蒸汽流量檢測在工業(yè)生產(chǎn)過程中較為常見，隨著蒸汽流量檢測精度要求的提高溫度壓力補償尤為重要。通過分析渦街流量計用于蒸汽流量測量的原理提出渦街流量計在飽和蒸汽和過熱蒸汽流量檢測中的溫度和壓力補償?shù)姆椒?，為工程設(shè)計、實際應(yīng)用提供參考。

1.引言

渦街流量計在蒸汽流量檢測領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛;但是渦街流量計檢測值為蒸汽的體積流量。工業(yè)過程往往要求測量其質(zhì)量流量,飽和蒸汽和過熱蒸汽在計算質(zhì)量流量的過程中需要補償計算。本文分別對飽和蒸汽和過熱蒸汽的補償原理進行說明,并根據(jù)工程實際應(yīng)用列舉出補償?shù)姆椒ā?/span>

2.飽和蒸汽和過熱蒸汽的區(qū)別

水在一定的壓力下加熱,水的溫度隨著不斷加熱而上升,當水溫升高到某一溫度時,水就開始沸騰,這時水的溫度稱為沸騰溫度。如繼續(xù)加熱,水溫保持不變,水即開始汽化,而逐步變?yōu)檎羝?。這時蒸汽的溫度也就等于飽和溫度。這種狀態(tài)的蒸汽就稱為飽和蒸汽。如果把飽和蒸汽繼續(xù)進行加熱,其溫度將繼續(xù)升高,并超過該壓力下的飽和溫度,這種超過飽和溫度的蒸汽就稱為過熱蒸汽。水的沸騰溫度與其所受壓力有關(guān),壓力愈大,則沸騰溫度也就越高;反之,壓力小,則沸騰溫度也低。所以對于飽和蒸汽而言,溫度與壓力存在一一對應(yīng)關(guān)系。而過熱蒸汽的溫度與壓力是兩個獨立參數(shù),之間不存在直接的關(guān)系。

3.渦街流量計用于蒸汽流量的測量

孔板流量計在蒸汽流量的檢測中應(yīng)用由來已久,但是經(jīng)過幾十年的實踐總結(jié),孔板流量計存在多方面的缺陷,如孔板流量計安裝及日常拆洗維護的工作量較大 ；由于孔板流量計的壓損較大所以運營成本很高 ；此外孔板流量計還需配合差壓計或差壓變送器方可測量管道中各種流體的流量。綜合考慮以上因素，選擇渦街流量計作為蒸汽流量檢測儀表更為方便、經(jīng)濟。

渦街流量計自上世紀 70 年代投放市場以來，深受廣大用戶歡迎。目前在各領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。尤其是在對蒸汽流量檢測的應(yīng)用上，渦街流量計正在逐漸取代孔板流量計成為蒸汽流量檢測的重要儀表。渦街流量計是根據(jù)卡曼渦街原理制成。流體中設(shè)置旋渦發(fā)生體（阻流體），從旋渦發(fā)生體兩側(cè)交替地產(chǎn)生有規(guī)則的旋渦，這種旋渦稱為卡曼渦街，如圖 1 所示。旋渦列在旋渦發(fā)生體下游非對稱地排列。設(shè)旋渦的發(fā)生頻率為 f，被測介質(zhì)流速為 v，旋渦發(fā)生體迎面寬度為 d，則有 ：

其中，s 稱為斯特拉哈爾數(shù)，無量綱，由漩渦發(fā)生體的形狀決定，在一定的雷諾系數(shù)范圍內(nèi)為常數(shù)。

通過檢測旋渦頻率即可計算出流體流速，從而計算出流體的體積流量。目前渦街流量計流量檢測的方法有電容檢測法、熱敏檢測法、超聲檢測法、電磁檢測法以及壓電檢測法等。渦街流量計用于流體流量檢測具有以下優(yōu)點 ：

（1）量程比寬，不受流體溫度、壓力、成分、粘度及密度的影響 ；

（2）結(jié)構(gòu)簡單，與孔板相比無需配合其它儀表；（3）壓損小，約為孔板流量計的四分之一。

4.渦街流量計用于蒸汽流量測量系統(tǒng)

