓力查密度表；
兩種模型是針對測量蒸汽用，它是將蒸汽密度表格直接做到軟件中，只要知道介質(zhì)溫度、壓力，就進(jìn)行密度查詢，并結(jié)合測體積流量進(jìn)行自動計算，實現(xiàn)質(zhì)量流量檢測。
五、結(jié)束語
在實際蒸汽計量應(yīng)用中，蒸汽的計量大多采用渦街和孔板流量計兩種計量儀表，但要做到精準(zhǔn)計量，須***進(jìn)行在線密度補償。飽和蒸汽采用溫度或壓力補償，溫度補償較壓力補償更節(jié)省投資，過熱蒸汽則采用溫度、壓力同時參與補償。選用合適的補償方式，可使計量誤差消除或降到很小。
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