根據(jù)渦街流量計的測量原理可知，渦街流量計測量的是流體的體積流量。但是實際中往往要求測量蒸汽的質(zhì)量流量。根據(jù) M=ρ×Q 可由體積流量求出質(zhì)量流量。

對于飽和蒸汽，其密度 ρ 只與壓力有關(guān)。對應(yīng)公式為 ：

ρ=AP+B

其中 ：P 為飽和蒸汽壓力 ；單位 MPa。

對于過熱蒸汽，其密度和溫度、壓力均有關(guān)系。對應(yīng)關(guān)系為 ：

其中 ：P 為過熱蒸汽壓力，單位 MPa ；T為過熱蒸汽溫度，單位℃。

因此在檢測飽和蒸汽的質(zhì)量流量時要選擇壓力或是溫度進行補償 ；而測量過熱蒸汽質(zhì)量流量時要同時選擇壓力和溫度進行補償。下面以過熱蒸汽質(zhì)量流量檢測為例介紹溫度、壓力補償方法。

4.1智能積算儀補償方法

目前，過熱蒸汽質(zhì)量流量的檢測可以使用智能積算儀。智能流量積算儀采用單片機技術(shù)，其補償演算功能可在預(yù)先編制好的軟件中完成 , 計算所需要的工況補償公式、表格數(shù)據(jù)都存放在積算儀的存儲器中 , 在測量氣體蒸汽流量時 , 可以通過壓力、溫度值的輸人信號進行蒸汽密度的自動補償。并且智能流量積算儀還可以實現(xiàn)壓力、溫度值異常時的自動補償。該功能可以在壓力變送器、溫度元件及變送器發(fā)生故障時 , 自動轉(zhuǎn)為壓力、溫度的設(shè)計值進行補償。此外，流量積算儀還具有就地顯示、報警以及 RS-485 通訊等多種功能。智能積算儀補償原理如圖 2 所示。采用智能積算儀的優(yōu)點在于方便現(xiàn)場觀測蒸汽的流量、壓力、溫度參數(shù)。

對于過熱蒸氣，在低壓區(qū)（如小于 1MPa）的壓縮系數(shù)都接近于 l。在該區(qū)域內(nèi)，只要溫度不是太低，即使不對壓縮系數(shù)進行修正，也不會引起明顯的誤差，完全可以滿足工程上的要求。但在高壓區(qū)，則必須考慮壓縮系數(shù)的影響，否則將會造成明顯的誤差。而采用智能積算儀補償?shù)姆椒ú痪哂袑τ谄鋲嚎s系數(shù)進行修正的功能，采用 DCS 模塊補償方法則可以克服以上缺點。

4.2? DCS 模塊補償方法［7］浙大中控 DCS 控制系統(tǒng)具有 COMPENSATE 和EXHSTEAM 專用模塊，用于對過熱蒸汽進行溫度、壓力補償。

其 中 COMPENSATE 模 塊 適 用 于 溫 度 為260~800℃，壓力（絕壓）為 0.5~32MPa 的工況；而 EXHSTEAM 模塊適用于溫度為 140~560℃，壓力（表壓）為 98.6777~15898.6777kPa 的工況。

假設(shè)過熱蒸汽的設(shè)計壓力為 4MPa（表壓），設(shè)計溫度為 400℃ ；過熱蒸汽的實測壓力為 PI-101 ：0~6MPa（表壓），實測溫度為 TI-101 ：0~600℃，流 量 為 FI-101， 補 償 后 的 流 量 為 FI_101, 經(jīng) EXHSTEAM 過熱蒸汽特性計算得出設(shè)計密度為

13.92817951832kg/m3，則 DCS 圖形化編程如圖 3所示。

5.結(jié)論

渦街流量計在蒸汽測量系統(tǒng)中具有較好的應(yīng)用前景，而渦街流量計的溫度壓力補償系統(tǒng)是提高飽和蒸汽和過熱蒸汽測量精度的重要手段，本文列舉的兩種補償方法在實際工程應(yīng)用中具有指導(dǎo)意義。